تطبيقات - مسار الصحة والحياة
1. في إحدى الجامعات، 6% من الذكور و 1% من الإناث أطوالهم أكبر من 180cm. ونسبة الإناث إلى الذكور في هذه الجامعة هي 3 : 2 (لصالح الإناث). عند اختيار أحد الطلاب بشكل عشوائي من بين الذين أطوالهم أكبر من 180cm، ما احتمال أن يكون الاختيار أنثى؟
لنفرض أن عدد الطلاب الكلي هو 100 طالب. نسبة الإناث إلى الذكور هي 3:2، مما يعني أن 3/5 من الطلاب إناث و 2/5 من الطلاب ذكور.
عدد الإناث = (3/5) × 100 = 60
عدد الذكور = (2/5) × 100 = 40
عدد الإناث اللاتي طولهن أكبر من 180 سم = 1% من 60 = 0.01 × 60 = 0.6
عدد الذكور الذين طولهم أكبر من 180 سم = 6% من 40 = 0.06 × 40 = 2.4
إذن، العدد الإجمالي للطلاب الذين طولهم أكبر من 180 سم = 0.6 + 2.4 = 3
احتمال أن يكون الطالب المختار أنثى من بين هذه المجموعة = (عدد الإناث اللاتي طولهن أكبر من 180 سم) / (العدد الإجمالي للطلاب الذين طولهم أكبر من 180 سم) = 0.6 / 3 = 0.2 أو 20%.
2. إذا كانت نسبة الإصابة بسرطان الرئة بين المدخنين تساوي 4 أمثال النسبة بين غير المدخنين، وبفرض أن نسبة المدخنين في مجتمع ما تساوي 20% وأن نسبة الإصابة بسرطان الرئة تساوي 4%.
a. ما احتمال الإصابة بالسرطان بين المدخنين؟
لنفرض أن نسبة الإصابة بين غير المدخنين هي \( x \). إذن نسبة الإصابة بين المدخنين هي \( 4x \).
نسبة المدخنين في المجتمع = 20% = 0.2
نسبة غير المدخنين = 80% = 0.8
نسبة الإصابة الإجمالية في المجتمع = 4% = 0.04
يمكن حسابها باستخدام قانون الاحتمال الكلي:
(احتمال الإصابة) = (احتمال أن يكون مدخناً × احتمال الإصابة للمدخن) + (احتمال أن يكون غير مدخن × احتمال الإصابة لغير المدخن)
\[
0.04 = (0.2 \times 4x) + (0.8 \times x)
\]
\[
0.04 = 0.8x + 0.8x
\]
\[
0.04 = 1.6x
\]
\[
x = 0.04 / 1.6 = 0.025
\]
إذن، نسبة الإصابة بين غير المدخنين \( x = 0.025 \) أو 2.5%.
ونسبة الإصابة بين المدخنين \( 4x = 4 \times 0.025 = 0.1 \) أو 10%.
b. إذا توفي شخص بسرطان الرئة؛ فما احتمال أن يكون مدخناً؟
هذا احتمال شرطي. نريد \( P(\text{مدخن} | \text{مصاب}) \).
\[
P(\text{مدخن} | \text{مصاب}) = \frac{P(\text{مدخن ومصاب})}{P(\text{مصاب})} = \frac{0.2 \times 0.1}{0.04} = \frac{0.02}{0.04} = 0.5
\]
إذن، الاحتمال هو 0.5 أو 50%.
3. تبلغ نسبة الإصابة بمرض السكري عند البالغين 8%، واحتمال أن يقرر الطبيب إصابة شخص ما بهذا المرض علماً بأنه مريض بالفعل هو 0.9، واحتمال أن يقرر إصابته علماً بأنه غير مصاب هو 0.02. ما احتمال أن يكون شخص بالغ مريضاً بالسكري علماً بأن الطبيب أنبأه بذلك؟
هذا سؤال تطبيق على نظرية بايز.
لنفرض:
\( D \): الحدث أن الشخص مريض بالسكري. \( P(D) = 0.08 \)
\( T \): الحدث أن الطبيب قرر إصابته بالمرض.
\( P(T|D) = 0.9 \)
\( P(T|D^c) = 0.02 \) حيث \( D^c \) هو الحدث أن الشخص غير مريض.
نريد \( P(D|T) \).
\[
P(D|T) = \frac{P(T|D) \cdot P(D)}{P(T|D) \cdot P(D) + P(T|D^c) \cdot P(D^c)}
\]
\[
P(D^c) = 1 - 0.08 = 0.92
\]
\[
P(D|T) = \frac{0.9 \times 0.08}{(0.9 \times 0.08) + (0.02 \times 0.92)} = \frac{0.072}{0.072 + 0.0184} = \frac{0.072}{0.0904} \approx 0.7965
\]
إذن، الاحتمال تقريباً 0.7965 أو 79.65%.
4. عند تشخيص مرض زيد؛ تبين أنه مصاب بنوع معين من الفيروس؛ وليكن X ولكن دون معرفة أي من السلالات d, c, b, a يحملها زيد. وإذا علمت أنه إذا كان المريض حاملاً للفيروس X فإن احتمالات كونه d, c, b, a هي على الترتيب 1/8, 1/8, 1/2, 1/8. ويبين المختبر أن احتمالات الشفاء من هذا المرض هي 1/2 إذا كان زيد مصاباً بالنوع a وكان حاملاً لفيروس b فإن احتمال الشفاء هو 1/3 وإذا كان احتمال الشفاء 1/4 إذا كان من النوع c وأخيراً احتمال الشفاء 1/3 إذا كان من النوع d والمطلوب:
a. ما احتمال شفاء زيد من هذا المرض؟
نحدد الاحتمالات:
\( P(a) = 1/8 \), \( P(b) = 1/2 \), \( P(c) = 1/8 \), \( P(d) = 1/8 \)
احتمالات الشفاء لكل نوع:
\( P(S|a) = 1/2 \)
\( P(S|b) = 1/3 \)
\( P(S|c) = 1/4 \)
\( P(S|d) = 1/3 \)
احتمال الشفاء الكلي باستخدام قانون الاحتمال الكلي:
\[
P(S) = P(a)P(S|a) + P(b)P(S|b) + P(c)P(S|c) + P(d)P(S|d)
\]
\[
P(S) = \left(\frac{1}{8} \times \frac{1}{2}\right) + \left(\frac{1}{2} \times \frac{1}{3}\right) + \left(\frac{1}{8} \times \frac{1}{4}\right) + \left(\frac{1}{8} \times \frac{1}{3}\right)
\]
\[
P(S) = \frac{1}{16} + \frac{1}{6} + \frac{1}{32} + \frac{1}{24}
\]
نجمع الكسور بإيجاد المضاعف المشترك الأصغر (96):
\[
P(S) = \frac{6}{96} + \frac{16}{96} + \frac{3}{96} + \frac{4}{96} = \frac{29}{96}
\]
إذن، احتمال شفاء زيد هو \( \frac{29}{96} \).
b. إذا علمت أنه شفي من هذا المرض فما احتمال أن يكون حاملاً لفيروس من النوع C؟
هذا احتمال شرطي: \( P(c|S) \).
\[
P(c|S) = \frac{P(c) \cdot P(S|c)}{P(S)} = \frac{\frac{1}{8} \times \frac{1}{4}}{\frac{29}{96}} = \frac{\frac{1}{32}}{\frac{29}{96}} = \frac{1}{32} \times \frac{96}{29} = \frac{3}{29}
\]
إذن، الاحتمال هو \( \frac{3}{29} \).
5. إذا كان احتمال تحسن جودة الخدمات الطبية في منطقة ما هو P=0.8 وذلك بعد توفير البنية التحتية الملائمة. وكان لدى وزارة الصحة خمس مناطق مختلفة، فأوجد ما يأتي:
هذا يمثل تجربة برنولي متكررة (n=5) مع احتمال نجاح (تحسن) p=0.8.
a. اكتب شكل التوزيع (دالة) للمتغير العشوائي (عدد المناطق التي تحسنت فيها جودة الخدمات الطبية).
المتغير العشوائي X (عدد المناطق المحسنة) يتبع توزيع ذي الحدين: \( X \sim Binomial(n=5, p=0.8) \).
دالة الكتلة الاحتمالية هي:
\[
P(X = k) = \binom{5}{k} (0.8)^k (0.2)^{5-k}, \quad k = 0, 1, 2, 3, 4, 5
\]
b. احسب احتمال تحسن جودة الخدمات الطبية في ثلاث مناطق فقط.
\[
P(X = 3) = \binom{5}{3} (0.8)^3 (0.2)^{2}
\]
\[
\binom{5}{3} = 10
\]
\[
P(X = 3) = 10 \times (0.512) \times (0.04) = 10 \times 0.02048 = 0.2048
\]
c. احسب احتمال عدم تحسن جودة الخدمات الطبية في أي منطقة.
\[
P(X = 0) = \binom{5}{0} (0.8)^0 (0.2)^{5} = 1 \times 1 \times (0.2)^5 = (0.2)^5 = 0.00032
\]