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这是一个关于乒乓球练习的概率问题。甲、乙两人进行练习,每个球胜者得1分,负者得0分。甲胜的概率为p,乙胜的概率为q,且p加q等于1。我们需要分析打完k个球后,甲比乙至少多得2分的概率p_k,以及乙比甲至少多得2分的概率q_k。
现在我们来求解第一题。首先定义得分差D_k等于甲的得分减去乙的得分,也就是2倍甲的得分减去k。对于k等于3的情况,p_3表示甲比乙至少多得2分的概率,即D_3大于等于2。由于D_3只能取-3、-1、1、3这些值,所以p_3等于D_3等于3的概率,也就是甲赢得所有3个球的概率p的3次方。对于k等于4的情况,p_4等于D_4等于2或4的概率之和。经过计算,最终得到p_3等于p的3次方,p_4等于4p的3次方减去3p的4次方。
现在求解第二题。根据题目条件,p₄减p₃与q₄减q₃的比值等于4。首先我们需要计算q₃和q₄的值。q₃等于q的3次方,q₄等于q的4次方加4pq的3次方。然后计算差值,p₄减p₃等于3p³q,q₄减q₃等于3pq³。将这些代入条件得到p²除以q²等于4,因此p除以q等于2。结合p加q等于1的约束条件,解得p等于三分之二。
现在证明第三题的不等式。我们需要证明对任意正整数m,p_{2m+1}减q_{2m+1}小于p_{2m}减q_{2m},且p_{2m}减q_{2m}小于p_{2m+2}减q_{2m+2}。证明的关键是利用得分差的转移性质。当k为偶数时,得分差只能取偶数值;当k为奇数时,只能取奇数值。对于从2m到2m+1的转移,由于P_{2m}(1)和P_{2m}(-1)都等于0,我们可以计算出差值的变化。经过计算,由于p大于q,所以p_{2m+1}减q_{2m+1}小于p_{2m}减q_{2m}。
继续证明第二个不等式。对于从2m+1到2m+2的转移,由于2m+1时得分差只能取奇数值,所以P_{2m+1}(2)和P_{2m+1}(-2)都等于0。计算p_{2m+2}减q_{2m+2}与p_{2m+1}减q_{2m+1}的差值,得到C(2m+1, m+1)乘以p^m q^m乘以(p²减q²)。由于p大于q,所以p²大于q²,这个表达式大于0。因此p_{2m+1}减q_{2m+1}小于p_{2m+2}减q_{2m+2}。综合两个不等式,我们完成了整个证明。