概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)第2章.ppt

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1、P43習(xí)題一 18,解: 設(shè),經(jīng)過(guò)n次交換后,黑球出現(xiàn)在甲袋中,即,2.3 幾種常見的離散型分布,一、兩點(diǎn)分布,二、二項(xiàng)分布,三、泊松(Poisson)分布,定義,其分布為,且,特別地,,點(diǎn)分布,,即,一、兩點(diǎn)分布,兩點(diǎn)分布是最簡(jiǎn)單的一種分布,任何一個(gè)只有兩種可能結(jié)果的隨機(jī)現(xiàn)象, 比如新生嬰兒是男還是女、明天是否下雨、種籽是否發(fā)芽等, 都屬于兩點(diǎn)分布.,說(shuō)明,例1 拋擲一枚質(zhì)地均勻的硬幣,有兩種可能的結(jié)果:H表示正面朝上,T表示背面朝上,引入變量X,令,pi=P X=i =0.5 ( i = 0, 1 ),X的概率分布表:,概率分布為,,例2,200 件產(chǎn)品中,,有 196 件是正品,,則,服

2、從參數(shù)為 0.98 的兩點(diǎn)分布.,于是,,4 件是次品,,今從中隨機(jī)地抽取一件,,若規(guī)定,二、二項(xiàng)分布,,,很顯然, n重伯努利試驗(yàn)中成功的次數(shù)服從二項(xiàng)分布,事實(shí)上,二項(xiàng)分布就是來(lái)源于n重伯努利試驗(yàn)?zāi)P?n=1時(shí),,即 PX=0=1-p, PX=1= p,PX=k=pk(1-p)1-k , (k=0,1),,(0-1)分布,性質(zhì),,二項(xiàng)分布的圖形特點(diǎn):,二項(xiàng)分布中最可能出現(xiàn)次數(shù)的定義與推導(dǎo),則稱 為最可能出現(xiàn)的次數(shù),,,當(dāng)( n + 1) p 整數(shù)時(shí), 在 k = ( n + 1) p 處的概率取得最大值,例如: 獨(dú)立射擊5000次, 命中率為0.001,,解 (1) k = ( n + 1

3、)p ,= ( 5000+ 1)0.001 =5,求 (1) 最可能命中次數(shù)及相應(yīng)的概率;,(2) 命中次數(shù)不少于1 次的概率.,(2) 令X 表示命中次數(shù),則 X B(5000,0.001),本例 啟示,例3 一張考卷上有5道選擇題,每道題列出4個(gè) 可能答案,其中只有一個(gè)答案是正確的某學(xué) 生靠猜測(cè)至少能答對(duì)4道題的概率是多少?,解 每答一道題相當(dāng)于做一次伯努利試驗(yàn),,則,例4,一大批種子發(fā)芽率為90%,今從中任取10粒.求播種后, 求(1)恰有8粒發(fā)芽的概率;(2)不小于8粒發(fā)芽的概率。,解,XB(10, 0.9),(1) P(X=8)=,P(X=8)+P(X=9)+P(X=10),練習(xí) 設(shè)

4、X B(2, p), Y B(4, p), 已知 P(X1) = 8/9, 求 P(Y1).,解: 由 P(X1) = 8/9 ,知 P(X=0) = 1/9.,由此得: P(Y1) = 1 P(Y=0),所以 1/ 9 = P(X=0) =(1p)2,,從而解得: p = 2/3.,= 1- (1p)4 = 80/81.,隨機(jī)變量X所有可能取值為0,1,2,,取各個(gè)值的概率,稱X服從參數(shù)為的泊松分布,記為XP().,(1) P X=k0.,三、泊松(Poisson)分布,性質(zhì),泊松分布的背景及應(yīng)用,二十世紀(jì)初盧瑟福和蓋克兩位科學(xué)家在觀察與分析放射性物質(zhì)放出的 粒子個(gè)數(shù)的情況時(shí),他們做了26

5、08次觀察(每次時(shí)間為7.5秒)發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)在規(guī)定的一段時(shí)間內(nèi), 其放射的粒子數(shù)X服從泊松分布.,,,,服務(wù)臺(tái)在某時(shí)間段內(nèi)接待的服務(wù)次數(shù)X; 交換臺(tái)在某時(shí)間段內(nèi)接到呼叫的次數(shù)Y; 礦井在某段時(shí)間發(fā)生事故的次數(shù); 顯微鏡下相同大小的方格內(nèi)微生物的數(shù)目; 單位體積空氣中含有某種微粒的數(shù)目,體積相對(duì)小的物質(zhì)在較大的空間內(nèi)的稀疏分布,都可以看作泊松分布,其參數(shù) 可以由觀測(cè)值的平均值求出。,實(shí)際問(wèn)題中若干R.v.X是服從或近似服從 Poisson分布的,例5,一輸電網(wǎng)一年中意外輸電中斷的次數(shù)服從參數(shù)為6的Poisson分布,問(wèn)一年中不多于兩次意外斷電的概率.,解,設(shè)一年中的意外斷電次數(shù)為X,,所以,一

6、年中不多于兩次斷電的概率為,,,,,,,,=0.06197,查表(P299附表2),,例6,解,二項(xiàng)分布的泊松逼近,對(duì)二項(xiàng)分布,計(jì),算其概率很麻煩.,例如,,要計(jì)算n=5000,故須尋求近似計(jì)算方法.,這里先介紹二項(xiàng)分布的,泊松逼近,,在第五章中還將介紹二項(xiàng)分布的正態(tài),逼近.,泊松定理,每次試驗(yàn)中發(fā)生的概率為,為常數(shù)),,則有,該定理于1837年由法國(guó)數(shù)學(xué)家泊松引入!,證明:,可見,當(dāng)n充分大,p又很小時(shí),可用泊松分布來(lái)近似二項(xiàng)分布!,實(shí)際計(jì)算中,,時(shí)近似效果變很好.,在某個(gè)時(shí)段內(nèi):,大賣場(chǎng)的顧客數(shù);,某地區(qū)撥錯(cuò)號(hào)的電話呼喚次數(shù);,市級(jí)醫(yī)院急診病人數(shù);,某地區(qū)發(fā)生的交通事故的次數(shù)., ,一個(gè)

7、容器中的細(xì)菌數(shù);,一本書一頁(yè)中的印刷錯(cuò)誤數(shù);,一匹布上的疵點(diǎn)個(gè)數(shù);, ,放射性物質(zhì)發(fā)出的 粒子數(shù);,例7 某一地區(qū),一個(gè)人患某種疾病的概率為0.01,設(shè)各人患病與否相互獨(dú)立.現(xiàn)隨機(jī)抽取200人,求其中至少4人患這種病的概率.,解以X記200人中患此病的人數(shù),,所求概率為,查泊松分布表(附表),則XB(200,0.01).,利用泊松定理,,例8 一家商店采用科學(xué)管理,由該商店過(guò)去的銷售記錄知道,某種商品每月的銷售數(shù)可以用參數(shù)=5的泊松分布來(lái)描述,為了以95%以上的把握保證不脫銷,問(wèn)商店在月底至少應(yīng)進(jìn)某種商品多少件?,解:,設(shè)該商品每月的銷售數(shù)為X,,已知X服從參數(shù)=5的泊松分布.,設(shè)商店在月底

8、應(yīng)進(jìn)某種商品m件,,進(jìn)貨數(shù),銷售數(shù),查泊松分布表得,P(Xm) 0.05,也即,于是得 m+1=10,,或,m=9件,例9 設(shè)一只昆蟲所生蟲卵數(shù)為隨機(jī)變 量 X ,,設(shè)各個(gè)蟲卵是否能發(fā)育成幼蟲是 相互獨(dú)立的.,已知X P(),且每個(gè)蟲卵發(fā)育,成幼蟲的概率為 p.,求一昆蟲所生的蟲卵發(fā)育成幼蟲數(shù) Y 的概率分布.,解,昆蟲,,X 個(gè)蟲卵,,Y 個(gè)幼蟲,已知,由全概率公式,故,記為 X H(n, N, M).,超幾何分布對(duì)應(yīng)于不返回抽樣模型 :,N 個(gè)產(chǎn)品中有 M 個(gè)不合格品,,從中抽取n個(gè),不合格品的個(gè)數(shù)為X .,4. 超幾何分布*,分析,這是不放回抽樣.但由于這批元件的總數(shù)很大, 且抽查元件的

9、數(shù)量相對(duì)于元件的總數(shù)來(lái)說(shuō)又很小,因而此抽樣可近似當(dāng)作放回抽樣來(lái)處理.,例,解,圖示概率分布,記為 X Ge(p),X 為獨(dú)立重復(fù)的伯努里試驗(yàn)中, “首次成功”時(shí)的試驗(yàn)次數(shù).,幾何分布具有無(wú)記憶性,即:,P( X m+n | X m ) = P( X n ),5. 幾何分布*,6. 負(fù)二項(xiàng)分布(巴斯卡分布) *,記為X Nb(r, p).,X 為獨(dú)立重復(fù)的伯努利試驗(yàn)中, “第 r 次成功”時(shí)的試驗(yàn)次數(shù).,作業(yè),P58練習(xí)2.3 1 2 3,,2.4 連續(xù)型隨機(jī)變量及其密度函數(shù),一、密度函數(shù),二、有關(guān)事件的概率,三、幾種常見的連續(xù)型分布,一 概率密度函數(shù),定義,設(shè)X為一隨機(jī)變量,若存在非負(fù)實(shí)函

10、數(shù) f (x) , 使對(duì)任意實(shí)數(shù) a < b ,有,則稱X為連續(xù)型隨機(jī)變量, f (x) 稱為X 的概率密度函數(shù),簡(jiǎn)稱概率密度或密度函數(shù).,Probability density function p.d.f.,分布函數(shù),密度函數(shù)在區(qū)間上的積分 = 隨機(jī)變量在區(qū)間上取值的概率,概率密度函數(shù)的性質(zhì),非負(fù)性,規(guī)范性,密度函數(shù)和分布函數(shù)的關(guān)系,積分關(guān)系,導(dǎo)數(shù)關(guān)系,連續(xù)型隨機(jī)變量的分布函數(shù)在實(shí)數(shù)域內(nèi)處處連續(xù),P(X=a)=0,P(a X< b)= P(a

11、型隨機(jī)變量取任意指定實(shí)數(shù)值a的概率為0,故 X的密度 f (x) 在 x 這一點(diǎn)的值,恰好 是X 落在區(qū)間 上的概率與區(qū)間長(zhǎng)度 之比的極限. 這里,如果把概率理解為質(zhì) 量,f (x) 相當(dāng)于線密度,概率密度的意義,要注意的是,密度函數(shù) f (x)在某點(diǎn)處a 的高度,并不反映 X 取值的概率.但是,這個(gè)高度越大,則 X 取 a 附近的值的概率就越大. 也可以說(shuō),在某點(diǎn)密度曲線的高度反映了概率集中在該點(diǎn)附近的程度,若不計(jì)高階無(wú)窮小,有,它表示隨機(jī)變量 X 取值于 的概率近似等于,在連續(xù)型隨機(jī)變量理論中所起的作用與,在離散型隨機(jī)變量理論中所起的作用相類似,分布函數(shù)與密度函數(shù)幾何意義,,

12、,,根據(jù)定義,可以得到密度函數(shù)的如下性質(zhì),,,常利用這兩個(gè)性質(zhì)檢驗(yàn)一個(gè)函數(shù)能否作為連續(xù)型隨機(jī)變量的密度函數(shù).,,連續(xù)型,密度函數(shù) X f(x) ( 不唯一 ),2.,4. P(X=a) = 0,離散型,分布律: pn = P(X=xn) ( 唯一 ),2. F(x) =,3. F(a+0) = F(a); P(a

13、并設(shè)射擊都能中靶, 以X 表示彈著點(diǎn)與圓心的距離. 試求隨機(jī)變量X 的分布函數(shù).,由,,,,,,X,若 , 則 是必然事件,故 X 的分布函數(shù)為,其圖形為一連續(xù)曲線,故, X 的概率函數(shù)為,(2)由 得,(3),故有,即,所以,(3) 由 得,設(shè)X與Y同分布,X的密度為,已知事件 A = X a 和 B = Y a 獨(dú)立,,解: 因?yàn)?P(A) = P(B),,P(AB) = P(A)+P(B)P(A)P(B),從中解得,,且 P(AB)=3/4,,求常數(shù) a .,且由A、B 獨(dú)立,得,= 2P(A) P(A)2 = 3/4,從中解得: P(A)=1/2,,由此得 0

14、2 ,,因此 1/2 = P(A) = P( X a ),練習(xí),1.如果隨機(jī)變量X的密度函數(shù)為,,,,從密度函數(shù)的意義可知,,三、幾種常見的連續(xù)型分布,,,,,,,,均勻分布的分布函數(shù)為,,,,,,,,,,,X,,,,X,,a,b,x,l,,l,,0,,即,在區(qū)間(a , b) 上服從均勻分布的 隨機(jī)變量 X ,落在區(qū)間(a , b)中任意 等長(zhǎng)度的子區(qū)間內(nèi)的可能性是相同的,說(shuō) 明,還可以將密度 寫成,2. 采用 的示性函數(shù),上的均勻分布,1. 類似地,我們可以定義區(qū)間,例4,某公共汽車站從上午7時(shí)起,,每15分鐘來(lái)一,班車,,即7:00, 7:15, 7:30, 7:45 等時(shí)刻有汽車到

15、達(dá),此站,,如果乘客到達(dá)此站時(shí)間,是7:00到7:30之,間的均勻隨機(jī)變量,,試求他候車時(shí)間少于5分鐘的,概率.,解,以7:00為起點(diǎn) 0,,以分為單位,,依題意,解,以 7:00 為起點(diǎn) 0,,以分為單位,,依題意,為使候車時(shí)間少于 5 分鐘,,乘客必須在 7:10 到,7:15 之間,,或在 7:25 到 7:30 之間到達(dá)車站,,故所,求概率為,即乘客候車時(shí)間少于5分鐘的概率是 1/3.,例5 設(shè)隨機(jī)變量 X 在 2, 5 上服從均勻分布, 現(xiàn) 對(duì) X 進(jìn)行三次獨(dú)立觀測(cè) ,試求至少有兩次觀測(cè)值 大于3 的概率.,X 的分布密度函數(shù)為, X 3 表示“對(duì) X 的觀測(cè)值大于 3 的概率”,,

16、解,因而有,設(shè)Y 表示3次獨(dú)立觀測(cè)中觀測(cè)值大于3的次數(shù),,則,思考,設(shè)在-1,5上服從均勻分布,求方程,有實(shí)根的概率。,解 方程有實(shí)數(shù)根,,即,而 的密度函數(shù)為,所求概率為,均勻分布的背景材料,均勻分布在隨機(jī)模擬 ( Monte Carlo 方法) 理論中有重要的應(yīng)用。,假設(shè)連續(xù)隨機(jī)變量 X 有分布函數(shù) F (x) , 則隨機(jī)變量 F (X) U (0,1) ; 反之,如果隨機(jī)變量 u U (0,1) , 則隨機(jī)變量 F 1(u) 的分布函數(shù)就是 F (x) 。,(0,1) 區(qū)間上的均勻分布 U (0,1) 在概率論的理論研究中具有特殊的意義。,2.如果隨機(jī)變量 X的密度函數(shù)為,,則稱X

17、服從參數(shù)為 的指數(shù)分布,,的幾何圖形如圖.,注:,指數(shù)分布常用來(lái)描述對(duì)某,一事件發(fā)生的等待時(shí)間.例如,,乘客在公交車站等車的時(shí)間,電子元件的壽命等, 因而它在可靠性理論和排隊(duì)論中有廣泛的應(yīng)用.,,指數(shù)分布的重要作用,是常用它來(lái)作為各種“壽命”的近似,如通訊、保險(xiǎn)、隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)等方面,,,,指數(shù)分布在排隊(duì)論和可靠性理論中有廣泛的應(yīng)用,常常用它來(lái)作為各種“壽命”的分布的近似.例如,電子元件的壽命,機(jī)器的維修時(shí)間, 生物體的壽命,隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)中的服務(wù)時(shí)間等都可認(rèn)為是近似服從指數(shù)分布.,指數(shù)分布的一個(gè)重要性質(zhì)就是“無(wú)后效性”或“無(wú)記憶性”.具體敘述如下:,證,,假如把服從指數(shù)分布的隨機(jī)變量解釋為等待時(shí)

18、間,則上式表明,在在等待時(shí)間已經(jīng)超過(guò)s小時(shí)的條件下,至少需要再等待時(shí)間t 的統(tǒng)計(jì)規(guī)律與已經(jīng)等待了多長(zhǎng)時(shí)間無(wú)關(guān),就像重新開始等待一樣,所以統(tǒng)計(jì)學(xué)中常稱指數(shù)分布為“永遠(yuǎn)年青”的分布. . 值得指出的是,我們可以證明,指數(shù)分布是唯一具有“無(wú)記憶性”的連續(xù)型分布.,對(duì)任意的正數(shù) s 0 ,t 0 ,都有 P X s + t | X s = P X t ,比較,幾何分布的 “無(wú)記憶性” : P X = k = P X = m + k | X m ,所有離散分布里只有幾何分布具有 “無(wú)記憶性” 所有連續(xù)分布里只有指數(shù)分布才具有“無(wú)記憶性” 它們實(shí)際上都是某種 “等待分布” 。,補(bǔ)充 指數(shù)分

19、布的“無(wú)記憶性”,例6,已知其參數(shù),求 3 個(gè)這樣的元件使用 1000 小時(shí),,至,少已有一個(gè)損壞的概率.,解,由題設(shè)知,,的分布函數(shù)為,由此得到,各元件的壽命是否超過(guò) 1000 小時(shí)是獨(dú)立的,,用,表示三個(gè)元件中使用 1000 小時(shí)損壞的元件數(shù),,例6,已知其參數(shù),求 3 個(gè)這樣的元件使用 1000 小時(shí),,至,少已有一個(gè)損壞的概率.,解,各元件的壽命是否超過(guò)1000小時(shí)是獨(dú)立的,,用,表示三個(gè)元件中使用 1000 小時(shí)損壞的元件數(shù),,所求概率為,則,例7,,,電話亭時(shí)乙人恰好剛剛拿起話筒通話,試求:,(1) 甲人等待時(shí)間超過(guò)10分鐘的概率; (2) 甲人等待時(shí)間在10到20分鐘之間的概率;

20、 (3) 甲等待5分鐘以后至少再等待10分鐘的概率,解,由題意可知,甲人等待的時(shí)間與乙人通話的時(shí)間是一致的,所以實(shí)際上本題分別求的是乙人通話時(shí)間超過(guò)10分鐘的概率以及乙人通話時(shí)間在10到20分鐘之間的概率,由 知X的分布密度為,,(1)“甲人等待時(shí)間超過(guò)10分鐘”的概率為,(2)“甲人等待時(shí)間在10到20分鐘之間”的概率為,(3)“甲等待5分鐘以后至少再等待10分鐘”的概率為,可見,(1)與(3)結(jié)果相同,這恰與指數(shù)分布的“無(wú)記憶性”相吻合.,例8 設(shè)時(shí)間 內(nèi)有 粒子放射出來(lái),,設(shè)X 為第一個(gè)粒子發(fā)射出來(lái)的時(shí)刻,則,,對(duì)任何 有,即X 的概率密度為,3. Gamma 分布,設(shè) 是

21、正常數(shù), 由積分,定義. 如果 X 的密度是,則稱X服從參數(shù) 的Gamma分布,,記作,這正是參數(shù)為 的指數(shù)分布,說(shuō) 明,1、當(dāng) 時(shí), 即,此時(shí),我們稱此分布為自由度為 n 的 分布,記作 . 它是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中重要的分布之一,2、如果 , ,其中 n 為 自然數(shù),則有,作業(yè),P63 練習(xí)2.4 1 2 4,,2.5 正態(tài)分布,一、正態(tài)分布的密度函數(shù)及其特點(diǎn),二、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,三、一般正態(tài)分布與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的關(guān)系,正態(tài)分布是概率分布中最重要的一種分布,這有實(shí)踐與理論兩方面的原因。實(shí)踐方面的原因是,正態(tài)分布是自然界最常見的一種分布,例如測(cè)量的誤差、炮彈的落點(diǎn)、人

22、的身高與體重、農(nóng)作物的收獲量、波浪的高度等等都近似服從正態(tài)分布。一般來(lái)說(shuō),如果影響某一隨機(jī)變量的因素很多,而每一個(gè)因素都不起決定性作用,且這些影響是可以疊加的,則這個(gè)隨機(jī)變量服從正態(tài)分布,這點(diǎn)可用第5章的中心極限定理來(lái)加以證明。從理論方面來(lái)說(shuō),正態(tài)分布有許多良好的性質(zhì),如正態(tài)分布可以導(dǎo)出一些其它分布,而某些分布(如二項(xiàng)分布、泊松分布等)在一定的條件下可用正態(tài)分布來(lái)近似。,若連續(xù)型隨機(jī)變量 X 的概率密度函數(shù)為,則稱 X 服從參數(shù)為 和 的正態(tài)分布,,正態(tài)分布是應(yīng)用最廣泛的一種連續(xù)型分布.,十九世紀(jì)前葉,高斯加以推廣得到正態(tài)分布,,德莫佛最早發(fā)現(xiàn)了二項(xiàng)概率的一個(gè)近似公式,這一公式被認(rèn)為是正態(tài)分布

23、的首次露面.,定義 (P64),記為 XN( , 2 ).,f (x)所確定的曲線叫作正態(tài)曲線.,其中 - 0 為常數(shù),,一 正態(tài)分布,所以通常稱為高斯分布.,由于連續(xù)型隨機(jī)變量唯一地由它的密度函數(shù)所描述,我們來(lái)看看正態(tài)分布的密度函數(shù)有什么特點(diǎn).,在各種分布中具首要地位,正態(tài)分布密度的性質(zhì),(1) 在 x = 處取到最大值,故 f (x) 以為對(duì)稱軸,,令 x=+c, x=-c (c0), 分別代入f (x), 可得,且 f (+c)=f (-c),f (+c) f (), f (-c)f (),x =為 f (x) 的兩個(gè)拐點(diǎn)的橫坐標(biāo).,(2) 正態(tài)分布的密度曲線位于 x 軸的上方,且關(guān)于

24、x = 對(duì)稱,,對(duì)密度函數(shù)求導(dǎo):,= 0 ,,(3) 密度曲線 y = f (x) 有拐點(diǎn),即曲線 y = f (x) 向左右伸展時(shí),越來(lái)越貼近 x 軸.,當(dāng) x 時(shí),f (x) 0+,, 決定了圖形中峰的陡峭程度,若固定 ,改變 的值,,反之亦然,,則密度曲線左右整體平移.,(4) f (x) 以 x 軸為水平漸近線;,正態(tài)分布 N( , 2 )的密度函數(shù)圖形的特點(diǎn):,兩頭低,中間高,左右對(duì)稱的 “峰” 狀,,若固定 ,改變 的值,, 決定了圖形的中心位置, 決定圖形的中心位置;,大量的隨機(jī)變量都服從或者近似服從正態(tài)分布.,但每個(gè)因素所起的作用不大.,經(jīng)濟(jì)學(xué)中的股票價(jià)格、產(chǎn)品的銷量等等,都服

25、從或近似服從正態(tài)分布.,正常條件下各種產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo),如零件的尺寸;纖維的強(qiáng)度;,射擊目標(biāo)的水平或垂直偏差,測(cè)量誤差,,,如某地的年降雨量,某地區(qū)成年男子的身高、體重,,農(nóng)作物的產(chǎn)量,小麥的穗長(zhǎng)、株高;,生物學(xué)中同一群體的形態(tài)指標(biāo),,電子元器件的信號(hào)噪聲、電壓、電流;,有很多分布還可以用正態(tài)分布近似.,而正態(tài)分布自身還有很多良好的性質(zhì).,若影響某一數(shù)量指標(biāo)的隨機(jī)因素很多,,每一因素獨(dú)立,,,服從正態(tài)分布,在自然現(xiàn)象和社會(huì)現(xiàn)象中,,若隨機(jī)變量 X N( , 2 ), 則,正態(tài)分布的分布函數(shù),X 的分布函數(shù),下面我們介紹一種最重要的正態(tài)分布 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布, = 0 , = 1 的正態(tài)分布稱為

26、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布.,其密度函數(shù)和分布函數(shù)常用 (x) 和 (x)表示:,可查表得其值,,,,,標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的重要性在于,任何一個(gè)一般的正態(tài)分布都可以通過(guò)線性變換轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布.,,求 P(X 2. 5)及,Y N(0, 1),設(shè) XN ( , 2 ),,P(-1.64 X < 0.82).,解,P(X 2. 5)= 1-(2. 5),P(X < 0. 5)= F(0. 5),查表得,= 0. 6915 ;,= 1 - 0. 9938 = 0. 0062 ;,P(-1.64 X < 0.82) = (0. 82)- (-1. 64),,= (0. 82)-1- (1. 64),= 0. 7434

27、 ;,,=,,即若 X N( , 2 ),=,只需將標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布函數(shù)制成表,就可以解決正態(tài)分布的概率計(jì)算問(wèn)題.,,例1,設(shè) XN(0 , 1 ),,,X 的概率密度為,其中 和 2 都是常數(shù), 任意, 0,整個(gè)概率密度曲線都在 x 軸的上方 以為對(duì)稱軸 在 x=處達(dá)到最大值 f ( x)以 x 軸為漸近線 x=為f ( x) 的兩個(gè)拐點(diǎn)的橫坐標(biāo),正態(tài)分布通過(guò)線性變換可轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,最重要的正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布X N(0,1),正態(tài)分布,X N( , 2 ),并求該地區(qū)明年 8 月份降雨量超過(guò)250mm的概率.,例2 某地區(qū)8月份降雨量 X 服從 =185mm , = 28mm 的正

28、態(tài)分布,, XN (185 , 282),,寫出 X 的概率密度,,解,所求概率為,P(X 250) = 1- P(X 250),= 1-(2. 32),= 1- 0. 9898 = 0. 0102 .,再看幾個(gè)應(yīng)用正態(tài)分布的例子,我們已經(jīng)看到,當(dāng) n 很大,p 接近 0 或 1 時(shí),二項(xiàng)分布近似泊松分布;,可以證明,如果 n 很大,而 p 不接近于 0 或 1 時(shí),,二項(xiàng)分布近似于正態(tài)分布.,例3 公共汽車車門高度是按男子與車門頂頭碰頭機(jī)會(huì)在 0.01以下來(lái)設(shè)計(jì)的.,問(wèn)門高度應(yīng)如何確定?,解 設(shè)車門高度為 h cm,,按設(shè)計(jì)要求應(yīng)有 P(Xh)0.01,或 P(X

29、足上式的最小 h:,若男子身高 XN(170, 62),, XN(170,62),,查表得 (2. 33) = 0. 9901 0. 99 ,, h=170+13.98, 184 .,設(shè)計(jì)車門高度為184mm時(shí),可使男子與車門頂碰頭機(jī)會(huì)不超過(guò)0.01.,若 XN( , 2 )時(shí),要求滿足 P(X x0)= p 的 x0 :,P(X x0)= p ,,如果某考生得48分, 求有多少考生名列該考生之前?,已知1987年全國(guó)普通高校統(tǒng)考物理成績(jī) XN(42,36),,這表明有16% 的考生成績(jī)超過(guò)48分,,例4 (確定超前百分位數(shù)、排定名次),解,由條件知即求 P(X 48),,查表可知,即 84%

30、 的考生名列該考生之后.,= 1 - (1),,即成績(jī)高于甲的人數(shù)應(yīng)占考生 的16.9%,,對(duì)于錄取考試人們最關(guān)心的是 自己能否達(dá)到錄取分?jǐn)?shù)線? 自己的名次?,某公司招工300名(正式工280,臨時(shí)工20名),,例5(預(yù)測(cè)錄取分?jǐn)?shù)和考生名次),解,,166,, X N(166,932),,(1)(預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)線),考生甲得256分,問(wèn)他能否被錄用?如錄用能否被錄為正式工?,考后由媒體得知:考試總平均成績(jī)?yōu)?66分, 360分以上的高分考生有31人.,有1657人參加考試,考試滿分為400分.,高于此線的 考生頻率為 300 / 1657, 高于360分的考生頻率為,(2)(預(yù)測(cè)甲的名次),

31、當(dāng) X=256 時(shí), P(X256),這表明高于256分的頻率應(yīng)為0.169,,排在甲前應(yīng)有,甲大約排在283名.,故甲能被錄取,,但成為正式工的可能性不大.,,, P(X360),設(shè)考生成績(jī)?yōu)閄,最低分?jǐn)?shù)線為 x0,,類似計(jì)算可得,,= 0. 9974,例6,解,求 P(|X-| < k ) k=1,2,3 .,P(|X-| < 3 ) = P( - 3 < X < + 3 ),這表明 X 的取值幾乎全部集中在區(qū)間 - 3 , +3內(nèi),,這在統(tǒng)計(jì)學(xué)上稱作 3 準(zhǔn)則(三倍標(biāo)準(zhǔn)差原則).,超出這個(gè)范圍的可能性不到 0. 3 % ,,從而可以忽略不計(jì).,為應(yīng)用方便,下面引入標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位數(shù)的概念

32、:,設(shè) XN( , 2 ),,由三 原則,可認(rèn)為 X 落在(-3, 3)內(nèi),,,-3 3,若某校有200名初一學(xué)生,按能力分成 5 組參加某項(xiàng)測(cè)驗(yàn),求各組分別應(yīng)有多少人?,例7(按能力分組),學(xué)生學(xué)習(xí)能力一般服從正態(tài)分布,,解,設(shè)學(xué)習(xí)能力X N (0,1),,由三 原則,,則每組應(yīng)占 6/5 的范圍,,查表可知,由對(duì)稱性可知 A 組和E 組應(yīng)有2000.034587 (人), B 組和D 組應(yīng)有2000.2383747 (人), C 組應(yīng)有200-472-72 = 92 (人).,現(xiàn)分成組距相同的五組 A,B,C,D,E(如圖),,-1.8 -0.6 0.6 1.8,為應(yīng)用

33、方便,更一般地可以建立標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位數(shù)的概念:,則稱 滿足等式 P(X u ) = 的數(shù) u 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的上側(cè) 分位數(shù);,定義,設(shè) XN(0 , 1 ),,0 < < 1 ,,P(X u )= 1- P(Xu ),稱滿足等式 P(|X|u/2 ) = 的數(shù) u/2 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的雙側(cè) 分位數(shù);,,u,-u/2,u/2,= ,,= 1-(u ), (u )= 1- ,,可查表得值,類似可得 (u/2 )= 1- /2 ,,,,若 XN( , 2 )時(shí),要求滿足 P(X x0 )= 的 x0 :,(u )= 1- u,,例8 已知某機(jī)器生產(chǎn)的螺栓長(zhǎng)度XN(10.05,0.0036)。若

34、規(guī)定螺栓長(zhǎng)度在10.050.12內(nèi)為合格品, 試求螺栓為合格品的概率。,解: 由于螺栓長(zhǎng)度XN(10.05,0.0036), 因此,即螺栓為合格品的概率為95.44%。,已知 X N(3, 22), 且 PXk = PXk, 則 k = ( ).,3,練習(xí)(1),設(shè) X N(, 42), Y N(, 52), 記 p1 = PX 4,p2 = PY +5, 則( ) 對(duì)任意的 ,都有 p1 = p2 對(duì)任意的 ,都有 p1 p2,,練習(xí)(2),作業(yè),P68 練習(xí)2.5 2 3 4,,2.6 隨機(jī)變量函數(shù)及其分布,一、隨機(jī)變量函數(shù)的定義,二、離散型隨機(jī)變量函數(shù)的分布,三、連續(xù)型隨機(jī)變量

35、函數(shù)的分布,已知圓軸截面直徑 d 的分布,,求截面面積 A= 的分布.,再如,,求功率 W=V 2/ R (R為電阻)的分布等.,已知t =t 0 時(shí)刻噪聲電壓V 的分布,,在實(shí)際中,人們常常對(duì)隨機(jī)變量 X 的函數(shù)Y= g (X)所表示的隨機(jī)變量 Y 更感興趣,設(shè)隨機(jī)變量X 的分布已知,又Y= g (X) (設(shè)g是連續(xù)函數(shù)),無(wú)論在實(shí)踐中還是 在理論上都是重要的,如何由 X 的分布求出 Y 的分布?,通過(guò)實(shí)例找方法,例1,( X 取某值與 Y 取其對(duì)應(yīng)值是相同的事件,兩者的概率應(yīng)相同 ),一、離散型隨機(jī)變量函數(shù)的分布,解,則 Y=g( X )的分布列為,X 取值分別為 -2, -1, 0,

36、 1, 2 時(shí), Y=2X+1 對(duì)應(yīng)值為-3, -1, 1, 3, 5.,求Y=2X+1,Y=X 2 的分布列.,X Y=X 2 -2 4 -1 1 0 0 1 1 2 4,-2, 2 4 -1, 1 1 0 0,一般地,離散型隨機(jī)變量 X 的分布列為,將它們對(duì)應(yīng)的概率相加后和并成一項(xiàng)即可,若g(xk)中有相等值,,,,(報(bào)童問(wèn)題) 假定報(bào)童有 5 份報(bào)紙,賣出的數(shù)量 X 分布律如下,k 0 1 2 3 4 5 pk 0.1 0.1 0.2 0.3 0.2 0.1,他每賣掉一份報(bào)紙將獲得報(bào)酬 1 元,沒有賣出 而剩下的每份賠償 0.5

37、元。計(jì)算最終所得的分布。,,,解. 以 Y 記報(bào)童最終的所得,因此有 Y = 1X 0.5( 5 X) = 1.5 X 2.5,k 0 1 2 3 4 5 pk 0.1 0.1 0.2 0.3 0.2 0.1,,,X 的分布律,k 2.5 1 0.5 2 3.5 5 pk 0.1 0.1 0.2 0.3 0.2 0.1,,,Y = 1.5 X 2.5 的分布律,則 FY ( y ) = P(Y y),解 設(shè)Y 的分布函數(shù)為 FY ( y ),,例2,設(shè) X 具有概率密度,求 Y = -2X + 8 的概率密度.,于是Y 的概率密度為

38、,二、連續(xù)型隨機(jī)變量函數(shù)的分布,注意到 0 < x < 4 時(shí),,即 0 < y < 8 時(shí),,此時(shí),,,,= P(-2X+8 y),,設(shè) X 具有概率密度,求導(dǎo)可得,當(dāng) y 0 時(shí),,注意到 Y = X 2 0,故當(dāng) y 0時(shí),F(xiàn)Y ( y) = 0;,解 設(shè)Y 和X 的分布函數(shù)分別為FY ( y) 和 FX (x),,例3,則 Y=X 2 的概率密度為,,,Y 服從自由度為 1 的 分布,求Y=X 2 的概率密度.,從上述兩例中可看到,在求P Y y 的過(guò)程中, 關(guān)鍵是第一步中: 設(shè)法從 g(X) y 中解出X, 從而得到與 g(X) y 等價(jià)的關(guān)于 X 的不等式 .,用 代

39、替 X 2 y ,即利用已知的 X 的分布,求出 X 的函數(shù)的分布,用 代替 -2 X + 8 y ,求連續(xù)型隨機(jī)變量的函數(shù)的分布的常用方法,如例2中,,如例3中,,,定理,則 Y = g(X) 是一個(gè)連續(xù)型隨機(jī)變量,其概率密度為,又 y = g(x) 處處可導(dǎo),且有g(shù) (x)0 (或恒有g(shù) (x)<0),,,類似可證 g (x)<0 時(shí),,定理的證明與前面的解題思路完全類似.,設(shè)連續(xù)型隨機(jī)變量 X 具有概率密度 fX(x),,定理,下面求Y 的分布函數(shù)FY(y):,證,由于,g 保號(hào),h( y)是g(x) 的反函數(shù),綜合以上即有結(jié)論成立.,a b a b,試證 X 的線性函數(shù)

40、 Y=aX+b (a 0) 也服從正態(tài)分布.,證 X 的概率密度為,例4 設(shè)隨機(jī)變量 XN(, 2 ),,顯然 y = g(x) = a x+b可導(dǎo)且g =a 保號(hào),Y=aX+b 的概率密度為,由定理知, Y = aX + b (a + b , (|a| )2 ),即,注 取 ,, 驗(yàn)證函數(shù)可導(dǎo)且單調(diào), 求反函數(shù)及其導(dǎo)數(shù), 代入定理公式即得函數(shù)的密度,注意取絕對(duì)值,有 , 確定y的取值范圍,求 Y = 1- e X 的概率密度.,解,例5 設(shè) X 的概率密度為,顯然 y = g(x) = 1- e x 可導(dǎo), 且g = - e x 保號(hào),,Y = 1- e X 的概率密度為,由定理知,即,,,,注意取絕對(duì)值,,先轉(zhuǎn)化為分布函數(shù), 再求導(dǎo),已知 X 的概率密度為,求Y = sinX 的概率密度.,例6,利用分布函數(shù)求概率密度:,函數(shù) y = g(x) = sinx 在0,上為非單調(diào)函數(shù),,解,故不能用定理求.,x0, 時(shí),,y 0 時(shí),,0

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