Добавил:
Я и кто? Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Презентации / Lektsia56_FunktsiiSV_predelnye_teoremy.pptx
Скачиваний:
8
Добавлен:
11.12.2022
Размер:
334.19 Кб
Скачать

Смысл ЗБЧ:

n

Y

m

X

 

Y m

 

Рассмотрим строгие формулировки ЗБЧ при различных условиях

Вспомогательные неравенства, которые можно использовать для оценки вероятностей событий, связанных со с.в., распределение которой неизвестно:

Теорема (неравенство

Маркова). Если с.в. X принимает

неотрицательные значения, то 0 справедливо:

 

P X

MX

или

P X

 

 

 

 

1 MX

Теорема (неравенство Чебышева). Если с.в. X имеет конечную

дисперсию, то 0 справедливо:

 

P

 

 

X MX

 

DX2

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

X MX

 

1 2

 

 

 

Теорема (ЗБЧ в форме Чебышева). Если над с.в. X производится

n

независимых испытаний, в которых она принимает значения

X1

Xn

(т.е.X1 Xn

 

 

- независимые одинаково распределен-

ные с.в.) то 0 справедливо:

 

 

 

lim P

 

 

1 n

X

i

MX

 

1

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim P

 

 

1

n

X

MX

 

 

 

0.

 

 

n

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема (ЗБЧ для различных с.в. с форме Чебышева). Если с.в.

X1 Xn

попарно независимы и

с 0

, т.ч. DXi c i 1, 2,...

то 0 справедливо:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Xi

1 MXi

 

 

 

1 c 2

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim P

 

 

1 n

X

i

1

n

 

MX

i

 

 

1

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n i 1

 

 

n i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.е. среднее арифметическое большого числа с.в. Как угодно мало отличается от среднего арифметического их математических ожиданий. Поэтому, например, при измерении какой-либо величины в отсутствие систематической погрешности именно среднее арифметическое от результатов всех измерений принимается за истинное значение с.в.

Центральная предельная теорема

Все условия, в которых выполняется центральная предельная теорема в различных формулировках, сводятся к требованию, чтобы влияние на сумму отдельных слагаемых было равномерно малым, т.е. чтобы в состав суммы не входили слагаемые, явно преобладающие над совокупностью остальных по своему влиянию на распределение суммы.

Простейшая формулировка ЦПТ получается, когда с.в. одинаково распределены.

Теорема (ЦПТ). Если X1 Xn - независимые одинаково распре-

деленные с.в. (причем MXi m, DXi 2

i 1, n ),

имеющие конечную дисперсию, то функция распределения центрированной и нормированной суммы этих с.в.

 

n

 

n

 

 

n

 

Xi M

 

 

Xi n m

 

 

Xi

 

Zn

i 1

i 1

 

 

i 1

n

 

 

n

 

 

 

 

 

D Xi

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

cтремится при n

 

к функции распределения стандартного

нормального закона равномерно по всем x :

 

 

 

 

 

1

 

x

t2

F (x) P(Z

 

x) (x)

 

e

2 dt

n

 

Zn

n

2

 

 

 

 

 

 

 

Теорема (ЦПТ в форме Ляпунова). Если X1 Xn

 

- независимые

с.в., у каждой из которых существует математическое ожидание

и дисперсия ( MXi mi , DXi i

2

i

 

) и M

 

Xi mi

 

3 ci3 ,

1,n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

ci3

 

0, то

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 2

 

Xi MXi

 

 

 

 

n

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

F (x) P

 

i 1

i 1

x (x)

 

 

 

 

 

 

 

n

 

i

 

 

Zn

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

DXi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

Из ЦПТ следует, что при больших

n сумма

Sn X1 X n

приближенно распределена по нормальному закону:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sn

N(nm,

n )

 

 

 

 

 

Кроме того уже при n 10

выполняется соотношение:

 

 

P(a Sn b) 0

 

 

 

 

b MSn

 

 

S n

 

 

0

a MSn

 

 

S n

 

 

b0

mn

a mn

n

 

0

 

n

 

 

 

 

Предельные теоремы в схеме Бернулли

Рассмотрим схему Бернулли. Как известно, с.в. X - число (m)

успехов в схеме Бернулли имеет биномиальное распределение, т.е. ее закон распределения имеет вид: P( X m) Cnm pmqn m.

При больших n применение этой формулы затруднительно, поэтому возникает необходимость в асимптотических приближенных формулах.

Впервые формула такого рода была найдена Муавром для частного случая p q 0.5, а затем обобщена Лапласом для произвольного p

Теорема (локальная Муавра-Лапласа). Если с.в. X

- число

успехов в схеме Бернулли, величина x

 

 

m np

равномерно

ограничена по

m и по n

, то

 

 

 

m

 

 

 

npq

 

1

n (m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P(X

m) (xm )

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

где (x )

1 e

x2

 

 

 

 

 

c

 

 

2 - функция Гаусса,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

, c 0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство этой теоремы опирается на формулу Стирлинга:

 

m! 2 m mme me m ,

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12m

 

 

 

 

 

 

 

и разложение в степенной ряд функции

 

 

 

 

 

 

q

 

q

 

1 qx2

 

 

 

1

 

 

ln

1 x

 

x

 

 

 

 

 

 

O

 

 

.

 

np

2 np

 

3

 

 

 

np

 

 

 

 

n

2

 

На практике теорему можно применять, если n - велико, а p и q не очень близки к нулю ( n 100, npq 20 ), тогда

 

1

 

m np

P(X m)

 

 

.

 

 

npq

 

 

 

 

npq

Если p или q близки к нулю, эта формула начинает плохо работать, в таком случае следует применять теорему Пуассона (закон редких событий).

Теорема (Пуассона). Если n , p 0, np const 0 , то

P( X m) Cm pmqn m e m .

n

n , p 0

m!

 

 

На практике формулу Пуассона можно применять, если

p 0.1, npq 10

Если необходимо при больших n необходимо вычислить вероятность попадания с.в. с распределением Бернулли в интервал, то следует применять интегральную теорему Муавра- Лапласа :

Теорема (интегральная Муавра-Лапласа). Если n , p const,

p (0,1)

или

, то

P(a X

P a

b) 0

b np

0

 

a np

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

m np

 

0 b 0 a .

b

npq

 

 

 

 

Соседние файлы в папке Презентации