Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

7653

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
1.07 Mб
Скачать

Продолжение

Таблица 1.4. Данные к задаче 1.4.

7

16

12

9

 

7

 

8

17

13

10

 

8

 

9

18

14

11

 

9

 

10

19

15

12

 

10

 

11

20

16

13

 

11

 

12

21

17

14

 

12

 

13

22

18

15

 

13

 

14

23

19

16

 

14

 

15

24

20

17

 

15

 

16

25

21

18

 

16

 

17

26

22

19

 

17

 

18

27

23

20

 

18

 

19

28

24

21

 

19

 

20

29

25

22

 

20

 

Задача 1.5. В каждой из 3-х урн содержится

n черных и m белых шаров. Из первой

урны наудачу извлечен один шар и перемещен во вторую урну, после чего из второй урны наудачу извлечен один шар и переложен в третью урну. Найти вероятность того, что шар,

наудачу извлеченный из третьей урны, окажется белым.

Данные взять из Таб. 1.5

Таблица 1.5. Данные к задаче 1.5.

 

 

 

 

Вариант

n

M

 

Вариант

n

m

 

1

7

5

 

11

17

15

 

2

8

6

 

12

18

16

 

3

9

7

 

13

19

17

 

4

10

8

 

14

20

18

 

5

11

9

 

15

21

19

 

6

12

10

 

16

22

20

 

7

13

11

 

17

23

21

 

8

14

12

 

18

24

22

 

9

15

13

 

19

25

23

 

10

16

14

 

20

26

24

 

Задача 1.6. Две машинистки набирают один и тот же текст. Вероятность того, что первая машинистка допустит ошибку равна p1 , а вторая - p2 . При сверке текста была обнаружена ошибка. Найти вероятность того, что ошиблась первая машинистка. Данные взять из Таб. 1.6 Таблица 1.6. Данные к задаче 1.6.

Вариант

p1

p2

Вариант

p1

p2

1

0.05

0.1

11

0.1

0.05

2

0.15

0.2

12

0.2

0.15

3

0.25

0.3

13

0.3

0.25

4

0.35

0.4

14

0.4

0.35

5

0.45

0.5

15

0.5

0.45

6

0.55

0.6

16

0.6

0.55

7

0.65

0.7

17

0.7

0.65

8

0.75

0.8

18

0.8

0.75

9

0.85

0.9

19

0.9

0.85

10

0.95

1.0

20

1.0

0.95

11

Лабораторная работа «Числовые характеристики случайных величин».

Цель работы:

1.Построение ряда распределения для дискретной случайной величины.

Определение функции распределения для непрерывной случайной величины.

2.Расчет числовых характеристик дискретной или непрерывной случайной величины.

Форма проведения: Выполнение индивидуального задания.

Продолжительность выполнения работы: 2 часа.

Теоретические основы и примеры.

M (X) mx - математическое ожидание дискретной случайной величины X. Вычисляется

по формуле

n

 

M ( X ) xi

pi

i 1

 

(1)

D (X) Dx - дисперсия дискретной случайной величины, вычисляется по формуле

D( X ) M ( X

 

) [M ( X )]

 

n

pi

n

pi

)

 

 

 

xi

( xi

 

 

2

 

2

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

i 1

 

i 1

 

 

 

(2)

Среднеквадратичное отклонение дискретной случайной величины вычисляется по

формуле

 

(X) = [D (X) ]1/2

(3)

Функция распределения вероятностей F(x) определяется соотношением

F(x) = P(X<x)

(4)

и обладает свойствами:

 

1)

 

0 F(x) 1

(5а)

2)

 

F(x2) F(x1) для x2 >x1

(5б)

3) Если все возможные значения X принадлежат интервалу (a, b),

то

F(x) = 0 при x a, F(x) = 1 при x b.

(5г)

12

Для непрерывной случайной величины

 

 

 

 

 

M ( X ) x (x)dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

(x)dx [M ( X )]

2

D( X ) [x M ( X )]

(x)dx x

 

 

 

 

 

 

где (x)- плотность распределения вероятностей непрерывной случайной величины с условием нормировки

(x)dx 1

Функции F(x) и (x) связаны соотношением

(6)

(7)

(8)

x F (x) (x)dx

(9)

(x)= F’ (x)

(10)

Пример 2.1 В урне 6 белых и 4 черных шара. Из нее извлекают 3 шара. Случайная величина X - число белых шаров среди извлеченных. Найти: 1) ряд распределения X; 2)

функцию распределения F(x); F(0.2); F(2.5); 3) mx , Dx ;4) P( 0.2 <X< 2.5).

Решение.

1) Случайная величина X может принимать значения k = 0, 1, 2, 3. Вероятности P(X

=k) вычисляются с помощью формул (6) и (7) Лабораторной работы «Практика расчета вероятностей сложных событий» , а именно

P( X k)

C

k

C

m k

 

 

 

 

n

 

 

N n

 

 

 

 

 

 

 

C

m

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

В нашем примере N =10, n =6, m =3, так что ряд распределения X имеет вид

X 0

1

2 3

p 1/30

3/30 ½

1/6

2) По формуле (4) определяем (к предыдущей значению прибавляем последующее значение для вероятности, начиная с 0) значения F(x)

0, если x 0

1/30, если 0 < x 1

F(x) = 1/3 ,

если 1 < x 2

 

5/6 ,

если 2 < x 3

 

1,

если

x > 1

F(0.2) = 1/30 и F(2.5) =5/6 находим из соответствующих строчек для F(x) .

3) mx = 9/5, Dx = 14/25 находятся по формулам (1) и (2).

13

4) P( 0.2 <X< 2.5) = F(2.5)- F(0.2)

= 5/6-1/30= 4/5.

Пример 2.2 Дана функция распределения случайной величины X

 

 

0,

если x 0

 

 

½ x,

если 0 < x 1

F(x)

= 1/3 +Ax2

, если 1 < x 2

 

 

B ,

если x > 2

 

 

 

 

Найти: 1) Константы A и B ; 2) плотность распределения (x); 3)mx , Dx ; 4) P( 1/4 <X<

2.0).

1) Константа B =1.0 находится из свойства (5с) F(x) =1 для x 2.

2) плотность (x) определяем по формуле (10) через производную от F(x)

0, если x <0

½ , если 0 < x 1

(x) = F’ (x)

= 2Ax ,

если 1 < x 2

0 , если

x > 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

Из условия нормировки (8)

 

(x)dx

1

 

(1/ 2)dx

 

2Axdx 1/ 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

 

2

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) По формуле (6) mx

 

x (x)dx

 

x (1/ 2)dx

 

x 2

 

xdx 37 / 36

6

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

формуле (7) Dx = 467/1296.

4) P( 1/4 <X< 2.0) = F(2)- F(1/4)= {1/3+(1/6)4}-{(1/2)(1/4)}=7/8

A

1

находим A =1/6.

, аналогично по

Задачи к лабораторной работе «Числовые характеристики случайных величин».

Задача 2.1 В партии из N деталей имеется n стандартных. Наудачу отобраны m деталей.

X – случайная величиначисло стандартных деталей среди отобранных. Найти:

1) Ряд распределения для X ; 2) функцию распределения (построить графически); 3) M (X)

и D (X) . Входные данные взять из Таблицы 2.1

Указание. Воспользоваться решением задачи 1. 3 Лабораторной работы «Практика расчета вероятностей сложных событий»

14

Таблица 2. 1. Данные к задаче 2.1.

 

Вар.

N

n

 

m

 

 

1

10

4

 

3

 

 

2

8

5

 

3

 

 

3

8

4

 

2

 

 

4

9

5

 

2

 

 

5

12

6

 

3

 

 

6

12

5

 

4

 

 

7

11

5

 

3

 

 

8

10

4

 

2

 

 

9

14

8

 

2

 

 

10

15

9

 

2

 

 

11

6

3

 

2

 

 

12

9

3

 

3

 

 

13

6

2

 

2

 

 

14

8

5

 

2

 

 

15

10

5

 

3

 

 

16

12

4

 

3

 

 

17

12

6

 

4

 

 

18

9

8

 

2

 

 

19

8

6

 

3

 

 

20

8

6

 

4

 

 

Задача 2.2 Задана плотность распределения случайной величины X

 

 

 

 

0, если x 0

 

 

 

 

(x) = A (xa+d xb),

если 0< x e

 

 

 

 

0, если x > e

 

Найти 1) константу A ;2) функцию F(x); 3) F(1/2); 4) mx M(X);, D (X) Dx. Входные данные взять из Таблицы 2.2.

Таблица 2. 2. Данные к задаче 2.2.

Вар.

a

b

d

e

1

2

1

2

1

2

2

1

2

2

3

2

1

3

2

4

2

1

3

3

5

2

1

3

4

6

2

1

3

5

7

2

1

4

4

8

2

1

4

5

9

1

0

4

5

10

2

0

1

1

11

2

0

1

2

12

2

0

1

3

13

2

0

1

4

14

2

0

2

1

15

2

0

3

1

16

2

0

4

1

17

3

0

1

1

18

3

1

1

1

19

3

2

1

1

20

3

2

1

2

15

Лабораторная работа «Числовые характеристики двумерной случайной величины» .

Цель работы

Построение рядов распределения для составляющих X и Y из двумерной дискретной случайной величины (С.В.) ( X, Y) , отыскание числовых характеристик системы ( X, Y) , нахождение условных законов распределения вероятностей составляющих дискретной и непрерывной случайной величины.

Форма проведения: Выполнение индивидуального задания.

Продолжительность выполнения работы: 2 часа.

Теоретические основы и примеры.

А. Дискретная двумерная С.В. задается таблицей

Y / X

x1

x2 … xn

y1

p11

p21 … pn 1

y2

p12

p22 … pn2

… …. ….

 

 

ym

p1m p2m … pnm

 

 

с вероятностями pi j того, что С.В. (X, Y)

примет значение ( X=xi , Y=yj);

индекс i =1,2,…

n нумерует столбцы (для X ) , индекс j = 1,2,… m нумерует строчки для (Y)

1. Ряды распределения для X и Y отдельно определяются как

 

 

 

X x1 x2 … xn

 

Y y1 y2 … ym

(1)

 

 

p p1 p2 … pn

 

p p1 p2 … pm

 

 

 

m

 

n

 

Здесь

pi

pij (суммируем вероятности по столбцам),

p j pij (суммируем

 

 

j 1

 

i 1

 

вероятности по строчкам).

2. Условные законы распределения находятся по условным вероятностям составляющих

X и Y

P(Y=yj/ X= xi) p(yj /xi ) = P(X= xi , Y=yi)/ P(X= xi) p(xi ,yj )/ p(xi )

(2)

P(X= xi / Y=yj) p(xi/ yj ) = P(X= xi

Y=yi)/P(Y= yj) p(xi ,yj )/ p(yj )

 

3. Условные математические ожидания

 

 

m

n

 

 

M[Y / X yi ] y j p( y j

/ xi ) y j p ji / pi

 

(3)

j 1

i 1

 

 

n

n

 

 

M[ X / Y y j ] xi p(xi

/ y j ) xi pi j / p j

 

 

i 1

i 1

 

 

16

4. Ковариация С.В.

 

 

n

m

 

 

 

 

 

 

 

 

n

m

 

 

 

Cov( X ,Y ) (xi mx )( y j

my ) pij xi y j

pij

mx

my

 

 

i 1

j 1

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

j 1

 

 

 

5. Коэффициент корреляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rxy

= Cov(X,Y)/ ( x y)

 

 

 

 

6. Мат.ожидание, дисперсия и среднеквадратичные отклонения

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

mx

xi

pi

,

Dx

 

 

2

pi

 

2

x = Dx

1/2

 

 

xi

 

mx

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

my

y j

p j

,

Dy

 

 

2

p j

2

 

1/2

 

 

yi

my

y = Dy

 

 

 

 

 

j 1

 

 

 

 

j 1

 

 

 

 

 

 

 

Б. Непрерывная двумерная С.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Плотность распределения одной из составляющей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 (x)

(x, y)dy

2 ( y) (x, y)dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Математические ожидания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mx

x 1 (x)dx

,

my

y 2 ( y)dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Дисперсия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dx x

2

 

 

 

 

2

Dy

y

2

 

 

2

 

 

 

1 (x)dx mx ,

 

2 ( y)dy my

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Ковариация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cov( X ,Y ) x

x y (x, y)dxdy mx my

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Коэффициент корреляции

rxy = Cov(X,Y)/ ( x y)

где x = Dx1/2 , y = Dy1/2

 

 

 

6. Условные плотности распределения

 

 

(x/ y) =

(x, y)/ 2(y),

(y/ x) =

(x, y)/ 1(x)

Пример 3.1 Дана матрица распределения вероятностей системы ( X, Y)

Y

 

X

 

 

1

2

3

1

0.25

0.11

0.16

2

0.13

0.2

0.15

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

17

Найти: 1) ряды распределения для X и Y, 2) mx, my, Dx, Dy, 3) Cov(X,Y), 4) rxy , 5) M [Y/ X

=1].

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

1) По формулам (1)

 

 

 

X 1 2

3

Y

1

2

p 0.38 0.31

0.31=0.16+0.15

p

0.52

0.48=0.13+0.2+0.15

2) Для каждой случайной величины X или Y математическое ожидание

и дисперсия вычисляется по формулам (1) и (2) Лабораторной работы «Числовые характеристики случайных величин» , например, для X используем полученный ряд

распределения и находим

mx = 1 0.38+2 0.31+3 0.31=1.93;

Dx = 120.38+22 0.31+320.31- (mx )2 = 0.685

Аналогично my = 1.48; Dy = 0.2496;

3) По формуле (4)

Cov(X,Y) = 0.0536. 4) По формуле (5) rxy = 0.13

5) По формуле (3)

M[Y/X=1] = 1 0.25/0.38+2 0.13/0.38=1.342

Пример 3.2 Дана плотность распределения вероятностей системы ( X, Y)

(x,y) = C внутри треугольника O(0,0), A(-3,0), B(0,2) и (x,y) =0 в других точках.

Найти: 1) константу С ;2) 1(x), 2(y) ; 3) mx, my, Dx, Dy, ; 4) rxy .

Решение.

1) Рисуем область (рис. 3.1) ,в которой задана плотность (x,y) = C и составляем уравнения прямых (по двум точкам), ограничивающих эту область : y =0 (нижняя

18

граница), y = 2 x /3 +2 (верхняя граница) , x = -3 (левая) и x = 0 (правая) границы области.

B

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

Рис. 3.1 Область (x,y) = C, ограниченная треугольником

B(0,2).

2

1.5

1

0.5

O

с вершинами O(0,0), A(-3,0),

Используем условия нормировки

находим

(x, y)dxdy D

1

. Расставляя пределы интегрирования,

 

 

0

2 x / 3 2

0

(x, y)dxdy Cdxdy C dx

 

dy C (2x / 3 2)dx 3 C 1

D

D

3

 

0

3

Откуда С =1/3.

 

 

 

 

 

2) По формулам (7)

 

 

 

 

 

 

 

2 x / 3 2

 

 

 

1 (x) (x, y)dy

Cdy C (2x / 3 2) 2x / 9 2 / 3

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

2 ( y) (x, y)dx Cdx C (3y / 2 3) y / 2 1

 

 

3 y / 2 3

 

 

 

По формулам (8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

mx x 1 (x)dx x (2x / 9 2 / 3) 1

 

 

 

3

 

 

 

 

2

 

 

 

my y 2 ( y)dy y ( y / 2 1)dy 2 / 3

 

 

 

0

 

 

По формулам (9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

Dx x2 1 (x)dx mx2 x2 (2x / 9 2 / 3) 1 1/ 2

 

 

 

2

3

 

Dy y 2 2 ( y)dy my2 y 2 ( y / 2 1)dy 4 / 9 2 / 9

 

 

 

0

 

 

По формуле (10)

19

 

 

 

0

2 x / 3 2

 

2

 

1

0

 

1

 

2

 

1

Cov( X ,Y ) x

x y (x, y)dxdy mx my

C xdx

 

ydy

 

x (2x / 3 2)

2

 

 

3

3

 

2

3

6

 

 

 

3

0

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rxy

= Cov(X,Y)/ ( x y) =1/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задачи к Лабораторной работе «Числовые характеристики двумерной случайной

величины»

Задача 3.1 Дана матрица распределения вероятностей системы (X, Y)

Найти: 1) ряды распределения для X и Y; 2) mx, my, Dx, Dy; 3) Cov(X,Y); 4) rxy;6) M[Y/X=x1].

Вариант 1

 

 

Вариант 2

 

 

Вариант 3

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

 

3

10

12

 

2

5

8

 

10

14

18

4

0.17

0.13

0.25

0.4

0.15

0.30

0.35

8

0.25

0.15

0.32

5

0.10

0.30

0.05

0.8

0.05

0.12

0.013

6

0.10

0.05

0.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 4

 

 

Вариант 5

 

 

Вариант 6

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

 

1

2

3

 

3

10

12

 

4

3

2

1

0.1

0.19

0.2

2

0.17

0.13

0.25

2

0.17

0.13

0.25

2

0.16

0.20

0.15

4

0.30

0.10

0.05

1

0.10

0.30

0.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 7

 

 

Вариант 8

 

 

Вариант 9

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

 

2

3

4

 

0

2

3

 

3

5

7

0.4

0.10

0.30

0.05

2

0.05

0.10

0.30

4

0.30

0.05

0.10

0.5

0.17

0.13

0.25

4

0.25

0.17

0.13

2

0.13

0.25

0.17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 10

 

 

Вариант 11

 

 

Вариант 12

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

 

2

0

3

 

4

5

6

 

6

4

2

4

0.16

0.20

0.15

5

0.20

0.16

0.15

3

0.20

0.15

0.16

5

0.1

0.19

0.2

4

0.19

0.1

0.2

2

0.19

0.2

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 13

 

 

Вариант 14

 

 

Вариант 15

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

 

6

4

2

 

5

3

1

 

4

2

0

4

0.10

0.05

0.13

0.5

0.13

0.10

0.05

2

0.05

0.13

0.10

5

0.25

0.15

0.32

0.4

0.32

0.25

0.15

3

0.15

0.32

0.25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 16

 

 

Вариант 17

 

 

Вариант 18

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

Y

X

 

 

 

6

0

3

 

0

2

1

 

3

4

2

4

0.10

0.30

0.05

4

0.05

0.10

0.30

3

0.30

0.05

0.10

5

0.17

0.13

0.25

2

0.25

0.17

0.13

2

0.13

0.25

0.17

20

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]