
- •Теория вероятностей
- •Содержание
- •Раздел 6. Законы распределения функций случайных аргументов. 90
- •1. Теоретическая часть. Введение
- •Раздел 1. Понятие события и его вероятности.
- •1.1. Предмет теории вероятности.
- •1.2. Алгебра событий. Пространство элементарных событий.
- •1.3. Классическое определение вероятности.
- •1.4. Геометрические вероятности.
- •1.5. Частота и вероятность.
- •1.6. Аксиоматическое построение теории вероятностей.
- •1.7. Условная вероятность и простейшие основные формулы.
- •1.8. Формула полной вероятности.
- •1.9 Формула Бейеса.
- •Раздел 2. Последовательные независимые испытания
- •2.1. Независимые испытания. Формулы Бернулли.
- •2.2. Обобщенная теорема о повторении опытов.
- •Раздел 3. Понятие случайной величины. Функция распределения и ее основные свойства.
- •3.1. Понятие случайной величины и функции распределения.
- •3.2. Свойства функции распределения.
- •3.3. Дискретные и непрерывные случайные величины.
- •3.4. Числовые характеристики случайных величин.
- •Раздел 4. Примеры распределений случайных величин.
- •4.1. Биномиальное распределение.
- •4.2. Теорема Пуассона
- •4.3. Закон Пуассона.
- •4.4. Равномерное распределение.
- •4.5. Показательное распределение.
- •4.6.Нормальный закон распределения.
- •Раздел 5. Системы случайных величин (случайные векторы).
- •5.1. Понятие о системе случайных величин.
- •5.2. Функция распределения системы двух случайных величин.
- •5.3. Плотность распределения системы двух случайных величин.
- •5.4. Законы распределения отдельных компонент, входящих в систему. Условные законы распределения.
- •5.5. Зависимые и независимые случайные величины.
- •5.6. Числовые характеристики системы двух случайных величин.
- •5.7. Система произвольного числа случайных величин (случайные вектора).
- •5.8. Числовые характеристики системы нескольких случайных величин.
- •Раздел 6. Законы распределения функций случайных аргументов.
- •6.1. Закон распределения функции одного случайного аргумента.
- •6.2. Закон распределения функции двух случайных величин.
- •6.3. Закон распределения суммы двух случайных величин. Композиция законов распределения.
- •6.4. Распределение произведения.
- •6.5. Распределение квадрата случайной величины.
- •6.6. Распределение частного.
- •6.7. Числовые характеристики функций случайных величин.
- •Раздел 7. Теоремы о числовых характеристиках.
- •7.1. Основные теоремы о математическом ожидании.
- •7.2. Теоремы о дисперсии случайной величины.
- •7.3. Теорема о линейной зависимости случайных величин.
- •Раздел 8. Характеристические функции.
- •8.1. Определение и простейшие свойства характеристических функций.
- •8.2. Предельные теоремы для характеристических функций.
- •Раздел 9. Предельные теоремы для случайных величин.
- •9.1. Сходимость последовательностей случайных величин.
- •9.2. Закон больших чисел.
- •9.3. Следствия закона больших чисел.
- •Раздел 10. Предельные теоремы теории вероятностей.
- •10.1. Центральная предельная теорема.
- •10.2. Теорема Ляпунова.
- •10.3. Теорема Лапласа.
- •2. Практические занятия, тесты, самостоятельная работа. Занятие 1. Непосредственный подсчет вероятности с использованием классического определения вероятности.
- •1.1. Краткая теоретическая часть.
- •1.2. Тест.
- •1.3. Решение типовых задач.
- •1.4. Задачи для самостоятельной работы.
- •Занятие 2. Геометрическое определение вероятности.
- •2.1. Краткая теоретическая часть.
- •2.2. Тест
- •2.3. Решение типовых задач
- •2.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 3. Условная вероятность. Теорема умножения вероятностей.
- •3.1. Краткая теоретическая часть
- •3.2. Тест
- •3.3. Решение типовых задач
- •3.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 4. Теорема сложения вероятностей.
- •4.1. Краткая теоретическая часть
- •4.2. Тест
- •4.3. Решение типовых задач
- •4.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 5. Формула полной вероятности.
- •5.1. Краткая теоретическая часть
- •5.2. Тест.
- •5.3. Решение типовых задач
- •5.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 6. Формула Бейеса.
- •6.1. Краткая теоретическая часть
- •6.2.Тест
- •6.3. Решение типовых задач
- •6.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 7. Последовательные независимые испытания.
- •7.1. Краткая теоретическая часть
- •7.2. Тест
- •7.3. Решение типовых задач
- •7.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 8. Дискретные и непрерывные случайные величины.
- •8.1. Краткая теоретическая часть а) Ряд, многоугольник и функция распределения случайной дискретной величины
- •8.2. Тест
- •А) только к дискретным случайным величинам
- •8.3. Решение типовых задач а) Ряд, многоугольник и функция распределения случайной дискретной величины
- •Б) Функция распределения и плотность вероятности непрерывной случайной величины
- •8.4. Задачи для самостоятельной работы а) Ряд, многоугольник и функция распределения случайной дискретной величины
- •Занятие 9. Числовые характеристики дискретных случайных величин.
- •9.1. Краткая теоретическая часть
- •9.2. Тест
- •9.3. Решение типовых задач
- •9.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 10. Дискретные и непрерывные случайные величины.
- •10.1. Краткая теоретическая часть
- •10.2. Тест
- •10.3. Решение типовых задач
- •10.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 11. Закон Пуассона.
- •11.1. Краткая теоретическая часть
- •11.2. Тест
- •11.3. Решение типовых задач
- •11.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Занятие 12. Закон нормального распределения.
- •12.1. Краткая теоретическая часть
- •12.2. Тест
- •12.3. Решение типовых задач
- •12.4. Задачи для самостоятельной работы
- •Литература
3.2. Свойства функции распределения.
Свойство 1. Функция распределения любой случайной величины, есть неубывающая функция.
Зная функцию
распределения случайной величины X,
можно определить вероятность неравенства
x1X<x2
при любых
.
В самом деле,
если через A
обозначить событие, состоящее в том,
что X,
примет значение, меньшее чем x2,
через В—событие,
состоящее в том, что X
< x1,
наконец, через С
— событие
x1
X<x2
,то, очевидно,
имеет место следующее равенство:
|
(3.2.1) |
Так как события В и С несовместимы, то Р(А)=P(B)+Р(C).
Но
|
(3.2.2) |
поэтому
|
(3.2.3) |
Так как, по определению, вероятность есть неотрицательное число, то из равенства (3.2.3) следует, что при любых x1 и (x2>x1) имеет место неравенство
|
(3.2.4) |
что и требовалось доказать.
Свойство 2.
.Так как,
функция распределения
,
то согласно свойств вероятности
при любом х
удовлетворяет
неравенству
|
(3.2.5) |
Свойство 3. Функция распределения может иметь не более чем счетное множество скачков.
Мы скажем, что функция распределения F(х) имеет при х=x0 скачок, если
|
(3.2.6) |
В самом деле,
скачков размера
,
функция
распределения может иметь не более
одного, скачков размера от одной четвертой
до половины
- не более трех. Вообще скачков размера
от
до
может быть не более чем
.
Совершенно ясно, что мы можем пронумеровать
все скачки, расположив их по величине,
начиная с больших значений и повторяя
равные значения столько раз, сколько
скачков этой величины имеет функцияF(х).
Свойство 4.
.
Определим
и
равенствами
|
|
и докажем, что
.
Действительно,
так как неравенство X<
+
достоверно, то
|
|
Обозначим через
событие, состоящее в том, что
.
Так как событие
,
эквивалентно сумме событий
, то на
основании расширенной аксиомы сложения
.
Следовательно, при
|
|
Отсюда, принимая
во внимание неравенства (3.2.5), заключаем,
что при
.
Свойство 5. Функция распределения непрерывна слева.
Выберем какую-нибудь
возрастающую последовательность
,
сходящуюся
к x.
Обозначим через
An,
событие
.
Тогда ясно, что
,
при i>j,
и произведение всех событий An,
есть невозможное событие. По аксиоме
непрерывности должно быть
|
|
что и требовалось доказать.
3.3. Дискретные и непрерывные случайные величины.
Определение 1. Случайная величина X называется дискретной, если множество значений, которое она может принимать не более чем счетно, то есть либо конечно либо счетно. (Множество называется счетным, если каждому элементу можно поставить в соответствие число натурального ряда).
Пусть X
– дискретная случайная величина
принимает значение
при
этом будем предполагать, что все
попарно различны.
Определение 2.
Рядом распределения дискретной случайной
величины X
называется совокупность пар чисел
,
где
- возможные значения случайной величины,
аpi
– вероятности, с которыми она принимает
эти значения. События
образуют полную группу попарно не
совместных событий. Ряд распределения
можно представить в виде таблицы(Табл.3.3.1)
или многоугольника распределения(Рис.3.3.1).
Табл.3.3.1
xi |
X1 |
x2 |
… |
xn |
pi |
P1 |
p2 |
… |
pn |
Зная ряд распределения, либо многоугольник распределения можно построить функцию распределения случайной величины(Рис. 3.3.2), которая является исчерпывающей характеристикой случайной величины X.
|
(3.3.6.) |
|
|
Отметим, что величина скачка в точке, являющейся возможным значением случайной величины, равна вероятности pi того, что случайная величина Х примет значение xi.
Пример. Производится три выстрела по мишени. Вероятность попадания при одном выстреле равна 0,4. Построить ряд распределения для числа попаданий в мишень(см. Табл.3.3.2).
Х - число попаданий в мишень при трех выстрелах.
Табл.3.3.2
-
xi
0
1
2
3
pi
0,216
0,432
0,288
0,064
|
|
В качестве другого важного класса случайных величин можно выделить непрерывные случайные величины.
Определение 3.
Распределение случайной величины X
называется непрерывным, если существует
такая, интегрируемая функция
,
что выполняется условие
|
(3.3.7) |
Функция f(x) называется плотностью вероятности(плотностью распределения вероятности) или дифференциальным законом распределения.
Свойства плотности распределения.
1)- не отрицательная функция.
2)Если F(x)
– дифференцируемая функция, то
3)Вероятность того,
что случайная величина будет находится
в пределах
определяется соотношением
|
(3.3.8) |
4)
|
(3.3.9) |
Плотность распределения, так же как и функция распределения есть одна из форм закона распределения. Однако она не является универсальной характеристикой случайной величины, так как существует только для непрерывных случайных величин.
Рассмотрим непрерывную случайную величину Х с плотностью распределения f(x)( Рис.3.3.3).
Выделим элементарный участок dx. Вероятность попадания величины Х на этот участок f(x)dx называют элементом вероятности.