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

2003_-_Gmurman__TV_i_MS

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
27.03.2015
Размер:
16.8 Mб
Скачать

В.Е. ГМУРМАН

Теория

\1

веРОЯI'ностеи

и математическая статистика

Издание девяmoе. стереотипное

Ре"O.tIеид!J8оно

МuнucmерсmfЮAi оброзовОНUJI

Российской Федерации

в ICOчесmве учебною nосoбшl

для cтyдeнmtJ6 fIY308

Москва

«Высшая школа. 2003

УДК 519.2 ББК 22.171

Г 55

Гмурмаи, В. Е.

Г 55 Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов/В. Е. Гмурман. - 9-е изд., стер. -

М.: ВЫСШ. ШХ., 2003. - 479 с.: ил.

ISBN 5-06-004214-6

Книrа (8-е IJ3Д. 200Д.) содеРЖИТ в основном весь матеРlJал проrpам- мы по тeoplJlJ вероятностей IJ математической стаТНС1Ике.Большое внима­ ние уделено стаТlJстическнм методам обработки экспеРlJменталъных дан­ ных. В КОJЩе каждой главы помешены задачи с OTвeтaмlJ.

Предназначается для студентов вУЗ08 и ЛUЦ. использующих вероят­ Itосrrшые и сmamuстические методы при решении nрактuческих задач.

УДК

ББК

519.2

22.171

ISBN 5-06-004214-6 © ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2003

Орпинал-макет данного IJЗДания ЯВЛJlется. собственностью IJздательства «Высшая UlJ(ола», IJ ero репродуцироваНlJе (воспрОlJзведение) любым способом

без соглаСия издательства запрещается.

ОГЛAВJlEНИЕ

Введение ..................... ............ .................... ........................ .... ...................

14

ЧАcrь ПЕРВАЯ

СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ

гАйва первая. OeнOlllUe по.......

ТeOPIIII 8ерОИ1IOCТei.......

•••••••. ••••••••

17

§ 1.

ИСllытания и события ...............................................................

 

 

17

§ 2.

Виды случайиых событий .......... ........ ............... ........

..... ...........

17

§ 3.

Классическое определение вероятности .................................

 

18

§ 4. Основные ФОРМУJIЫ комбинаторmcи ....................................

'"

22

§ 5. Примеры иепосредствеНJfОro вычисления вероятностей ......

23

§ 6. Orносиrельиая 'lастatа. Устойчивоcrь lJtRосительной часто-

 

ТЫ .....

••....••.••••..••••..••••••••.••.••••••.•.....•..•.••••.•...•..•. '" •••. •.... ....

.•. ..•. ..•• ......•

24

§ 7. Оrpаниченность классическою определения вероятности.

Статистическая вepoJIТНOCТЬ..... ....

...• .... .•..••..••.. ....•... ....

•.•. ••..•... •... ...

26

§ 8. Геометрические вероятности.........

...........................................

 

27

Задачи ..............................................................................................

 

'"

30

Глава вторая. Теорема CJIO.eIIII. aepo8'l1lOC'l'ei•••••••••••••••••••••••••••••••••

31

§ 1. Теорема сложения вероятностей несовместиых собьпий .....

31

§ 2. Полная rpуппа событий .................

•.......................

...................

33

§ 3. Противоположные события ...........

........................

...................

34

§ 4. Принцип прапической неllOЗМОХИОСТИ маловеро!ПНЫХ

 

событий ........... .... ...............................

..... ............ .... ...........................

 

35

Задачи ..............................................

'" ..................... .... ....

...................

36

Глава тpemыI. Теорема умно.ени КроlП1lOCТd...............................

 

37

§ 1. Произведение событий..............................................................

 

 

37

3

§ 2

Условная вероятность

37

§ 3 Теорема умножения вероятностей

38

§ 4 Независимые события Теорема умножения для независимых

 

событий

40

§ 5

Вероятность появления хотя бы одного события

44

Задачи

47

Глава четвертая CJ1eдC'I'IJIIII теорем CJlOJКeRИИ И УМВО1lreRИК ..............

48

§ 1 Теорема сложения вероятностей совместных событий

48

§ 2 Формула полной вероятности

50

§ 3

Вероятность гипотез Формулы Бейеса

52

Задачи

53

Глава пятая ПОIl1'()JleRИe исllbll'8llllЙ ••••••••••••••••• •••••••••••• ••• ................

55

§ I

Формула Бернулли

55

§ 2 Локальная теорема Лапласа

57

§ 3

Интегральная теорема Лапласа

59

§ 4

Вероятность отклонения относительной частоты от постоян-

 

ной вероятности в независимых испытаниях

61

Задачи

63

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Глава шестая

ВIЩЫ CJly'laiиыx 8eJIИЧИВ. 3аURИе дискретной случай-

 

IICJII ~.....................................................

 

•••••••••••••••••••••••••••••

()~

§ 1 Случайная величина

64

§ 2 Дискретные и непрерывные случайные величины

65

§ 3

Закон распределения вероятностей дискретной случайной

 

величины

 

65

§ 4

Биномиальное распределение

66

§ 5

Распределение Пуассона

68

§ 6

Простейший поток событий

69

§ 7

Геометрическое распределение

72

§ 8

Гипергеометрическое распределение

73

Задачи

 

74

Глава седьмая

Математическое ОJDJЩlиие дискретной случайной

 

~ ........................................................................................

 

75

§ I

Числовые характеристики дискретных случайных величин

75

§ 2

Математическое ожидание дискретной случайной величины

76

§ 3

Вероятностный смысл математического ожицания

77

4

§ 4

Свойства математического ожидания

78

§ 5

Математическое ожидание числа появлений события в

 

независимых испытаниях

83

Задачи

84

Глава восьмая ДиспepcIIJI две&реlllОЙ с.учайвой lIe.III'IIIIIW ••••••••••••••••

85

§ 1 Целесообразность в~ения числовой харакrеристики рассе­

 

яния случайной величины

85

§ 2

ОПОIOнение случайной величины от ее математического

 

ОЖRдания

86

§ 3

Дисперсия дискретной случайной величины

87

§ 4

Формула для вычисления дисперсии

89

§ 5

Свойства дисперсии

90

§ 6

Дисперсия числа появлений события в независимых испы­

 

таниях

92

§ 7

Среднее квадратическое отклонение

94

§ 8

Среднее квадратическое отклонение суммы взаимно

 

независимых случайных величин

95

§ 9 Одинаково распределенные взаимно независимые случайные

 

величины

95

§ 10 Начальные и центральные теоретические моменты

98

ЗlЩaчи

100

Глава девятая

Зuoи 60JIWIIIIX чвce.n...•...•...•.....................•...............

1О1

§ 1

Предварительные замечания

101

§ 2

Неравенство Чебышева

101

§ 3

Теорема Чебышева

103

§ 4

Сушность теоремы Чебышева

106

§ 5

Значение теоремы Чебышева для прaкrики

107

§ 6

Теорема БернуJVlИ

108

З~ачи

 

110

Глава десятая

ФУИIЩIIJI расиределеиu веРОJlТllостей СJlYЧайной

 

~ ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••

111

§ 1

Определение функции распределения

111

§ 2

Свойства функции распределения

112

§ 3

График функции распределения

114

ЗlЩaчи

 

115

Глава одuннадцатая IIлoтвосп. раСпpe.!l.eJlelllUl вер6J1111остей иепре-

 

~ ~ ~ ............................................................

ll()

§ 1

Определение плотности распределения

116

§ 2

Вероятность попадания непрерывной случайной величины

 

в заданный интервал

116

5

§ 3. НахоqeниеФУНХЦИИ распределения по извеcmoй плarнocnt

распредe.neния...................................

 

,................................................

118

§ 4. СвоАства плarнocти распределения........... .... .......... ................

119

§ S. ВеpolП"НocmblЙ CМLICJI ПJКJI1ЮC11I распределения ..................

121

§ 6. 3аон paвнoмepHoro распределеНИJI всpoиrностей ................

122

Задачи.................................................................................................

 

 

124

fJIQIJQ двt!нoiJцtzmD.R. HI, Е·...

рас

'.7 е..................................

124

§ 1. Числовые харапеРИСТИЮl непрерывных случайных величин

124

§ 2. нор.wп.ROe распределение.......................................................

 

 

127

§ 3. НорIlaJlЬН8JIIЦJИ1IaII....................................................................

 

 

130

§ 4. Влияние параметров нормальнoro распределения на форму

. 131

нормальноЙ кривоЙ.........................................................................

 

..

§ S. 8epoяmость ООlЩll3Ния в заданный иtrrepвan нормальной

 

случайной величины..........................................................

 

:........ ......

132

§ 6. Вычисление вcpoRrНocm заданнoro OТXJIонеиия ...................

133

§ 7. Правило трех сигм .....................................................................

 

 

134

§ 8. ПОНJП1lе о теореме Ляпунова. Формулировка цеtrrpaJJЬиой

 

предельной теореМы..........................................................................

 

 

13S

§ 9. Оценка O11UIOнения теоретическоro распределения IЛ нор-

 

мальноro. Асимметрия и эксцесс ....................................................

137

§ 10. Функция одноro случайноro apryмeкra и ее распределение

139

§ 11. Математическое ОЖlWUfие функции одноro случайноro

 

арryмеJПa.....................................................

 

,.......................... _..........

141

§ 12. Функциядвух случайных apryмeкroв. Распределение суммы

 

незавнсимых слагаемых. Уcroйчивость нормальноro распреде-

 

ления...................................................................................................

 

 

143

§ 13. Распределение «хн квадраР....................................................

 

14S

§ 14. Распределение СТЬюдекra......................

;................................

146

§ 15. Распределение FФишера -СНедекора................................

147

Зацачи.................................................................................................

 

 

147

ГЛOllQ тpuнaiJцo.maR. ПOlll3l'l'e.allO раепре...... ...........................

149

§ 1. Определение показательноro распределеиия ..........................

149

§ 2. ВероЯ11fОСТЬ попадания в заданный интервал показательно

 

распределенной случайной величниы ............................................

150

§ 3. Числовые хараюеРИСТИЮl показательноro распределения....

ISI

§ 4. Функция надежности

................................................................

 

152

§ 5. Показательный закои надежности...........................................

153

§ 6. Характеристическое свойство показательноro закона надеж-

 

ности................................................................................

 

,..................

154

Задачи ................................

,., .... ,... ,.................... ,................................

155

Глава чеmWPlUJдцоl1UlJl. сктема .-ух c.I)"I8ЙIIIoIX 1e.i8'IIIII...................

155

§ 1. ПОНJП1lе о системе иескольких случайных величин..............

155

6

§ 2. Закон распреде.lения вероятностей дискретной двумерной

случайной величины ........................................................................

.

156

§ 3. Функция распределения двуМерной случайной величины ..

.

158

§ 4. Свойства функции распределения двумерной случайной

 

величины ...........................................................................................

 

.

159

§ 5. Вероятность попадания случайиой точки в полуполосу ......

.

161

§ 6. Вероятность попадания случайной точки в прямоyroльник.

162

§ 7. Плотность совместного распределения вероятностей непре­

 

рывной двумерной случайной величины (двумерная плотность

 

вероятности) " ...................................................................................

 

.

163

§ 8. НаХОJКllение функции распределения системы по известной

 

плотности распределения ................................................................

.

163

§ 9. Вероятностный смцсл двумерной ПЛОТНОСТИ вероятности ...

 

164

§ 10. Вероятность попадания случайной точки в произвольную

 

область ...............................................................................................

 

.

165

§ 11. Свойства двумерной плотности вероятности.......................

.

167

§ 12. Orыскание плотностей вероятн~ти составляющих двумер-

 

ной случайной величины ................................................................

.

168

§ 13. Условные законы распределения составляющих системы

 

дискретных случайных величин .....................................................

.

169

§ 14. Условные законы распределения составляющих системы

 

непрерывных случайных величин ...................................................

 

171

§ 15. Условное математическое ожидание.....................................

.

173

§ 16. Зависимые и независимые случайные величины ............... ..

 

174

§ 17. Числовые характеристики систем двух случайных величин.

 

Корреляционный момент. Коэффициент корреляции ...............

,.

176

§ 18. Коррелмрованность и зависимость случайных величин.... ..

 

179

§ 19. Нормальный закон распределения на плоскости................

.

181

§ 20. Линейная реrpeссия. Прямые линии среднеквадратической

 

реrpeссии ........

,...................................................................................

182

§ 21. Линейная корреляция. Нормальная корреляция..................

 

184

Задачи ...............................................................................................

..

 

185

ЧАCfЬ ТРЕТЬЯ

ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ Cl'АТИcrики

ГАма IIJlmнадцаmая. в..бopo'IвwIlIIe'IUJt •..••..•••••••••••••.••••••••.•....•..•.•.•

187

§ 1. Задачи математической статистики .........................................

187

§ 2. Краткая историческая справка.................................................

188

§ 3.

Генеральная и выборочная совокупности...............................

188

§ 4.

Повторная и бесповторная выборJCИ. Репрезентативная ВЫ-

 

борка...................................................................................................

 

189

7

§ 5 Сnocoбы отбора

 

 

190

§ 6 Статистическое распределение выборки

 

192

§ 7

':)\lпирнческая фуНКЦИЯ распрелелеНИII

 

192

§ 8

Полигон и rиcтorpaмма

 

 

194

Зanaчи

 

 

1%

ГЛQIЮ um:mШ1щamаll c.•.IКI18IfCI!Ie

1""ШIIрс18 Р

,ме-

 

~.................

 

......................................................

................

....

'~'7

§ 1 Статистические ouенки параметров распревсдения

 

197

§ 2 Несмещенные, зффективные и СОСТOlПСJlЪные оценки

 

1911

§ 3

Генеpa.nьнзя СреllНlUI

 

 

II)q

§ 4

Выборочная СреАНЯЯ

 

 

200

§ 5

Оценка reнерanьной средней по выборочной средней Ус-

 

тойчивость выборочных средних

 

 

20 1

§ 6

Групповая и об1WlЯ средние

 

 

203

§ 7 ОтlUlOненис от общей средией и его свойство

 

204

§ 8

Генера,1Ьнан !lиспеfX.ИЯ

 

 

205

§ 9

Выборочная .1ислерсия

 

 

206

§ 10

 

Формула ДЛЯ вычисления дllсперсии

 

 

207

§ 11

ГрупповаЯ, 8НУТРИГРУППОвая. мсжrpyППО8аЯ и общая

 

диспеРСШI

 

 

207

§ 12

 

Сложение дисперсий

 

 

210

§ 13

 

Оценка reнера,1ЬНОЙ дисперсии по испраR.1енноЙ выбороч-

 

ной

 

 

 

 

211

§ 14 ТОЧНОСТЬ OIleНКИ. доверительная llepOllТНOCТЬ (н:ureжность)

 

довеРII'J'eJlЬНЫЙ интервan

 

 

213

§ 15 ДоверителЫNС ИiПepВdJlы для оцеНКИ м:rrематическоrо

 

ОЖlW1ния нормального распределения при известном (J

 

214

§ 16 Доверительные интервanы для оuенки математическоrо

 

ОЖид;lНИЯ нормальноrо paLпределеНИЯ при неИ3llC{.'Тном (J

 

216

§ 17

 

Оценка истинного значения измеряемой величины

 

]19

§ 18

ДoвepttТeJlьtlыe интервалы для оценки cpellНeгo

КDaII-

 

parич«кою OI'kJIOнеНИII (J нормальною распревеленlUt

 

220

§ 19

 

Оценка точности измерений

 

 

223

§ 20

Оценка вероятности (биномиального распределения) по

 

ОТНОСJПeльной частоте

 

 

224

§ 21

 

Метод МОМСIПОВ ДЛII точечной оценки Шlраметро8 распре-

 

деленИЯ

 

 

226

§ 22

 

Метод наибольшею праlU10ПОдобия

 

 

229

§ 23

 

Дpyrие хараJCreристнки вариauионною PfIД3

 

234

3ааачи

 

 

2:)5

fAatJQ ~ Mn'O,IUoIl!К............. ПР"I, с._"'''''

237

§ 1

YCJlOВНble вapнaнты

 

 

237

8

§ 2 Обычные, начanьные и ценrpaльнwe эмпирические мoмeкrы

238

§ 3 Условиые эмпирические MOМCкrы OrыCJtaНИe ценrpaльных

 

момеlПOВ по условным

239

§ 4

Метод произведений ДIUI вычисления выборочных сptWteй

 

и дисперсии

241

§ 5

Сведение первоначальных вариантов к равнoorcтoящим

243

§ 6

Эмпирические и выравнивающие (теоретические) частorы

245

§ 7

Построение нормальной кривой по опытным даННЫМ

249

§ 8 Оценка отклонения эмпирического распределения от нор-

 

мального Асимметрия и эксцесс

250

З~ачи

252

Глава восемнадцamШI Э.вемевтw теорвв IЮIJIIUIЩJIII..........................

253

§ 1 Функциональная, статистическая и корреляционная

 

зависимости

253

§ 2 Условные средние

254

§ ~

Выборочные уравнения регрессии

254

§ 4

 

Отыскание параметров выборочного уравнения прямой

 

линии среднеквадратичной регрессии по несгруппированиым

 

данным

255

§ 5

Корреляционная таблица

257

§ 6

 

Отыскание параметров выборочного уравнения прямой

 

линии реrpcссии по сгруппированным данным

259

§ 7

Выборочный коэффициент корреляции

261

§ 8

Методика вычиеления выборочною коэффициента корре-

 

~~

~

§ 9 ПРИ\lер на отыскание выборочного уравнения прямой линии

 

регрессии

267

§ 10

Предварительные соображения к введению меры любой

 

корреляционной связи

268

§ II

 

Выборочное корреляционное отношение

270

§ 12

 

Свойства 8ыбоРО'IНОГО корреляционного отношения

272

§ 13

Корреляционное отношение как мера корреляuионной

 

"вязи

Достоинства И недостaтtШ этой меры

274

§ 14

 

Простейшие случаи криволинейнои корреляции

275

§ 15

 

Понятие о \lНОJl:ественной корреляции

276

Задачи

278

Глава деflяmНflдцаmaR Статистическая ороверка СТ8тиCТll'llССUX

 

ПlПО1'е3

 

 

281

§ 1 СтатистичесJ.ЗЯ mПОlеза Нулевая и конкурирующая, прос-

 

тая и сложная mпотезы

281

§ 2 Ошибки первого и второго рода

282

§ 3

Статистический критерий проверки нулевой mпотезы На-

 

блюдаемое значение критерия

283

9

§ 4

КритическВJI область

Область принятия гипотезы

 

Критиtrеские точки

 

 

284

§ 5 Отыскание правостороиней критической области

 

285

§ 6

Orыскание левосторонней и двусторонней критических

 

областей

 

 

286

§ 7 Дополнительные сведения о выборе критической области

 

Мощность криreрия

 

 

287

§ 8 Сравнение двух дисперсий нормальных генеральных сово-

 

купностей

 

 

288

§ 9

Сравненне исправленной выборочной дисперсии

с

 

mпотетической генеральной дисперсией нормальной совокуп-

 

ности

 

 

293

§ 1О Сравнение двух средних нормальных генеральных совокуп-

 

ностей, дисперсии которых известны (независимые выборки)

 

297

§ 11

Сравнение двух средних произвольно распределенных ге-

 

неральных совокупностей (большие независимые выборки)

 

303

§ 12

Сравнение двух средних нормальных генеральных совокуп­

 

ностей, дисперсии которых неизвестны и одинаковы (малые

 

независимые выООрЮl)

 

 

305

§ 13

Сравнение выборочной средией с гипотетической генераль-

 

ной средней нормальной совокупности

 

308

§ 14

Связь между двусторонней критической областью

и

 

доверительным интервалом

 

 

312

§ 15

Определение минимального объема выборки при сравнении

 

выборочной и гипотетической генеральной средних

 

313

§ 16

Пример на отыскание мощности критерия

 

313

§ 17

Сравнение двух средних нормальных генеральных совокуп-

 

ностей с неизвестными дисперсиями (зависимые выборки)

 

314

§ 18

Сравнение наблюдаемой относительной частоты

с

 

гипотетической вероятностью появления события

 

317

§ 19

Сравнение двух вероятностей биномиальных распределений

319

§ 20

Сравнение нескольких дисперсий нормальных генеральных

 

совокупностей по выборкам различного объема Критерий Бар-

 

тлетта

 

 

322

§ 21 Сравнение нескольких дисперсий нормальных генеральных

 

совокупностей по выборкам одинакового объема Критерий Коч-

 

рена

 

 

 

325

§ 22 Проверка гипотезы

в значимости выборочного

 

КОэффициента корреляции

 

 

327

§ 23

Проверка гипотезы о нормальном распределении генераль-

 

ной совокупности Критерий согласия Пирсона

 

329

§ 24

Методика вычисления теоретических частот нормального

 

распределения

 

 

333

§ 25 ВЫборочный коэффициент ранговой корреляции Спирмена

 

и проверка гипотезы о его значимости

 

335

10