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

Binder1

.pdf
Скачиваний:
30
Добавлен:
30.03.2015
Размер:
2.59 Mб
Скачать

Тема 3. Вычисление вероятностей сложных событий

Условная вероятность события. События независимые попарно и в совокупности, пример Бернштейна. Формулы умножения вероятностей, полной вероятности и Байеса. Примеры вычисления вероятностей сложных событий.

Условная вероятность. Независимость событий.

Условная вероятность является еще одним из понятий аксиоматической теории. Позволяет оценить возможность наступления события A при поступлении дополнительной информации – стало известно, что произошло событие B .

Обозначение условной вероятности – P A | B PB A . Ее можно вычислить либо (в условиях применения формулы классической вероятности) по формуле

P

A | B

mAB

,

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

либо (в общем случае) по формуле условной вероятности

P A | B

 

P AB

,

P B 0.

 

 

 

 

P B

 

 

Событие B выполняет функцию комплекса условий,

при которых вычисляется вероятность

события A.

 

 

 

 

 

 

Условная вероятность обладает всеми свойствами безусловной вероятности, в том числе следующими:

1) P | B 1 , 2) P | B 0 , 3) P A | B 1 P A | B 0, 4) P A1 A2 | B P A1 | B P A2 | B .

Пример 1 (извлечение из урны). В урне 10 шаров, среди которых 4 белых и 6 черных. Случайным образом по одному без возвращения из урны извлекаются шары. Пусть Ai ={ i -й извлекаемый шар

белого цвета}. Тогда, поскольку все исходы испытаний (последовательных извлечений) равновозможны, то вычисления возможны по формуле классической вероятности (с учетом происшедших событий):

P A1

4

,

P A2

| A1

3

,

 

P A2

|

 

 

 

4

, P A5 |

 

 

 

A3 A4

 

2

.

 

A1

A1

A2

 

 

 

9

 

10

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 4

Пример 2 (вероятность дожития). Пусть

 

– продолжительность жизни элемента, причем

P t e t ,t 0, 0. Найдем при t

2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P t2

| t1

 

P t2 t1

 

P t2

exp t2

t1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

P t1

 

 

 

 

P t1

 

 

 

Независимость событий. Формулы умножения вероятностей. Независимые испытания. Независимые события.

События A и B называются независимыми, если условная вероятность события A совпадает с его

безусловной вероятностью: P(A|B)=P(A) или P(B|A)=P(B) ,

или P(AB)=P(A) P(B) .

События A1 , A2 , , An называются независимыми в

совокупности, если для любого

подмножества событий вероятность произведения событий, входящих в это подмножество, равна

произведению вероятностей отдельных событий, т.е. r n,

1 j1 jr n,

Aj1 , , Ajr :

r

 

r

.

 

 

P Ajk

P Ajk

 

 

k 1

 

k 1

 

 

 

Из попарной независимости событий не следует независимость событий в совокупности. Пример Бернштейна. Имеется правильная пирамидка, 3 грани которой одноцветные (красная, черная и белая), а 4-я грань трехцветная (красно-черно-белая). В результате бросания может

произойти одно из событий: A1 ={выпадет грань, на которой есть красный цвет}, A2 ={выпадет грань, на которой есть черный цвет}, A3 ={выпадет грань, на которой есть белый цвет}. Вычислим вероятности

P A

 

P A

 

P A

 

2

; P

A A

P A A

P A A

 

P A A A

 

1

.

 

 

1

 

2

 

3

 

4

 

1

2

2

3

 

1

3

 

1

2

3

4

 

Поскольку

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P A2 A3 P A2 P A3 ,

P A1 A3 P A1 P A3 ,

P A1 A2 P A1 P A2 ,

P A1 A2 A3 P A1 P A2 P A3 ,

то события попарно независимы, но зависимы в совокупности.

Формулы умножения вероятностей.

1.

n

 

P( A1 ) P( A2 )

Для независимых событий P Ak

 

 

k 1

 

 

2.

P(AB)=P(A) P(B|A)=P(B) P(A|B) .

 

 

n n

3.P Ak P A1 Ak P( A1 ) P( A2 | A1 ) P( A3

k 1 k 2

... P( An ).

| A1 A2 )... P( An | A1...

An 1 ) .

Пример 1. Студент знает 10 из 30 вопросов. Определить вероятность получения зачета, если для этого необходимо либо на оба предложенных вопроса, либо на один из них и один дополнительный.

Решение. Обозначим: Aj ={ j -й вопрос студент знает }, j 1, 2,3; B ={ студент получит зачет}. Вычислим искомую вероятность, применяя формулы сложения и умножения вероятностей:

P B P A1 A2 A1 A2 A3 A1 A2 A3 P A1 A2 P A1 A2 A3 P A1 A2 A3

P A1 P A2 | A1 P A1 P A2 | A1 P A3 | A2 A1 P A1 P A2 | A1 P A3 | A1 A2

 

10

 

10 1

 

10

 

20

 

 

10 1

 

20

 

10

 

 

10 1

.

 

 

 

30 1

30 2

 

30 1

 

 

30 30 1 30

 

30

 

 

30 2

Пример 2. В партии 2 дефектных и 8 годных изделий. Случайным образом по одному извлекаются изделия для контроля. Найти вероятность того, что второе извлеченное изделие дефектное. Решение. Обозначим Aj ={ j -е извлеченное изделие дефектное}, j 1, 2, ,10; B ={ второе

извлеченное изделие дефектное}. Вычислим искомую вероятность, применяя формулы сложения и умножения вероятностей:

P B P A1 A2

 

A2 P A1 A2 P

 

 

A2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

A1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P A1 P A2

| A1 P

 

P A2

|

 

 

2

 

1

 

8

 

2

 

18

 

1

.

A1

A1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

9

10

9

90

5

 

Независимые испытания. Формула умножения вероятностей для н/з испытаний.

Испытания независимые, если исход одного из них не влияет на исход (не связан с исходом) любого другого.

Пусть события A1 , A2 , , An являются результатами различных независимых испытаний. Они

n

 

n

являются причинно (физически) независимыми. Тогда P Ak

P Ak

k 1

 

k 1

Формальное определение

независимых испытаний. Пусть вероятностные

пространства

i , Ai , Pi , i 1, , n соответствуют n различным испытаниям. Если для любых Bi

Ai i 1, , n

 

n

 

n

 

выполнено соотношение P Ak

P Ak , то испытания независимы.

 

k 1

 

k 1

 

Пример 1. В охраняемое помещение можно пройти, преодолев 3 уровня безопасности. Вероятности преодоления каждого из них равны 0,2, 0,1 и 0,05 соответственно. Найти надежность (вероятность безотказной работы) этой системы безопасности.

Пример 2. P A P B 1. Являются ли события A, B независимыми событиями?

P AB P A P B P A B 2 P A B 1 P AB 1 .

Вывод. События A, B независимы.

Пример 3. Отец периодически проверяет дневник сына. 30 дней проверок не было. Возросла ли в этом случае «опасность» проверки дневника?

Указание. Надо сравнить условную и безусловную вероятности.

Формула полной вероятности.

Условие применимости. Известно, что событие А может произойти совместно только с одним из событий H1, H2, …, Hk. События H1, H2, …, Hk образуют полную группу событий.

Тогда, если до проведения испытания известны P(Hi) – априорные вероятности гипотез Hi, и условные вероятности P(A|Hi), то полную вероятность события A можно найти по формуле:

k

k

P( A) P( AH i ) P(H i ) P( A

 

H i ).

 

i 1

i 1

Обоснование формулы: события H j

– несовместны, поэтому события AH j – несовместны и

k

 

k

k

A AH j . Тогда

P( A) P( A ) P( A (H1 H 2 ... H k )) P( ( AH i

)) P( AH i ) .

j 1

 

i 1

i 1

Пример 1. В компании застрахованы 2 клиента. При наступлении страхового случая с вероятностью pi каждому из них независимо от другого будет выплачена страховая сумма в i рублей, i 0,1, . Какова вероятность того, что им будет выплачено m рублей?

Решение. Пусть A

 

 

H

j

 

 

 

 

им выплатят m рублей ,

 

 

выплата первому j руб. , тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

P( A) P(H j ) P( A

H j ) pm j p j

 

 

j 0

 

 

 

 

 

j 0

Пример 2(задача про две урны).

Формула Байеса. В описанных выше условиях стало известно, что событие A произошло. Формула Байеса позволяет найти P(Hj | A) апостериорные вероятности (вероятности по данным эксперимента).

P(H j

 

A)

P(H j A)

 

P(H j A)

 

 

P( A)

k

 

 

 

 

P( AH i )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

P(H j ) P( A | H j )

k

P(H i ) P( A | H i )

i 1

Пример 1.

Двурукий бандит – это автомат с двумя ручками, причем вероятности успеха,

соответствующие нажатию на ту или иную ручку, различны и равны p1, p2 , p1 / p2 1.

Каждый

раз игрок

может нажать лишь

одну ручку. Найти апостериорные вероятности

событий:

H1 левая ручка счастливая , H2

 

 

.

 

H1

 

Решение. Пусть A произошел выигрыш , априорные вероятности P H1 P H2 12 . Тогда

 

 

 

P(H1 A)

 

 

p

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P(H1

 

A)

 

 

 

1

2

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

P( A)

p1

1

 

p2

1

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

Пример 2 (использование формул полной вероятности и Байеса). Изделие проверяется на стандартность одним из товароведов. Вероятность того, что изделие попадет к первому товароведу, равна 0,55, а ко второму – 0,45. Вероятность того, что изделие будет признано стандартным первым товароведом, равна 0,9, а вторым – 0,98. а) Найти вероятность того, что первое изделие в результате проверки будет забраковано. б) Найти вероятность того, что первое изделие проверял второй товаровед, если оно было признано стандартным.

Решение. Определим события: A = {проверяемое изделие будет признано годным}, H1 ={изделие проверит 1-й товаровед}, H2 ={ изделие проверит 2-й товаровед}. По условию

H1 0, 55; H2 0, 45; A | H1 1 0, 9 0,1; A | H2 1 0, 98 0, 02.

Найдем по формуле полной вероятности

A H1 A | H1 H2 A | H2 0, 55 0,1 0, 45 0, 02 0, 055 0, 009 0, 064.

Применим формулу Байеса:

H2

| A

H2 A | H2

 

0, 45 0, 98

 

0, 441

0, 47;

A

1 0, 064

0, 936

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. При рентгеновском обследовании вероятность обнаружить заболевание туберкулезом у больного туберкулезом равна 1 . Вероятность принять здорового человека за больного равна. Доля больных туберкулезом по отношению ко всему населению равна . а) Найти вероятность того, что человек здоров, если он был признан больным при обследовании. б) Вычислить

найденную

в пункте

а)

вероятность

 

при

следующих

 

числовых

значениях:

1 0, 95, 0, 01, 0, 001.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Определим события:

A

=

{обследуемый

человек

будет признан больным},

H1 ={обследуемый человек болен}, H2 ={ обследуемый человек здоров}. По условию

 

 

 

 

H1 ; H2 1 ; A | H1 1 ; A | H2 .

 

 

 

Теперь, используя формулы полной вероятности и Байеса, найдем последовательно

 

 

 

 

 

 

H1 A | H1 H2 A | H2 1 1 ;

 

 

 

 

A

 

 

 

H2 | A

H2 A | H2

 

 

1

 

 

 

0, 999 0, 01

 

 

 

0, 00999

0, 91

 

 

A

 

 

 

 

 

0, 001 0, 95 0, 999

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

0, 01 0, 01094

 

 

 

Пример 4

(Закон распределения суммы со случайным числом слагаемых).

В некоторых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

задачах требуется найти распределение P(S

x)

суммы вида S i

, где число слагаемых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i 1

 

 

 

 

X i

 

– случайная величина. Например,

количество обратившихся

в страховую фирму,

 

возмещение, выплаченное i-му клиенту, Sτ сумма всех выплаченных возмещений. При этом

не

зависит от 1, 2 , (число обратившихся клиентов не зависит от величины возмещения).

 

 

Строим гипотезы относительно :

H j j , j 0,1, ; A S x , x .

Затем

вычисляем вероятность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P(S x) P(S x, j) P(S j x) P( j).

 

 

 

 

 

 

 

 

j 0

 

 

 

 

 

j 0

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 4. Схема независимых повторных испытаний

Описание схемы независимых повторных испытаний с двумя исходами: успех и неудача. Вычисление вероятностей наблюдения определенного числа успешных испытаний с помощью формулы Бернулли. Приближенные вычисления вероятностей в схеме независимых повторных испытаний с помощью предельных теорем. Теорема Пуассона. Локальная теорема МуавраЛапласа. Интегральная теорема Муавра-Лапласа. Следствия из интегральной теоремы об относительной частоте случайного события и вероятности наблюдения определенного числа успешных испытаний числа.

Схема независимых повторных испытаний. Формула Бернулли.

Схема испытаний Бернулли. Осуществляется n независимых испытаний, исходом каждого из

которых могут быть одно из противоположных событий А и А (успех или неудача). При этом в любом испытании P A p постоянна, P A 1 p q. Эту модель называют схемой

независимых повторных испытаний Бернулли.

Примеры испытаний Бернулли: страхование клиентов, перевозка штучных изделий, функционирование элементов, рождение детей.

Далее X – число появлений события А в n испытаниях.

Основные вероятностные задачи в схеме Бернулли.

Задача

1.

Найти

P X m Pn m – вероятность m успешных испытаний (биномиальная

вероятность).

P m1 X m2 Pn m1 ,m2 – вероятность того, что число успешных

Задача

2.

Найти

испытаний будет лежать в пределах от m1 до m2 . Задачи решаются с помощью формулы Бернулли:

1)Pn m Сnm pm qn m , m 0,1, n;

2)Pn m1 ,m2 Pn m1 Pn m2 .

Схема вывода формулы Бернулли. Пусть Ai = {появление события А в i-м испытании}. Через {i1, i2, .. in} обозначим перестановку чисел 1, 2, …, n. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pn m P

 

Ai1

Ai2 ... Aim

 

 

im 1

 

 

i m 2

...

 

n

p ... p q ... q Сnm . ■

A

A

A

 

 

 

 

 

 

 

 

i1

im ,

 

 

 

 

n m

 

 

 

m

n m

 

im 1 in

 

m множителей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Еще одна из задач связана с вычислением наивероятнейшего числа успехов m0 – числа успехов, которому соответствует наибольшее значение вероятности. Наивероятнейшее число успехов определяется путем решения неравенства: np q m0 np p . Количество решений – одно или два.

Приближенные вычисления в схеме Бернулли.

При n нахождение вероятности по формуле Бернулли сопряжено с преодолением проблемы вычислительного характера. Эта проблема решается либо с помощью нормального приближения, либо с помощью пуассоновского приближений. Также полезной оказывается формула Стирлинга.

 

 

n n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

Формула Стирлинга. При n n!

 

или n!

2 n nne n e

n ,

 

n

 

 

.

2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12n

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример. Точное значение 20! 2, 43 1018 ,10! 3628800;

приближенное

 

 

значение

20! 2, 42 1018 ,10! 3600000.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема Пуассона. Пусть число испытаний неограниченно растет n и p 0 так, что np , 0 . Тогда

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

lim P (m)

 

 

e , m 0,1, .

 

 

 

 

 

 

Поэтому

 

 

n n

 

 

 

m!

 

 

 

 

n(n 1) ... (n m 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P (m)

pmqn m

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

m!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(np)m

 

 

m

 

 

 

n(n 1)...(n m 1)

 

 

(1 p)n m

e ,

 

nm

 

 

m!

m!

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

Cn

 

 

 

 

 

A

 

 

 

Bn

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поскольку

lim A 1;

lim B

m

 

;

 

n n

n n

m!

Следствие. При n и np

m1

Pn m1, m2 m1!

lim

( p)(n m)

lim Cn = e n

e . ■

n

 

m1 1

m2

 

 

 

 

 

e .

(m

 

m !

1)!

 

1

 

 

2

Примечание. При конечном n вычисления проводятся по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P (m)

 

e при np.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

m!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Точность пуассоновской аппроксимации характеризуется величиной np2 .

Нормальное приближение

Pn (m) и Pn m1, m2 .

Введем обозначения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

1

 

 

е

х2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

2

плотность стандартного нормального распределения;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x

t2

 

 

 

 

 

 

 

x

(t)dt

 

 

 

e

 

dt функция распределения стандартного нормальной

2)

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Свойства функций x , x .

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

x x – четная функция, x

– убывает относительно

 

x

 

.

 

 

2)

x возрастает от 0

до 1.

 

 

 

 

3)x 1 x (используется для расчета при x < 0).

4)(0) = 0,5.

5)При х > 4,0 x 1,0000 (точность вычисления не превышает одну десятитысячную).

Интегральная теорема Муавра-Лапласа. Пусть

X – число

появлений события

A в n

независимых повторных испытаниях, m1 и m2

изменяются

таким образом, что

значения

mi np ,i 1, 2, остаются ограниченными. Тогда при n npq

Px1

X

np

x

 

(x ) (x ).

 

 

 

 

 

 

npq

2

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

m

np

m

np

Следствие 1. P

m , m

 

2

 

 

 

 

1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

n

1 2

 

 

npq

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительно при n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m np

P

m , m

P m X m

P

1

 

 

 

 

 

 

n

1 2

1

2

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

x np

 

m np

m np

m np

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

npq

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следствие 2 (оценка вероятности отклонения частости от вероятности).

 

 

 

 

m A

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

P

 

p

2

 

 

1.

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pq

 

 

 

Примечание. Считается, что для вычисления вероятностей вида

P X m лучше использовать

поправку на дискретность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 np

 

 

 

 

 

 

 

P X m

m

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При np3 / 2 1,07 ошибка такой аппроксимации не превышает 0,05. В таком случае

 

 

 

 

m 0,5 np

 

m 1

0,5 np

P

m , m

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

1 2

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Локальная теорема Муавра-Лапласа. Если в схеме независимых повторных испытаний число

испытаний неограниченно растет ( n ), а m изменяется таким образом, что m np остается npq

ограниченным, то

 

 

 

P n (m)

 

 

1

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

1

или P n (m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

m np

 

npq

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство. При ограниченном x

 

 

m

 

m np x

 

,

n m nq x

 

,

p,

npq

npq

n

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m np

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

n m q. n

P

m

 

 

 

n!

 

pmqn m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m! n m !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nne n e n

 

pmqn m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 m

mme m e m

2 n m n m n m

e n m e n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nn e pmqn m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 m

mm

 

 

2 n m n m n m

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

m

 

n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

nn pmqn m

1

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

n

m

 

n m

 

mm n m n m

npq

 

 

 

2

 

 

 

 

n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

nq

n m

 

ln A ln

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

nq

 

m ln

 

 

n m ln

 

 

 

 

 

m

n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m ln 1

 

 

 

 

 

npq

n m ln 1

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

npq

 

 

npq o

 

 

 

 

 

n m

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

npq o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

m

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 n m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n m

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

npq o 1

 

x2npq m n m

o 1

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

npq

 

 

npq x

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

2 n m

 

2m n m

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендации по выбору пуассоновского или нормального приближения. Считается, что n

при n 50 (еще лучше, если

n 100). Если выполняются условия npq > 9 и

1

 

p

n

 

, то

n 1

n 1

 

 

 

 

используется нормальное приближение. Во всех остальных случаях пуассоновское.

Пример 1 (использование локальной теоремы Муавра-Лапласа). Анализ итогов года показал,

что лишь 20% держателей страховых полисов потребовали возмещения страховых сумм. Найти в этих условиях вероятность того, что из 60 клиентов, вновь заключивших договор страхования, 15 клиентов также потребуют возмещения страховых сумм.

Решение. В условиях примера: испытание – страхование клиента, A ={наступление страхового события для отдельного клиента}, X – число страховых событий на 60 клиентов. Тогда

p 0, 2; n 60;

np 60 0, 2 12;

 

npq 60 0, 2 0,8 9, 6 9;

X 15

 

1

 

15 12

 

 

 

1

0, 97

 

0, 334

0,108.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,1

9, 6

9, 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,1

 

 

Пример 2 (использование интегральной теоремы Муавра-Лапласа). Для мужчины, дожившего до 30-летнего возраста, вероятность смерти на 31-м году жизни равна 0,005. Застрахована группа в 10000 человек 30-летнего возраста, причем каждый застрахованный внес в качестве взноса 1,2 рубля, В случае смерти застрахованного страховая компания выплачивает наследникам 100 руб. Какова вероятность того, что к концу года: а) компания окажется в убытке; б) чистый доход компании будет не менее 9000 рублей; в) чистый доход компании будет в пределах от 4000 до 5500 рублей.

Решение. В условиях примера: испытание – страхование клиента, A ={смерть клиента}, X – число умерших клиентов из 10000 застрахованных. Тогда

 

 

p 0, 005; n 10000; np 10000 0, 005 50; npq 50 0, 995 49, 75;

а) 12000 100 X 0 X 120 121 X 10000

 

10000 50

121 50

 

1411 10 1.0000 1.0000 0

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49, 75

 

49, 75

 

 

 

 

б) 12000 100 X 9000

 

 

 

X 30

 

 

 

0 X 30

 

 

30 50

 

 

0 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49, 75

 

 

49, 75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,83 7, 09 1 0,9975 0 0, 0025 ;

 

 

 

80 50

 

65 50

 

в) 4000

12000 100 X 5500 65

X 80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49, 75

49, 75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4, 25 2,13 1, 000 0,949 0, 001. .

Пример 3 (использование теоремы Пуассона). В районе проживают 1000 человек. Каждый из них независимо друг от друга с вероятностью 0,002 посещает аптеку. Найти вероятности событий:

B ={в аптеку обратятся 3 человека},

C ={ в аптеку обратятся менее трех человек}, D ={в аптеку

обратятся хотя бы 2 человека}, E ={в аптеку обратятся от двух до трех человек}.

 

Решение. В условиях

примера:

испытание

– проживание отдельного человека в

районе,

A ={обращение гражданина в аптеку}, X

суммарное число обращений в аптеку

граждан

проживающих в районе. Тогда

 

 

 

 

 

 

p 0, 002; n 1000;

 

np 1000 0, 002 2;

npq 2 0, 998 1.996 9.

 

Воспользуемся в вычислениях приближением Пуассона:

 

 

(B) X 3

23

 

e 2

0,180;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3!

 

 

 

 

 

 

 

(C) X 3 ( X 0) ( X 1) ( X 2)

 

 

20

 

 

e 2

 

21

 

e 2

22

e 2

0,135 0, 271 0, 271 0, 677;

 

 

 

 

 

 

0!

 

 

 

 

1!

2!

 

 

 

 

 

 

(D) X 2 1 X 2 ( X 0) ( X 1)

 

1

20

 

e 2

 

 

21

e 2 1 0,135 0, 271 0, 594;

 

 

 

1!

 

 

0!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(E) 2 X 3 ( X 2) ( X 1) ( X 3)

 

 

22

e 2

 

23

 

 

e 2 0, 271 0,180 0, 451.

 

 

 

 

 

 

 

 

2!

 

 

 

 

3!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Локальная теорема для арифметического (решетчатого) распределения.

Существует обобщение локальной теоремы Муавра-Лапласа.

Опр. Случайная величина X имеет решетчатое распределение, если при некотором h 0P X kh 1. Наибольшее такое h называется шагом распределения.

k

Локальная теорема. Пусть X n – последовательность независимых одинаково распределенных случайных величин (НОРСВ), имеющих арифметическое распределение с шагом h , причем

существуют M X1 a, D X1 b2.

P X1 X n

Тогда при

m na

cb

n, где c - некоторая константа:

 

 

1

 

 

 

m na

2

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

exp

2b2

 

.

 

 

 

 

 

b

 

2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема 5. Общие сведения о случайной величине

Интуитивное понятие случайной величины. Случайная величина как измеримая функция. Закон распределения случайной величины. Функция распределения случайной величины и ее свойства. Теорема Лебега о разложении функции распределения. Дискретные, сингулярные и абсолютно непрерывные случайные величины. Плотность распределения вероятностей и ее свойства. Содержательные примеры случайных величин смешанного типа (пример из актуарной математики).

2.1. Основные понятия.

Далее испытание заключается в измерении (наблюдении) некоторого числового показателя, имеющего случайную природу; , A, P – заданное вероятностное пространство, а ,B

– вещественная прямая с борелевской -алгеброй B .

Определение (содержательное). Числовая величина , , определенная на

множестве элементарных событий, значение которой зависит от случая и непредсказуемо до завершения испытания, называется случайной величиной.

Случайные величины обозначают X, Y, Z , … или , , , . Конкретное (возможное) значение с.в. будем обозначать x, множество всех возможных ее значений – X .

Опр. Если X - дискретное множество, то – дискретная случайная величина (ДСВ).

Примеры ДСВ. Количество произошедших за день правонарушений; количество обращений на станцию скорой помощи за определенный промежуток времени.

Опр. Если X – непрерывная область, то - непрерывная случайная величина (НСВ). Строгое определение НСВ будет дано позже через понятие плотности распределения.

Примеры НСВ. Доходы, расходы сырья, концентрация вещества, отклонение размера детали от номинала, температура воздуха в определенный день года; темп инфляции за месяц; масса мешка с сыпучим грузом.

ДСВ каждое из возможных значений принимает с положительной вероятностью. НСВ каждое конкретное значение принимает с нулевой вероятностью. Если случайная величина обладает обоими свойствами, то это случайная величина смешанного типа.

Определение (формальное). Действительная функция , определенная на измеримом

пространстве , A

называется A -измеримой или случайной

величиной, если

для любого

B B

: B A, т.е. прообраз 1 B является измеримым множеством в .

Замечание.

Если B ,B - две системы подмножеств,

A B f 1 A B ,

то функция

 

 

 

1

2

 

y f x B ,B

-измерима.

 

 

 

Случайная величина исчерпывающим образом описывается посредством (закона) распределения вероятностей.

Примечание 1. Для того, чтобы была случайной величиной, необходимо и достаточно,

чтобы для любого x : x A. Вероятностную меру

P , определенную на

,B с помощью

 

P B P 1 B P : B ,

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]