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

Литература / Феллер_теория вероятностей_I

.pdf
Скачиваний:
396
Добавлен:
17.04.2013
Размер:
21.9 Mб
Скачать

В.Феллер

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ Том 1

Перевод второго, переработанного автором издания (перевод первого издания выпущен Издательством иностранной литературы в 1952 г.) содержит систематическое изложение той части теории вероятностей, которая имеет дело с дискретными множествами элементарных событий (конечными и счетными). Такой выбор материала позволил автору без использования сложного аналитического аппарата ввести читателя в круг основных идей теории вероятностей и ее приложений.

Книга служит популярным введением в современную теорию вероятностей, доступным начинающим. Ее смогут читать студенты младших курсов университетов, а также инженеры и научные работники всех специальностей, желающие ознакомиться с основами теории вероятностей.

Особый интерес книга представит для биологов, для которых методы теории

вероятностей являются главными математическими методами.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие ко второму русскому

5

§ 8. Задачи

35

изданию

 

Глава II. Элементы

38

Предисловие ко второму изданию

7

комбинаторного анализа

 

Предисловие к первому изданию

9

§ 1. Предварительные сведения

38

Введение. Природа теории

11

§ 2. Выборки

40

вероятностей

 

§ 3. Примеры

42

§ 1. Исходные представления

11

§ 4. Соединения

45

§ 2. Способ изложения

13

§ 5. Приложения к задачам о

49

§ 3. «Статистическая» вероятность

14

размещении

 

§ 4. Резюме

15

§ 6. Гипергеометрическое

55

§ 5. Исторические замечания

16

распределение

 

Глава 1. Пространства

17

§ 7. Примеры, связанные с

59

элементарных событий

 

временем ожидания

 

§ 1. Опытные основания

17

§ 8. Биномиальные коэффициенты

62

§ 2. Примеры

19

§ 9. Формула Стирлинга

64

§ 3. Пространство элементарных

24

§ 10. Примеры и упражнения

67

событий. События

 

§ 11. Задачи и дополнения

71

§ 4. Отношения между событиями

25

теоретического характера

 

§ 5. Дискретные пространства

28

§ 12. Задачи и тождества,

75

элементарных событий

 

связанные с биномиальными

 

§ 6. Вероятности в дискретных

30

коэффициентами

 

пространствах элементарных

 

Глава III. Колебания при игре с

80

событий

 

бросанием монеты и

 

§ 7. Основные распределения.

33

случайные блуждания

 

Основные допущении

 

§ 1. Основные понятия

81

§ 2. Задачи о расположении

84

§ 3. Случайное блуждание и игра с

88

бросанием монеты

 

§ 4. Новая формулировка

90

комбинаторных теорем

 

§ 5. Первый закон арксинуса

92

§ 6. Число возвращений в начало

97

координат

 

§ 7. Экспериментальные данные

99

§ 8. Различные дополнения

101

Глава IV. Комбинации событий

104

§ 1. Объединение событий

104

§ 2. Приложение к классической

107

задаче о размещении

 

§ 3. Осуществление m из N

112

событий

 

§ 4. Приложения к задачам о

113

совпадениях и к задаче

 

угадывания

 

§ 5. Различные дополнения

115

§ 6. Задачи

117

Глава V. Условная вероятность.

120

Независимость

 

§ 1. Условная вероятность

120

§ 2. Вероятности, определяемые

124

через условные вероятности.

 

Урновые модели

 

§ 3. Независимость

131

§ 4. Повторные испытания

134

§ 5. Приложения к генетике

138

§ 6. Сцепленные с полом признаки

142

§ 7. Селекция

145

§ 8. Задачи

146

Глава VI. Биномиальное

152

распределение и

 

распределение Пуассона

 

§ 1. Испытания Бернулли

152

§ 2. Биномиальное распределение

154

§ 3. Максимальная вероятность в

157

биномиальном распределении

 

§ 4. Закон больших чисел

158

§ 5. Приближенная формула

159

Пуассона

 

§ 6. Распределение Пуассона

163

§ 7. Примеры схем, приводящих к

166

распределению Пуассона

 

§ 8. Время ожидания.

171

Отрицательное биномиальное

 

распределение

 

§ 9. Полиномиальное

174

распределение

 

§ 10. Задачи

175

Глава VII. Нормальное

181

приближение для

 

биномиального распределения

 

§ 1. Нормальное распределение

181

§ 2. Предельная теорема Муавра

185

— Лапласа

 

§ 3. Примеры

190

§ 4. Связь с приближенной

193

формулой Пуассона

 

§ 5. Большие отклонения

195

§ 6. Задачи

196

Глава VIII. Неограниченные

200

последовательности

 

испытаний Бернулли

 

§ 1. Бесконечные

200

последовательности

 

испытаний

 

§ 2. Системы игры

203

§ 3. Леммы Бореля — Кантелли

205

§ 4. Усиленный закон больших

208

чисел

 

§ 5. Закон повторного логарифма

209

§ 6. Интерпретация на языке

214

теории чисел

 

§ 7. Задачи

215

Глава IX. Случайные величины;

217

математическое ожидание

 

§ 1. Случайные величины

217

§ 2. Математическое ожидание

225

§ 3. Примеры и приложения

228

§ 4. Дисперсия

232

§ 5. Ковариация. Дисперсия суммы

235

§ 6. Неравенство Чебышева

239

§ 7. Неравенство Колмогорова

240

§ 8. Коэффициент корреляции

241

§ 9. Задачи

243

Глава X. Законы больших чисел

248

§ 1. Одинаково распределенные

248

случайные величины

 

§ 2. Доказательство закона

252

больших чисел

 

§ 3. Теория «безобидных» игр

254

§ 4. Петербургская игра

256

§ 5. Случайные величины с

259

различными распределениями

 

§ 6. Приложения к комбинаторике

262

§ 7. Усиленный закон больших

264

чисел

 

§ 8. Задачи

267

Глава XI. Целочисленные

270

величины. Производящие

 

функции

 

§ 1. Общие положения

270

§ 2. Композиция

272

§ 3. Приложение к задачам о

276

времени первого достижения и

 

времени первого возвращения

 

в схеме Бернулли

 

§ 4. Разложение на простые дроби

280

§ 5. Двойные производящие

283

функции

 

§ 6. Теорема непрерывности

284

§ 7. Задачи

287

Глава XII. Сложные

291

распределения. Ветвящиеся

 

процессы

 

§ 1. Суммы случайного числа

291

величин

 

§ 2. Сложное распределение

293

Пуассона

 

§ 3. Безгранично делимые законы

294

§ 4. Примеры ветвящихся

295

процессов

 

§ 5. Вероятности вырождения в

297

ветвящихся процессах

 

§ 6. Задачи

300

Глава XIII. Рекуррентные события.

301

Уравнение восстановления

 

§ 1. Наглядное введение и

301

примеры

 

§ 2. Определения

305

§ 3. Основные соотношения

309

§ 4. Уравнение восстановления

314

§ 5. Рекуррентные события с

317

запаздыванием

 

§ 6. Число осуществлении события

321

E

 

§ 7. Приложения к теории серий

324

успехов

 

§ 8. Более общие рекуррентные

328

события

 

§ 9. Особенности времен

329

ожидания с геометрическим

 

распределением

 

§ 10. Доказательство теоремы 3§3

331

§ 11. Задачи.

333

Глава XIV. Случайные блуждания

336

и задачи о разорении

 

§ 1. Общие понятия

336

§ 2. Задача о разорении игрока

338

§ 3. Средняя продолжительность

341

игры

 

§ 4. Производящие функции

344

продолжительности игры и

 

времени первого достижения

 

§ 5. Явные выражения

346

§ 6. Переход к пределу; процессы

348

диффузии

 

§ 7. Случайные блуждания на

352

плоскости и в пространстве

 

§ 8. Обобщенное одномерное

356

случайное блуждание

 

(последовательный анализ)

 

§ 9. Задачи

360

Глава. XV. Цепи Маркова

365

§ 1. Определение

365

§ 2. Примеры

367

§ 3. Вероятности перехода за n

375

шагов

 

§ 4. Замкнутые множества

377

состояний

 

§ 5. Классификация состояния

379

§ 6. Эргодическое свойство

384

непериодических цепей.

 

Стационарные распределения

 

§ 7. Периодические цепи

388

§ 8. Невозвратные состояния

390

§ 9. Задача о тасовании колоды

395

карт

 

§ 10. Общий марковский процесс

397

§ 11. Различные дополнения

402

§ 12. Задачи

407

Глава XVI. Алгебраический метод

410

изучения конечных цепей

 

Маркова

 

§ 1. Общая теория

410

§ 2. Примеры

414

§ 3. Случайное блуждание с

418

отражающими экранами

 

§ 4. Невозвратные состояния;

421

вероятности поглощения

 

§ 5. Приложение к времени

425

возвращения

 

Глава XVII. Простейшие

427

стохастические процессы с

 

непрерывным временем

 

§ 1. Общие понятия

427

§ 2. Распределения Пуассона

430

§ 3. Процесс чистого размножения

432

§ 4. Расходящийся процесс

435

размножения

 

§ 5. Процесс размножения и

437

гибели

 

§ 6. Показательное время

442

обслуживания

 

§ 7. Очереди и задачи

444

обслуживания

 

§ 8. Обратные уравнения

453

(уравнения, «обращенные в

 

прошлое»)

 

§ 9. Обобщение; уравнения

455

Колмогорова

 

§ 10. Процессы, уходящие в

460

бесконечность

 

§ 11. Задачи

466

Ответы к задачам

470

Предметный указатель

484

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Азартные игры

— — неблагоприятная 255, 268

— — задача о разорении 338

— — с бесконечным математическим

— — с бесконечным математическим

ожиданием 256

ожиданием выигрыша 256

Безусловные (полные) вероятности

— — серии 200, 215, 328

121

— — система игры 203,340

— — — в марковских цепях 376, 402

— — три игрока, играющих по

Бесконечные моменты 271

очереди 28, 35

— — предельные теоремы для 251,

Айзинга теория одномерных цепочек

260, 268, 323

55

— — при случайном блуждании 98,

Байеса формула 130

102, 352, 374

Безгранично делимые распределения

Биллиард 288

294

Биномиальное распределение 154

«Безобидная игра» 254, 268, 340

— — в комбинации с

распределением Пуассона 177, 292, 300

— главный член 157, 199

— дисперсия 233, 236, 274

— задача о размещении 47, 114

— интегральные представления для 180, 348, 363

— как предельная форма гипергеометрического распределения 71,178

— — условное распределение в пуассоновском процессе 243

— композиция 179, 264

— математическое ожидание модуля 247

— модель Эренфестов 386 Биномиальное распределение,

нормальное приближение для 185

— отрицательное, см. Отрицательное биномиальное распределение

— производящая функция 274

— пуассоновское приближение для 159, 178, 193

— «хвосты» 158, 180, 198

— числовые примеры 114, 161,

176

Биномиальные коэффициенты 45, 62

— интегральные формулы 351, 363

— тождества для 75, 101, 118 «Благоприятные» случаи 35, 38 Бозе—Эйнштейна статистика 16, 31,

52, 74, 119

Больцмана—Максвелла, см. Максвелла—Больцмана статистика

Бонферрони неравенства 116, 148 Бореля—Кантелли леммы 206, 207 Борьба за существование 434

Бридж, см. Выбор карт, Тасование

для иллюстрации алгебры событий 27, 36

распределение карт на руках 46, 70, 106, 117

— тузов 21, 49, 70 175

условные вероятности 147 Бросания монеты см. Испытания

Бернулли; Первое достижение; Случайное блуждание; Серии в испытаниях Бернулли

— как задача о размещении 60

— — случайное блуждание 88, 336

— ничьи при 313, 333

— распределение лидерства 83, 93

— эмпирические иллюстрации 33, 99

Броуновское движение, см. Диффузия

Буля неравенство 34 b(k,n,p) 154

Вакцин проверка 156 Вероятности поглощения, см.

Продолжительность игры. Вырождение

— в марковских цепях 391, 408, 421

— — процессах гибели и размножения 440, 441

— — — диффузионных 352, 362

— при случайном блуждании 338, 355, 362

— — — — обобщенном 356 Ветвящиеся процессы 295. 300 Включение 27 Возвратные состояния 380

Возвращение в начало при испытаниях Бернулли и случайном блуждании 89

— — в многомерном пространстве

311, 353

— — как рекуррентное событие

303

— — предельные теоремы 98, 102

— — производящая функция 279, 288

— — с различными вероятностями 394

— — связь с марковскими цепями

395

— — число 97, 288, 322

— — эмпирические иллюстрации

99

— — n-e 92, 103

Восстановление совокупностей элементов и популяций 308, 319, 334

Восстановления метод в случайном блуждании 362

— уравнение 314, 331 Время возвращения 307, 334, см.

Возвращение в начало, Время ожидания

— в марковских цепях 380, 425

— для рекордов 333

— — серий 324

жизни 319, 334

обслуживания показательное 330, 442

ожидания, см. Время первого достижения, Время возвращения, Возвращение в начало

— в биллиарде 288

— — задаче о коллекционировании 60, 117, 230, 245, 288

Время возвращения в комбинаторных задачах 59, 69, 70

— — марковских цепях 380, 390 408

— геометрическое 329

— показательное 442

— с отрицательным биномиальным распределением 171, 229, 275

первого достижения в испытаниях Бернулли и при случайном блуждании 89, 303, 337, см.

Продолжительность игры, Время возвращения, Время ожидания

— — математическое ожидание

276, 341

— — предельные теоремы 102, 352, 363

— — производящие функции 276, 333, 344, 362

— — точные формулы 91, 347,

361 Выбор 40, 238, 245

время ожидания 59, 118, 229

карт 106, 113, 117, 237

повторный 57, 177

последовательный 356, 360, 373

при классификации 245

рандомизированный (случайный) 221

с возвращением и без возвращения 40, 71, 117, 238

требуемый объем выборки 156.

193, 197, 250

элементарные задачи 68, 221 Выборочное среднее 250 Выборочный контроль 56, 175, 177,

244

— последовательный 356, 360, 373

Выводок насекомых и его выживание 177, 292

Выживание в ветвящихся процессах

295

— процессах гибели и размножения 439

генов 124, 177, 297, 394

фамилии 296

Вылов рыбы 56 Вырождение

в ветвящихся процессах 297

— процессах гибели и размножения 439

генов 124, 297, 394

рода 296

«Вырожденные» процессы 435, 460 Гамма-функция 78 Гауссовское (нормальное)

распределение 184 Гейгера — Мюллера счетчик, см.

Счетчики Гены и генотипы 21, 121, 149

— — марковские цепи 374

— — мутации и выживание 297, 394, 434

— — наследственность 261 Гемофилия как признак, сцепленный

сполом 126

Геометрическое распределение 173, 243, 349

— в различных задачах 61, 74, 243, 299

— — случайных процессах 467

— для объема семей 147, 296

— как отрицательное биномиальное распределение 173, 229, 275

— — предел статистики Бозе — Эйнштейна 74

— отсутствия последействия 349 442

— показательное распределение как предел 442

Гипергеометрическое распределение

56, 69, 70, 238

— двойное 59

— приближение биномиальным распределением 71, 178

— — нормальным распределением 197

— — — пуассоновским распределением 178 Гипотез вероятности 130

Гипотезы 121

— статистические, см. Критерии статистические

Граничные точки для стохастических процессов 466

Грозовые разряды, распределение убытков 293, 428

Группировка в марковских цепях 409 Группировки критерий 54 Данные Уэлдона о бросании кости

155

Дважды стохастические матрицы 386 Двойные испытания Бернулли

производящие функции 283, 300, 335

— — отрицательного биномиального распределения

290

— — распределения Пуассона 179, 283

Двойственности принцип 85 Деление клеток 295 Дефекты в материалах 166, 176

выборочный контроль 175, 177, 244, 356, 373

некоторые задачи 68, 147

проверка крови 245

пуассоновское распределение для числа 162

Дискретные пространства элементарных событий 28

Дисперсия 232

вычисление по производящей функции 272

нормального распределения 184

суммы 235

Дифференциальные уравнения Колмогорова 455

— — — единственность 463

— —

— обратные 459

371, 417

— —

— прямые 458

— — — таблицы 51, 109, 111, 114

— — — частный случай 431

— — — элементарные задачи 39, 67,

Диффузия 348

117, 219, 245

— коэффициент 350

— — — эмпирическая

— модель Эренфестов 127, 370, 386,

интерпретация 20

407

— — — ящики, занятые

— поглощение и первое достижение

несколькими шарами 43, 47, 72

351, 362

— — разорении 360, см Вероятности

Дни рождения

поглощения

— — как задача о размещении 20, 72

— — сенаторах 46, 56

— — комбинаторные задачи 69

— — снабжении электроэнергией

— — одинаковые 44, 59, 71

155

— — ожидаемое число 230, 244

— — телефонных линиях 194, 144,

— — пуассоновское распределение

468, см Телефон

для 112, 161, 176

— — уличном движении 176, 400

Доминантный ген 122

Закон арксинуса 92, 95, 101

Домино 68

— больших чисел

Дополнительные события 25

— — — для зависимых случайных

Достоверные рекуррентные события

величин 268

307

— — — — испытаний Бернулли 158,

Зависимость, см. Независимость

199

Задача Банаха о спичечном коробке

— — — — марковских цепей 403

173, 231

— — — — подстановок 262

— — — — — вариант 177

— — — — рекуррентных событий

— о баллотировке 81, 85

321

— — ключах 60, 68, 147, 244

— — — обобщенная формулировка

— — конкуренции 191

(для случая бесконечных

— — лифте 21, 44, 71

моментов) 256

— — обуви 69, 117

— — — усиленный 264, 269

— — размещении 20, 49

— — — — для испытаний Бернулли

— — — времена ожидания 59, 69, 70,

208, 215

229, 288

— — — — — цепей Маркова 403

— — — отрицательное

— повторного логарифма 209, 215

биномиальное распределение как

— — — для марковских цепей 404

предельная форма распределения

— — — обобщенный 216

в 74

— следования Лапласа 130

Задача о размещении» применение

Замена, см Восстановление, Выбор,

марковских цепей 371, 417

Замкнутые множества, Замыкание

— — — пуассоновское

377

распределение как предел 58, 110

Изюминок распределение 163, 166,

— — — пустые ящики 73, 119, 246,

176

Инверсии 262

Композиция (свертка) 272

Инерции момент 234

Контроль за качеством 54, см

Инициалы 67

Выборочным контроль

Испытания Бернулли, см Закон

Координатное пространство 136

арксинуса, Пари, Биллиард,

Космические лучи 21, 435

Время первого достижения.

Кости

Случайные блуждания, Серии в

— данные Уэлдона 155

испытаниях Бернулли

— и задача о размещении 21

— — бесконечная

— производящие функции 287

последовательность 202

— равновесие единиц, двоек 304,

— — интерпретация на языке теории

314

чисел 214

— распределение суммы 220, 233,

— — определение 135

249

— — сложные 175, 177, 242

— серии единиц 200, 215, 325

— — с различными вероятностями,

— элементарные задачи 49, 60, 69,

дисперсия 236

117, 146, 175, 176, 196, 243 406

— — — — — определение 224

Коэффициент корреляции 241

— — — — — пуассоновское

— обслуживания 448

приближение 286

Коэффициент простоя 450

— повторные 134

Крайние распределения 219

— — представление через случайные

Критерии статистические

величины 223

— — группировки 54

Канонический вид матриц 410

— — однородности 53, 197

Карты, см Бридж, Выбор карт, Покер,

— — порядковые 84, 156

Тасование

— — следования 177

Классификация сложная 39

— — случайности 53, 68, 69, 73, 84,

Ковариация 235, 242

114

Коллекция купонов 21, 60, 117

Кровяные тельца 170

— — моменты 230, 245, 288

— — проверка крови 245

Колмогорова дифференциальные

Лидерства распределение 82, 87, 92,

уравнения 455

159

— критерий 265 (обращение 269)

— — опытные данные 100

— неравенство 240

Логарифмы, неравенства и степенные

Колмогорова — Чепмэна уравнение

ряды 62

для случайных процессов 455,

Ложное заражение 127

468

Макроскопическое равновесие 384

— — — — цепей Маркова 399, 402

Максвелла — Больцмана статистика

Комбинаторные задачи

16, 32, 52, 72, 119

— — использующие центральную

— — — как предельная форма

предельную теорему 197, 262

статистики Ферми — Дирака 70

— — связанные со случайным

Максимального правдоподобия

выбором 300

оценка 57

Максимумы при случайном блуждании (см. Наибольшее наблюдение)

— — — положение 101

— — — распределение 361 Марковские процессы 397, 409

— с непрерывным временем 427, 455

Марковские цепи

— высоких порядков 405

— определение 367

— связанные со случайными процессами 395, 407, 440, 459

— смесь 409

— суперпозиция 401 Марковское свойство 331, 398 Математическое ожидание 225

— отношения 244, 247

— произведения 227, 235, 241

— суммы 227

— условное 228

Матрицы

каноническое представление 410

нестохастические 404, 422

обозначения 151, 367, 375, 414

общего вида 378, 383, 422

стохастические 367

— дважды 387

Метод случайного выбора 221, 300

усечения 2.52, 258, 260, 266, 269

Многомерное распределение Пуассона 179

Многоярусные лампы 39 Множества

замкнутые (в марковских цепях) 377

цилиндрические 137, см. События Молекул длинные цепи 21, 246 Момент инерции 234 Моменты 233

бесконечные 271

Морзе азбука 68

Мутации 297, 434 Н—обозначения неудачи 152

Наибольшее наблюдение, оценка по

231, 343

Наследственность 138, 261 Невозвратные состояния 380, 390 Недостоверные рекуррентные

события 307 Независимость 131, 222, 247

Немарковские процессы 399, 409 Непересекающиеся события 26 Неправильно набранные телефонные

номера 169 Непрерывности теорема 284 Неприводимые цепи 377 Неразличимость 22, 31, 52

два типа элементов 47 Несмещенная оценка 247 Несущественные состояния 381 Ничьи

в биллиарде 288

— модели случайного блуждания

83

при бросании нескольких монет

313, 333

— игре в кости 304, 314 Нормальная плотность и

распределение 181

— — — оценки 183, 196

Нормальное приближение для биномиального распределения 185, 199

— — — — большие уклонения 195

— — гипергеометрического распределения 197

— — комбинаторных серий 197

— — марковских цепей 403

— — перестановок 263, 264 Нормальное приближение для

пуассоновского распределения 193, 197, 250