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

_gmurman2[1]

.pdf
Скачиваний:
180
Добавлен:
17.05.2015
Размер:
8.01 Mб
Скачать

В.Е. ГМУРМАН

Руководство

к решению задач по теории

вероятностей и математической статистже

Издание девятое, стереотипное

Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации

в качестве учебного пособия для студентов вузов

Москва «Высшая школа» 2004

У Д К 519.2 ББК 22.171

Г 55

ISBN 5-06-004212-Х © ФГУП «Издательство «Высшая школа», 2004

Оригинал-макет данного издания является собственностью издательства «Высшая пшола», и его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия издательства запрещается.

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

 

СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ

 

Глава первая. <

 

§ 1. Классическое и статистическое определения вероятности...

8

§ 2. Геометрические вероятности

12

Глава вторая. Осионпие теоремы

18

§ 1. Теорема сложения и умножения вероятностей

18

§ 2. Вероятность появления хотя бы одного события

29

§ 3. Формула полной вероятности

31

§ 4. Формула Бейеса

32

Глава третья. Попорешю •саытшшй

37

§ 1. Формула Бернулли

37

§ 2. Локальная и интегральная теоремы Лапласа

39

§ 3. Отклонение относительной частоты от постоянной вероягг-

 

ности в независимых испытаниях

43

§ 4. Наивероятнейшее число появлений события в независимых

 

испытаниях

46

§ 5. Производящая функция

50

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

 

СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

 

Глава четвертая. Дшсшретие сяучаЛиые велрвош

52

§ Ь Закон распределения вероетноетей дискретной случайной

 

величины. Законы биномиальный и Пуассона

52

3

§ 2. Простейший поток событий

60

§ 3. Числовые хараюеристики дискретных случайных величин.

63

§ 4. Теоретические моменты

79

Глава пятая. Запш большвх чисел

82

§ 1. Неравенство Чебышева

82

§ 2. Теорема Чебышева

85

Глава шестая. Фувкщш н nJurraocni распределеии вероятностей слу-

 

§ 1. Функция распределения вероятностей случайной величины

87

§ 2. Плотность распределения вероятностей непрерывной слу­

 

чайной величины

91

§ 3. Числовые характеристики непрерывных случайных величин

94

§ 4. Равномерное распределение

106

§ 5. Нормальное распределение

109

§ 6. Показательное распределение и его числовые характеристики

114

§ 7. Функция надежности

119

Глава седьмая. Распределение функции одного и даух слдгчайных apiy-

 

меигов

121

§ 1. Функция одного случайного аргумента

121

§ 2. Функция двух случайных аргументов

132

Глава восьмая. Система двух случайных величин

137

§ 1. Закон распределения двумерной случайной величины

137

§ 2. Условные законы распределения вероятностей составля­

 

ющих дис1фетной двумерной случайной величины

142

§ 3. Отыскание плотностей и условных законов распределения

 

составляющих непрерывной двумерной случайной величины....

144

§ 4. Числовые характеристики непрерывной системы двух слу­

 

чайных величин

146

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

 

ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ

 

Глава девятая. Выборочный метод

151

§ 1. Статистическое распределение выборки

151

§ 2. Эмпирическая функция распределения

152

§ 3. Полигон и гистограмма

152

Глава десятая. Спгпкппескне оценки нарвиетрои расиределення.....

157

§ 1. Точечные оценки

157

4

§ 2. Метод моментов

 

163

§ 3. Метод наибольшего правдоподобия

 

169

§ 4. Интервальные оценки

 

174

Глава одиннадцатая. Методы расчета сводных характеристик выборки

181

§ 1. Метод произведений вычисления выборочных средней и

 

дисперсии

 

181

§ 2. Метод сумм вычисления выборочньпс средней и дисперсии

184

§ 3. Асимметрия и эксцесс эмпирического распределения

186

Глава двенадцатая. Элементы теории корреляции

 

190

%\. Линейная корреляция

 

190

§ 2. Криволинейная корреляция

 

196

§ 3. Ранговая корреляция

 

201

Глава тринадцатая. Статисгаческая проверка спггастических гапотез

206

§ 1. Основные сведения

 

206

§ 2. Сравнение двух дисперсий нормальных генеральных сово­

 

купностей

 

207

§ 3. Сравнение исправленной выборочной дисперсии с

 

гипотетической генеральной дисперсией нормальной совокуп­

 

ности

 

210

§ 4. Сравнение двух средних генеральных совокупностей,

 

дисперсии которых известны (большие независимые выборки).

213

§ 5. Сравнение двух средних нормальных генеральных совокуп­

 

ностей, дисперсии которых неизвестны и одинаковы (малые

 

независимые выборки)

 

215

§ 6. Сравнение выборочной средней с гипотетической генераль­

 

ной средней нормальной совокупности

 

218

§ 7. Сравнение двух средних нормальных генеральных совокуп­

 

ностей с неизвестными дисперсиями (зависимые выборки)

226

§ 8. Сравнение наблюдаемой относительной частоты с

 

гипотетической вероятностью появления события

 

229

§ 9. Сравнение нескольких дисперсий нормальных генеральных

 

совокупностей по выборкам различного объема. Критерий Бар-

 

тлетта

 

231

§ 10. Сравнение нескольких дисперсий нормальных генеральных

 

совокупностей по выборкам одинакового объема. Критерий Коч-

 

рена

 

234

§11. Сравнение двух вероятностей биномиальных распределений

237

§ 12. Проверка гипотезы о значимости

выборочного

 

коэффициента корреляции

 

239

§ 13. Проверка гипотезы о значимости

выборочного

 

коэффициента ранговой корреляции Спирмена

 

244

§ 14. Проверка гипотезы о значимости выборочного коэф­

 

фициента ранговой корреляции Кецдалла

246

§ 15. Проверка

гипотезы об однородности двух выборок по

 

]фитерию Вилкоксона

247

§ 16. Проверка гипотезы о нормальном распределении генераль­

 

ной совокупности по критерию Пирсона

251

§ 17. Графическая проверка гипотезы о нормальном распреде­

 

лении генеральной совокупности. Метод спрямленных диаграмм

25 9

§ 18. Проверка гипотезы о показательном распределении гене­

 

ральной совокупности

268

§ 19. Проверка гипотезы о распределении генеральной совокуп­

 

ности по биномиальному закону

272

§ 20. Проверка гипотезы о равномерном распределении генераль­

 

ной совокупности

275

§ 21. Проверка гипотезы о распределении генеральной совокуп­

 

ности по закону Пуассона

279

Глава четырнадцатая. Одрюфиториый дкперсвошшй ашшв

283

§ 1. Одинаковое число испытаний на всех уровнях

283

§ 2. Неодинаковое число испытаний на различных уровнях

289

 

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН

 

Глава пятнадцатая.

Моделаромшю (разыгрышипе) сяучшЛшик

 

велпш методом Мовте-Карло

294

§ 1. Разыгрывание дискретной случайной величины

294

§ 2. Разыгрывание полной группы событий

295

§ 3. Разыгрывание непрерывной случайной величины

297

§ 4. Приближенное разыгрывание нормальной случайной

 

величины

 

302

§ 5. Разыгрывание двумерной случайной величины

303

§ 6. Оценка надежности простейших систем методом Монте-

 

Карло

 

307

§ 7. Расчет систем массового обслуживания с отказами методом

 

Монге-Карло

 

311

§ 8. Вычисление определенных икгегралов методом Мон­

317

те-Карло

 

 

ЧАСТЬ ПЯТАЯ

 

СЛУЧАЙНЫЕ ФУНКЦИИ

 

Глава шестнадцатая. Корреляцрошиш теорш сяучшЁяых футщЛ ••••

330

§ 1. Основные понятия. Характеристики случайных функций...

330

6

§ 2. Характеристики суммы случайных функций

337

§ 3. Характеристики производной от случайной функции

339

§ 4. Характеристики интеграла от случайной функции

342

Глава семнадцатая. Стацкоиярные случайные функции

347

§ 1. Характеристики стационарной случайной функции

347

§ 2. Стационарно связанные случайные функции

351

§ 3. Корреляционная функция производной от стационарной

 

случайной функции

352

§ 4. Корреляционная фушощя интеграла от стационарной слу>

 

чайной функции

355

§ 5. Взаимная корреляционная функция дифференцируемой

 

стационарной случайной функции и ее производных

357

§ 6. Спектральная плотность стационарной случайной функции

360

§ 7. Преобразование стационарной случайной функции

 

стационарной линейной динамической системой

369

Ответы

373

Приложения

387

Часть первая

СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ

Глава первая

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ

§ 1. Классическое и статистическое определение вероятности

При классическом определении вероятность события опреле^-хпет-

ся равенством

Р(А)^т/п.

где Л1—число элементарных исходов испытания, благоприятствующих появлению события А; п—общее число возможных элементарных исходов испытания. Предполагается, что элементарные исходы обра­ зуют полную группу и равновозможны.

Относительная частота события А определяется равенством

WiA)^m/n,

где т—число испытаний, в которых событие А наступило; п —общее число произведенных испытаний.

При статистическом определении в качестве вероятности события

принимают его относительную частоту.

1.

Брошены

две игральные

кости. Найти вероятность того, что

сумма

очков на

выпавших гранях—четная, причем на срани хотя

(кд одирй из костей появится шестерка.

Р е ш е н и е . На выпавшей

грани

«первой)^ игральной косги мо*

жет появиться одно очко,

два

очка,

... , шесть очков. Аналогич­

ные шес1ъ элементарных

исходов возможны при бросании «второй»

кости. Каждый из исходов бросания «первой» кости может сочетаться с каждым из исходов бросания «второй». Таким образом, общее число возможных элементарных исходов испытания равно 6-6'=^-36. Эти исходы образуют полную группу и в силу симметрии костей равновозможны.

Благоприятствующими интересующему нас событию (хотя бы на од­ ной грани появится шестерка, сумма выпавших очков — четная) явля­ ются следующие пять исходов (первым записано число очков, выпав­ ших на «первой» кости, вторым—число очков, выпавших на «второй» кости; далее найдена сумма очков):

1) 6, 2; 64-2 = 8, 2) 6, 4; 6 + 4-= 10. 3) 6, 6; 6-f6=rl2, 4) 2. 6: 2 + 6-«8. 5) 4, 6; 4+6=10 .

Искомая вероятность равна отношению числа исходов, благопри­ ятствующих событию, к числу всех возможных элементарных исхо­ дов: Я = 5/36.

2. При перевозке ящика, в котором содержались 21 стандартная

я 10 нестандартных деталей, утеряна одна деталь, причем неизвестно какая. Наудачу извлеченная (после перевозки) из ящика деталь оказалась стандартной. Найти вероятность того, что была утеряна: а) стандартная деталь; б) нестандартная деталь.

Р е ш е н и е , а) Извлеченная стандартная деталь, очевидно, не могла быть утеряна; могла быть потеряна любая из остальных 30

детглей (21-Ь10 —1=30),

причем среди них было 20 стандартных

(21—1=20). Вероятность

того,

что была потеряна стандартная де­

таль, Р = 20/30 =.2/3.

 

из которых могла быть утеряна, бы­

б) Среди 30 деталей, каждая

ло 10 нестандартных. Вероятность того, что потеряна нестандартная деталь, Р == 10/30-^ 1/3.

3.Задумано двузначное число. Найти вероятность того, что задуманным числом окажется: а) случайно на­ званное двузначное число; б) случайно названное двузнач­ ное число, цифры которого различны.

4.Указать ошибку «решения» задачи: брошены две игральные кости; найти вероятность того, что сумлш вы­ павших очков равна 3 (событие А).

«Р е ш е н и е>. Возможны два исхода испытания: сумма выпавших очков равна 3, сумма выпавших очков не равна 3. Отбытию Л 6.iaroприятствует один исход; общее число исходов равно двум. Следова­ тельно, искомая вероятность Р(>4)~1/2.

Ошибка этого «решения» состоит в том, что рассматриваемые ис­ ходы не являются равновозможными.

Правил! ь н о е р е ш е н и е . Общее число равновозможных исхо­ дов равно 6-6==36 (каждое число очков, выпавших на одной кости, может сочетаться со всеми числами очков, выпавших на другой кости). Среди этих исходов благоприятствуют событию А только два исхода (в скобках указаны числа выпавших очков); (1; 2) и (2; !)• О|едовательно, искомая вероятность Р (Л)--2/36-^= 1J8.

5. Брошены две игральные кости. Найти вероятности следующих событий: а) сумма выпавших очков равна семи; б) сумма выпавших очков равна восьми, а разность — четырем; в) сумма выпавших очков равна восьми, если известно, что их разность равна четырем; г) сумма выпав­ ших очков равна пяти, а произведение — четырем.

е. Куб, все грани которого окрашены, распилен на тысячу кубиков одинакового размера, которые затем тща­ тельно перемешаны. Найти вероятность того, что науда­ чу извлеченный кубик имеет окрашенных граней: а) одну; б) две; в) три.

7.Монета брошена два раза. Найти вероятность того, что хотя бы один раз появится «герб».

8.В коробке шесть одинаковых, занумерованных ку­ биков. Наудачу по одному извлекают все кубики. Найти вероятность того, что номера извлеченных кубиков по­ явятся в возрастающем порядке.

9.Найти вероятность того, что при бросании трех игральных костей шестерка выпадет на одной (безраз-