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

Обработка эксперим данных Роганов

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
22.05.2015
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
m−1
Rn (m)=1 − Pn (0)− Pn (1)−... − Pn (m −1)=1 − ∑Pn (k)
k=0

Эту вероятность можно также вычислить, определив сначала вероятность противоположного события, т. е. вероятность того, что событие А появится меньше чем m раз, и вычтя ее из единицы:

.

Вероятность появления хотя бы одного события. Часто приходится вычислять вероятность того, что интересующее нас событие появится хотя бы один раз (т.е. не меньше чем один раз). В этом случае при любом n ≥ 2 вероятность события находится по формуле

Rn (1)=1− Pn (0)=1−q1q2 ...qn

В частном случае постоянных условий эксперимента q1 = q2 =...= qn = q последняя формула принимает вид

Rn (1)=1− qn .

Пример. Для разрушения моста достаточно попадания одной авиационной бомбы. Найти вероятность того, что мост будет разрушен, если на него сбросить четыре бомбы, вероятности попадания которых соответственно равны: 0,3; 0,4; 0,6; 0,7.

Решение. Мост будет разрушен, если на него упадет хотя бы одна бомба. Поэтому искомая вероятность равна

P(A)=1−(1−0,3)(1−0,4)(1−0,6)(1−0,7)= 0,95 .

§ 13. Распределение Пуассона

Формулы биномиального распределения вероятностей приводят при больших n к очень громоздким вычислениям. Поэтому важно иметь приближенные, но зато достаточно простые формулы для вычисления соответствующих вероятностей [9]. В частности, нередко встречаются задачи, в которых рассматривается большое число независимых испытаний, причем вероятность наступления события А при каждом отдельном испытании мала.

31

{sn }

В этом случае вероятности Pn (k )могут быть приближенно вычислены по так называемой формуле Пуассона. Эта формула получается как предельная для биномиального распределения, когда число испытаний стремится к бесконечности, а вероятность успеха стремится к нулю, однако в пределах одной последовательности независимых испытаний ни то, ни другое по определению невозможно.

Пусть произведена некоторая серия независимых испытаний, состоящая из конечного числа испытаний, затем новая серия, затем еще новая и т.д. Будем иметь последовательность серий испытаний. Пусть при каждом испытании каждой серии может наступить или не наступить некоторое событие А, т.е. имеем всего два исхода, и пусть вероятность наступления А при отдельном испытании остается постоянной в пределах каждой серии (как это требуется для последовательности независимых испытаний), но может меняться от серии к серии. В этих условиях справедлива

Теорема Пуассона. Пусть дана последовательность серий независимых испытаний, состоящих соответственно из 1, 2,…, n,… испытаний, и пусть вероятность р события А при каждом испытании n-й серии равна λ / n , где λ — постоянная (не зависящая от n). Тогда вероятность

Pn (k ) того, что число наступлений события А в n-й серии будет равно k, при

n → ∞ и фиксированном k стремится к λk e−λ .

k!

Доказательство. Имеем

lim Pn (k

n→∞

= λk k!

 

 

 

n!

 

 

 

k

 

 

 

n−k

 

 

 

 

 

n!

 

 

λ k

 

)= lim

 

 

 

 

 

p

 

(1− p)

 

= lim

 

 

 

 

 

 

 

 

1−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n→∞ k!(n −k )!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n→∞ k!(n −k )! n

 

 

 

 

λk

 

λ

n n(n −1)...(n −k +1)

 

 

λ −k

 

= lim

 

1

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

−

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

n→∞

k!

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ n

 

 

 

 

 

−

1

 

−

k −

1

 

 

λ

−k

=

λk

lim 1−

 

lim

1

 

1

n

 

1−

 

 

 

k!

n→∞

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n→∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ n−k = n

e−λ .

Распределение вероятностей, определяемое формулой

32

P(k )= λkk! e−λ , k = 0,1,2,...,λ > 0 ,

называется распределением Пуассона и является одним из важнейших в теории вероятностей.

Пример. Учебник издан тиражом 100 000 экземпляров. Вероятность того, что учебник сброшюрован неправильно, равна 0,0001. Найти вероятность того, что тираж содержит ровно пять бракованных книг.

Решение. По условию n = 100 000, p = 0,0001, k = 5 . События,

состоящие в том, что книги сброшюрованы неправильно, независимы, число n велико, а вероятность р мала, поэтому воспользуемся распределением Пуассона

Pn (k )= λk e−λ / k .

Найдем λ : λ = np = 100 000 0,0001= 10 .

Искомая вероятность

P100 000 (5)=105 e−10 / 5 =105 0,000045 /120 = 0,0375.

§ 14. Локальная и интегральная предельные теоремы Муавра—Лапласа

Как было сказано в начале предыдущего пункта, при большом числе испытаний формулы для вычисления вероятностей Pn (k), отвечающих биномиальному распределению, весьма громоздки. В связи с этим надо иметь более простые приближенные формулы. Для случая, когда вероятность р при каждом испытании очень мала, мы установили приближенную формулу – распределение Пуассона. Теперь рассмотрим другую предельную форму биномиального распределения, считая, что вероятность р отлична от нуля и единицы.

Локальная теорема Муавра—Лапласа. Если вероятность события А в n

независимых испытаниях равна р, 0<p<1, то вероятность Pn (k) того, что в

33

этих экспериментах событие А наступит k раз, удовлетворяет при т→ ∞

соотношениюlimn→∞

 

npqPn (k )

=1,

q=1–p, x = k −np , x [a,b],

 

X 2

 

 

1

−

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

e 2

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

где a<b, a и b – любые конечные фиксированные числа.

Стремление к пределу равномерно относительно всех k, для которых x [a,b].

Доказательство. Имеем

npqP (k )= npq

n!

 

pk qn−k

.

k!(n −k )!

n

 

 

 

 

Воспользовавшись формулой Стирлинга,

k! = 2πkkke−keθk , θk ≤ 12k1 ,

получим

 

 

 

 

 

npqP (k)=

npq

1

nn

neθn −θk −θn−k pk qn−k

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

2π k k (n −k)n−k

k n −k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

np k

nq n−k

 

n

2 pq

 

θ

−θ

−θ

 

≡

1

A (x)B

(x)C

 

(x)

 

π

 

 

k

 

 

n −k

 

 

k(n −k )

e n

k

 

n−k

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π n

n

 

n

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Найдем пределы выражений An (x), Bn (x), Cn (x)

при n → ∞.

 

 

 

 

Пусть [a,b] – произвольный конечный отрезок; будем рассматривать

такие k, для которых x [a,b]. Так как

x = k −np

, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = np + x

npq, n −k = n(1− p)− x npq = np − x

npq, a ≤ x ≤ b

 

 

 

Рассмотрим вначале Сn (x)= eθ ,

θ =θn −θk −θn−k .

 

 

 

 

 

 

 

34

θ ≤ θ

 

+

θ

 

+ θ

 

 

≤

1

 

1

+

 

 

 

1

 

 

+

 

 

 

 

 

1

 

 

n

k

n−k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

np + x

 

npq

 

 

np − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

+

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

pq

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p + x

 

 

 

 

q − x

 

pq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда

в

 

силу

признака Вейерштрасса

следует, что

θ → ∞ при

n → ∞ равномерно

 

по

 

x [a,b].

 

Таким образом,

 

Сn (x)→1

при n → ∞

равномерно относительно x,

x [a,b]. Далее рассмотрим Bn (x):

 

Bn (x)=

 

 

n2 pq

 

=

 

 

 

 

 

q

1

 

 

 

 

 

p

 

→1, n → ∞

 

 

 

 

 

 

k(n −k )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

− x

 

 

 

1

− x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

равномерно относительно x, x [a,b], на основании признака Вейерштрасса.

Рассмотрим, наконец, An (x). Пользуясь формулой

ln(1+ z)= z − z22 +0(z3 ), z <1,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln A (x)= −k ln

k

 

− (n

− k )ln n − k

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

− (nq − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

− x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

= −(np + x npq )ln 1

 

np

 

 

npq )ln 1 − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nq

 

 

 

 

= −(np + x

 

 

 

 

 

q

 

 

x2q

 

+ 0(n

−3/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq ) x

 

np

2np

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

x2 p

 

 

 

−3/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− x

 

 

−

 

 

+ 0(n

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

+ (nq − x npq )

nq

2nq

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x2q

+ 0(n

−1/ 2

)− x

 

 

 

 

 

2

 

 

x

2 p

+ 0(n

−1/ 2

 

 

 

npq + x q −

 

 

 

 

npq + x

 

p −

 

 

 

 

 

 

=

= − x

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= − 12 x2 +0(n−1/ 2 ),

35

причем, поскольку при n → ∞ x npq , x nqp стремятся к нулю равномерно по x, x [a,b], оценку 0 — членов можно взять независящей от k.

Итак, имеем

 

 

1

 

 

1

 

A

−

 

x2 +0

 

 

 

 

 

 

(x)= e

2

 

 

n , n → ∞

.

n

 

 

 

 

 

Из полученных оценок следует утверждение теоремы.

Установленная теорема дает оценку величины Pn (k) при больших n и

при фиксированном k:

 

 

 

 

 

 

 

P (k )≈ 1

 

1

e−x2 / 2 , x = k − np

n

2π

npq

 

 

npq

 

 

 

Пример. Найти вероятность того, что событие А наступит ровно 70 раз в 243 испытаниях, если вероятность появления этого события в каждом испытании равна 0,25.

Решение. По условию n = 243; k =70; p = 0,25; q = 0,75 . Так как n = 243 –

достаточно большое число, воспользуемся локальной теоремой Лапласа:

 

 

 

 

 

 

P (k )= 1

ϕ(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

n

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где ϕ(x)=

1

−x2 / 2

 

k −np

. Найдем значение х:

 

2π e

 

, x =

npq

 

 

 

 

x = k −np

=

70 −243 0,25

=

9,25

=137, .

 

 

 

 

npq

 

 

243 0,25 0,75

 

6,75

 

По таблице находим ϕ(1,37)= 0,1561. Искомая вероятность равна

P243 (70)=1/ 6,75 0.1561 = 0,0231

Однако практически при большом числе испытаний n и не слишком малой вероятности р нас редко интересует вероятность того, что данное событие наступит точно k раз. Важно бывает уметь оценить вероятность того, что число наступлений события лежит в некоторых границах. Такую оценку можно получить с помощью интегральной предельной теоремы Муавра-Лапласа.

36

Интегральная предельная теорема Муавра—Лапласа. Пусть k – число наступлений события А в серии из n независимых экспериментов, р – вероятность наступления А при каждом испытании, 0<p<1, a и b – любые фиксированные числа, a<b. Тогда

 

 

 

 

 

1

b

 

−

x2

 

 

 

=

 

e

2 dx

lim P a ≤ k − np

≤ b

∫

 

n→∞

 

npq

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

причем стремление к

пределу

равномерно

 

относительно а и b,

−∞ < a < b < +∞.

Доказательство этой теоремы получим как совсем простое следствие рассмотренной ниже центральной предельной теоремы [9].

Практическое применение интегральной предельной теоремы основано на приближенном равенстве

 

k − np

 

 

1

b

−

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

≈

 

∫e

2

dx

P a ≤

npq

≤ b

2π

 

 

 

 

 

a

 

 

 

Оценка соответствующей погрешности показывает, что эта приближенная формула обеспечивает хорошую точность уже при значениях npq ≥10 и, естественно, тем лучшую точность, чем больше эта величина.

Рассмотрим некоторые типичные задачи, связанные с интегральной теоремой Муавра—Лапласа.

Заданы число испытаний n и вероятность р при каждом испытании. Требуется найти вероятность того, что число k будет заключено между

заданными числами k1 и k2 ,

0 ≤ k1 < k2 ≤ n .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k2 −np

 

 

 

 

P(k

 

 

 

k

 

− np

 

k − np

 

k

 

− np

 

1

npq

 

−

x 2

 

≤ k ≤ k

 

 

 

≤

≤

 

≈

 

e

2 dx

2

)= P

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

∫

 

1

 

 

 

 

 

npq

 

npq

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

k1 −np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

Функция Φ(z)=

1

 

 

x

e−

z 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫0

 

dz

называется интегралом ошибок, для нее

 

2

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

составлены

таблицы,

поскольку

Φ(− x)= −Φ(x),

значения

 

в таблицах

указаны лишь для x ≥ 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

Пусть заданы числа р, α и β. Требуется определить, какое наименьшее число n испытаний надо произвести для того, чтобы с вероятностью, не меньшей β, частота k/n появлений отклонялась от вероятности р не больше чем на α. Таким образом, надо найти n из условия

 

 

1

− p

 

 

≥ β .

 

 

P

 

n

 

≤α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку

 

1

 

 

−α

n

≤

k − np

≤α

n

 

≈

P

 

− p ≤α

= P

 

 

 

 

n

 

 

 

pq

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

pq

 

 

α

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

1

 

pq

 

−

x2

 

n

 

 

 

 

 

∫

 

 

≈ π

 

e

2

 

 

 

 

 

 

dx = 2Φ α

pq

2

−α

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то задача состоит в определении n из условия

 

n

 

≥ β

2Φ α

 

 

 

 

 

 

 

pq

 

Пусть заданы числа n, p и β. Требуется определить границы возможных отклонений частоты появления успеха от вероятности р, т.е. надо найти α,

для которого

 

 

1

− p

 

 

= β .

 

 

P

 

n

 

≤α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Согласно предыдущему примеру

 

k

 

 

n

 

= β

P

 

− p ≤α

≈ 2Φ α

 

 

n

 

 

 

 

 

 

pq

 

отсюда по таблицам определяем α.

lim

 

npqPn (k )

=1,

q=1–p, x =

k −np

, x [a,b],

 

2

n→∞

1

−

X

 

 

npq

 

 

e 2

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где a<b, a и b – любые конечные фиксированные числа.

38

Стремление к пределу равномерно относительно всех k, для которых x [a,b].

Доказательство. Имеем

npqP (k )= npq

n!

 

pk qn−k

.

k!(n −k )!

n

 

 

 

 

Воспользовавшись формулой Стирлинга,

k! = 2πkkke−keθk , θk ≤ 12k1 ,

получим

 

 

 

 

 

 

 

npqP

(k)=

npq

1

nn

neθn −θk −θn−k pk qn−k

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

2π k k (n −k)n−k

k n −k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

 

np k

nq

 

n−k

 

 

n

2 pq

 

θ

−θ

−θ

 

 

≡

1

A (x)B (x)C

 

(x)

 

π

 

 

 

k

 

 

n −k

 

 

 

k(n −k )

e n

k

 

n−k

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

n

n

 

n

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Найдем пределы выражений An (x), Bn (x), Cn (x)

при n → ∞.

 

 

 

 

Пусть [a,b] – произвольный конечный отрезок; будем рассматривать

такие k, для которых x [a,b]. Так как

 

x = k −np

, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = np + x

npq, n −k = n(1− p)− x npq = np − x npq,

a ≤ x ≤ b

 

 

 

 

Рассмотрим вначале Сn (x)= eθ ,

θ =θn −θk −θn−k .

 

 

 

 

 

 

 

 

θ ≤ θ

 

 

+

θ

 

+ θ

 

 

 

≤

 

1

1

+

 

 

 

1

 

 

+

 

 

1

 

 

=

 

 

 

 

 

n

k

n−k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

np + x

npq

np − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

npq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1

+

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

pq

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p + x

 

q − x

 

pq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда

 

в

 

силу

признака

Вейерштрасса

следует,

что

θ → ∞ при

n → ∞ равномерно

 

по

 

 

x [a,b].

 

Таким образом,

Сn (x)→1

при

n → ∞

равномерно относительно x, x [a,b]. Далее рассмотрим Bn (x):

39

Bn (x)=

n2 pq

=

 

 

q

1

 

p

 

→1,

n → ∞

 

k(n −k )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

− x

 

1

− x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

nq

 

 

равномерно относительно x, x [a,b], на основании признака Вейерштрасса.

Рассмотрим, наконец, An (x). Пользуясь формулой

ln(1+ z)= z − z22 +0(z3 ), z <1,

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

A (x)= −k ln

k

 

−

(n

− k )ln n − k

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

np

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

− (nq − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

= −(np + x npq )ln 1

 

np

 

 

npq )ln 1 − x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nq

 

 

 

 

= −(np + x

 

 

 

 

 

q

 

 

 

x2q

 

 

0(n

−3/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

npq ) x

 

np

2np

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

x2 p

+ 0(n

−3/ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− x

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

+ (nq − x npq )

nq

 

2nq

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x2q

+ 0(n

−1/ 2

)− x

 

 

 

 

 

2

 

 

 

x

2 p

+ 0(n

−1/ 2

 

 

 

npq + x q −

 

 

 

 

npq + x

 

p −

 

 

 

 

 

 

=

= − x

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= − 1 x2 +0(n−1/ 2 ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

причем, поскольку при n → ∞ x

npq ,

x

nqp стремятся к нулю равномерно по

x, x [a,b], оценку 0 — членов можно взять независящей от k.

Итак, имеем

1

x2

 

1

 

−

 

+0

 

 

 

 

 

 

A (x)= e 2

 

 

n , n → ∞

.

n

 

 

 

 

Из полученных оценок следует утверждение теоремы.

Установленная теорема дает оценку величины Pn (k) при больших n и

при фиксированном k:

40