Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Математическая статистика.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
01.03.2016
Размер:
510.45 Кб
Скачать

Подсчитаем число вариант, попавших в каждый интервал, т.е. находим частоты mi , запишем интервальное распределение частот

выборки:

Интервалы

23.40-

23.94-

24.48-

25.02-

25.56-

26.10-

26.64-

27.18-

 

23.94

24.48

25.02

25.56

26.10

26.64

27.18

27.72

mi

7

10

15

17

25

14

10

2

3. Находим относительные частоты

 

 

 

w =

mi

,

n =100

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

n

 

 

и их плотности

 

 

 

 

 

 

wi

 

 

 

 

 

 

 

 

, h = 0.54.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wi h

 

Интервалы

mi

 

 

 

 

wi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.40-23.94

7

 

 

 

 

0.07

0.130

 

23.94-24.48

10

 

 

 

 

0.10

0.19

 

24.48-25.02

15

 

 

 

 

0.15

0.28

 

25.02-25.56

17

 

 

 

 

0.17

0.31

 

25.56-26.10

25

 

 

 

 

0.25

0.46

 

26.10-26.64

14

 

 

 

 

0.14

0.26

 

26.64-27.18

10

 

 

 

 

0.10

0.19

 

27.18-27.72

2

 

 

 

 

0.02

0.04

 

100

 

 

 

 

1

 

Строим гистограмму относительных частот (масштаб на осях разный).

wi h

0,46

0,31

0,28

0,19

0,13

0,04

23,4 23,94 24,48 25,02 25,56 26,10 26,64 27,18 27,72

xi

30

Находим значения эмпирической функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F * (x) =

nx

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где nx - накопленная частота.

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве аргумента функции рассматриваем концы

интервалов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F *

(23.4) =

 

 

0

= 0 ;

 

. F * (23.94) =

 

7

= 0.07 ;

100

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F *

(24.48) =

7 +10

= 0.17 ;

F * (25.02) =

17 +15

 

= 0.32 ;

100

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F *

(25.56) =

32 +17

 

= 0.49 ;

F * (26.10) =

 

49 +25

= 0.74 ;

100

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

*

(26.64) =

74 +14

 

= 0.88 ;

F * (27.18) = 0.98 ;

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F * (27.72) =1.00

Строим график эмпирической функции или кумулятивной кривой выборки:

F * (x)

1,00

0,98

0,88

0,74

0,49

0,32

0,17

0,07

23,4 23,94 24,48 25,02 25,56 26,10 26,64 27,18 27,72

xi

31

4. Находим выборочное среднее

x B = xi mi , n

среднее по квадратам

x2 = xi 2 mi , n

выборочную дисперсию

DB = x2 x B 2 ,

среднее квадратическое отклонение

σ B = DB ,

исправленную выборочную дисперсию

s 2 = 10099 DB ,

исправленное среднее квадратическое отклонение s. xi - середина интервала ai ai +1 ,

xi = ai +2ai +1

Составляем расчетную таблицу.

ai ai+1

xi

mi

xi mi

xi 2mi

23.40-23.94

23.67

7

165.69

3921.8823

23.94-24.48

24.21

10

242.10

5861.2410

24.48-25.02

24.75

15

371.25

9188.4375

25.02-25.56

25.29

17

429.93

10872.9297

25.56-26.10

25.83

25

645.75

16679.7225

26.10-26.64

26.37

14

369.18

9735.2766

26.64-27.18

26.91

10

269.10

7241.481

27.18-27.72

27.45

2

54.90

1507.005

 

100

2547.9

65007.9756

x B = 2547.9100 = 25.479 = 25.48 ;

x2 = 650.079756 = 650.0798;

DB = 650.0798 25.482 = 650.0798 649.2304 = 0.8494;

σ B = 0.8494 = 0.9216 = 0.92; s 2 =10099 0.8494 = 0.858 = 0.86 s = 0.93.

32

5. По виду гистограммы выдвигаем гипотезу о нормальном распределении в генеральной совокупности признака Х, причем

M (X ) = a = x B = 25.48 ; s =σ(X ) = 0.93.

Находим

x B 3 s = 25.48 2.79 = 22.69; x B + 3 s = 25.48 + 2.79 = 28.27

Выборка от xmin = 23.4 до xmax = 27.72 входит в интервал

(x B 3 s; x B + 3 s) ,

т.е. имеет место «правило трех сигм» для этого распределения.

По критерию Пирсона надо сравнивать эмпирические и теоретические частоты вариант. Эмпирические частоты mi даны.

Теоретические частоты miнайдем по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= n P

 

 

 

 

ai+1

x

ai x

m

i

=100 P(a

i

< X < a

i+1

) =100

Ф

 

Ф

.

 

 

 

 

i

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим вспомогательную таблицу:

ai

 

ai

 

 

 

 

 

 

Ф(ui )

Ф(ui+1) Ф(ui ) = Pi

x

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

23.40

 

-2.24

 

 

 

 

 

-0.4875

 

Р1=0.0360

23.94

 

-1.66

 

 

 

 

 

-0.4515

 

Р2=0.0917

24.48

 

-1.08

 

 

 

 

 

-0.3598

 

Р3=0.1719

25.02

 

-0.49

 

 

 

 

 

-0.1879

 

Р4=0.2238

25.56

 

0.09

 

 

 

 

 

0.0359

 

Р5=0.2129

26.10

 

0.67

 

 

 

 

 

0.2488

 

Р6=0.1456

26.64

 

1.25

 

 

 

 

 

0.3944

 

Р7=0.072

27.18

 

1.83

 

 

 

 

 

0.4664

 

Р8=0.0256

27.72

 

2.41

 

 

 

 

 

0.4920

 

=0.9795

Дальнейшие расчеты проведем в таблице. Значения функции

Лапласа Φ(x)

возьмем из таблицы на стр. 46.

Статистика χ

2

=

(mi mi)2

 

имеет распределение «хи-

 

mi

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

квадрат» лишь при n → ∞, поэтому необходимо, чтобы в каждом

33

интервале было не

менее

5 значений.

Если mi < 5,

имеет смысл

объединить соседние интервалы.

 

 

 

 

 

 

 

 

В данном случае объединим седьмой и восьмой интервалы,

тогда число интервалов l = 7.

 

 

 

 

 

 

 

№№

 

mi

100Pi = mi

mi

mi

(mi mi)2

 

 

(mi mi)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mi

 

1

 

7

3.60

 

3.40

 

 

11.56

 

3.211

 

2

 

10

9.17

 

0.83

 

 

0.6889

 

0.075

 

3

 

15

17.19

 

-2.19

 

 

4.7961

 

0.279

 

4

 

17

22.38

 

-5.38

 

 

28.9444

 

1.293

 

5

 

25

21.29

 

3.71

 

 

13.7641

 

0.647

 

6

 

14

14.56

 

-0.56

 

 

0.3136

 

0.022

 

7

 

10

7.20

9.76

2.80

 

2.24

5.0176

 

0.514

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

2

2.56

 

0.56

 

 

 

 

 

 

 

100

97.95

 

 

 

 

 

 

χ2набл = 6.041

 

По таблице критических точек распределения χ2 (см. стр. 48)

находим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

χ 2 крит (α, k = l 3) = χ2 крит (0.05;

7 3) = χ2 крит (0.05; 4) = 9.488 .

Так как χ2набл = 6.041 < χ2крит, то гипотеза H0 о нормальном распределении принимается.

По критерию Колмогорова надо сравнить

λопыт =

n max F * (xi ) F (xi )

и

λкрит(0.05) =1.358.

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F (x) - теоретическая функция распределения.

 

 

Для нормального распределения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F(xi ) = 0.5 +Ф

s

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В качестве xi

возьмем ai

(i =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9)

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим таблицу:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ai

 

F * (ai )

 

0.5 +Ф(ui )

 

 

 

 

F(ai )

 

F * (ai ) F (ai )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23.40

 

0

 

0.5-0.4875

 

 

 

 

0.0125

 

0.0125

 

23.94

 

0.07

 

0.5-0.4515

 

 

 

 

0.0485

 

0.0215

 

24.48

 

0.17

 

0.5-0.3598

 

 

 

 

0.1402

 

0.0298

 

25.02

 

0.32

 

0.5-0.1879

 

 

 

 

0.3121

 

0.0079

 

25.56

 

0.49

 

0.5+0.0359

 

 

 

 

0.5359

 

0.0459*

 

26.10

 

0.74

 

0.5+0.2488

 

 

 

 

0.7488

 

0.0088

 

26.64

 

0.88

 

0.5+0.3944

 

 

 

 

0.8944

 

0.0144

 

27.18

 

0.98

 

0.5+0.4664

 

 

 

 

0.9664

 

0.0136

 

27.72

 

1.00

 

0.5+0.4920

 

 

 

 

0.9920

 

0.0080

 

34

max F * (ai ) F(ai ) = 0.0459.

λопыт = 100 0.0459 = 0.459 < λкрит =1.358.

Гипотеза Н0 о нормальном распределении не отвергается.

6. Плотность нормального распределения

 

 

 

 

 

 

 

(x25.48)2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

e

 

 

 

= 0.43 exp(0.58 (x 25.48)2 )

 

 

f (x) =

2 0.932

 

 

 

0.93

2π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

 

23.67

 

24.21

 

 

24.75

 

25.29

25.83

26.37

26.91

27.45

f(xi)

 

0.064

 

0.169

 

 

0.324

 

0.421

0.401

0.272

0.131

0.045

Откладываем эти пары значений на гистограмме относительных частот, соединяем плавной линией.

wi h f (x)

0,46

y = f (x)

0,31

0,28

0,19

0,13

0,04

23,67 24,21 24,75 25,29 25,83 26,37 26,91 27,45

xi

7. Если СВ Х генеральной совокупности распределена нормально, то с надежностью γ = 0.95 можно утверждать, что

математическое ожидание a СВ Х покрывается доверительным интервалом

(x δ, x +δ),

где

δ = sn tγ - точность оценки.

В нашей задаче n =100 , s = 0.93, tγ =t(γ, n) =t(0.95;100) =1.984 . (см. стр. 47)

35

Тогда

δ = 010.93 1.984 = 0.1845 = 0.18;

Следовательно

x δ = 25.48 0.18 = 25.30; x +δ = 25.48 +0.18 = 25.66.

Таким образом, доверительный интервал для математического ожидания

a (25.30;25.66) .

Причем

P(25.30 < a < 25.66) = 0.95.

Доверительный интервал, покрывающий среднее квадратическое отклонение σ с надежностью γ = 0.95

s(1 q) <σ < s(1+ q),

где q = q(γ,n) = q(0.95; 100) = 0.143 (см. стр. 50).

Точность оценки

δ = s q = 0.93 0.143 = 0.13;

Следовательно

s δ = 0.93 0.13 = 0.80; s +δ = 0.93 +0.13 =1.06,

Таким образом, доверительный интервал для среднего квадратического отклонения

σ (0.80;1.06)

Причем

P(0.80 <σ <1.06) = 0.95.

ЗАДАНИЕ 2. Дано интервальное распределение частот некоторой совокупности относительно признака X :

Интервалы

0-36

36-72

72-108

108-144

144-180

180-216

216-252

mi

44

24

16

9

2

5

4

Составим таблицу, в которой найдем плотность частоты mhi ,

середины интервалов xi , произведения xi mi , xi2 mi для построения

полигона и гистограммы частот и нахождения числовых характеристик выборки. Длина интервалов h = 36 .

36

ai ai+1

xi

mi

 

mi

 

xi mi

xi 2 mi

 

 

 

 

h

 

792

 

0-36

18

44

1.22

14256

36-72

54

24

0.67

1296

69984

72-108

90

16

0.44

1440

129600

108-144

126

9

0.25

1134

142884

144-180

162

2

0.06

324

52488

180-216

198

5

0.14

990

196020

216-252

234

4

0.11

936

219024

 

n =104

 

 

 

6912

824256

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44

24

16

9

5

2

 

 

 

 

=

 

6912

= 66.46;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

824256

= 7925.54;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DB = 7925.54 66.462 = 7925.54 4417.14 = 3508.40;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σB = 59.23.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

na

 

 

 

 

 

Строим эмпирическую функцию распределения

 

F * (ai ) =

 

i

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ai – концы интервалов i =

 

 

, n =104 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ai

 

 

 

 

0

 

36

72

 

 

108

144

180

 

216

 

 

252

 

 

F * (ai )

 

0

 

 

44

=

 

68

=

 

 

84

 

=

 

93

=

 

95

=

 

100

=

104

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

104

 

104

 

104

 

 

104

 

 

 

104

104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0.42

= 0.65

 

= 0.81

= 0.89

= 0.91

 

= 0.96

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,67

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

0,06

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

54

90 126 162 198

234

0

36

72 108 144

180 216

252

37

F * (x)

1,00

0,81

0,65

0,42

36

72

108

144

180

216

252

xi

По виду полигона частот, гистограммы,

F * (x)

выдвигаем

гипотезу о показательном распределении признака

X в генеральной

совокупности. Признаком этого распределения является совпадение:

 

 

 

 

M (X ) =σ(X ) =

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

1

 

 

 

В данном случае,

 

 

 

и

σB достаточно близки: λ =

 

 

 

= 0.015.

 

xB

 

 

 

 

 

 

 

 

xB

Плотность распределения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

 

0,

 

 

 

если

x < 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

x 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.015e0.015x , если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая функция распределения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

если

x < 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

F(x) =

e0.015x

, если

x 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подтвердим или опровергнем гипотезу Н0: генеральная

совокупность

признака

X

подчиняется

показательному

закону

распределения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

Критерий

 

 

 

Пирсона.

 

 

Находим

теоретические

(выравнивающие) частоты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

= nP = n P(a

i

< X < a

i+1

) = n (eλai eλai+1 ).

 

 

i

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

38