- •3. Основные формулы комбинаторики
- •Теорема о перемножении шансов
- •Урны и шарики
- •Выбор без возвращения, с учётом порядка
- •Выбор без возвращения и без учёта порядка
- •Выбор с возвращением и с учётом порядка
- •Выбор с возвращением и без учёта порядка
- •Задача Бюффона(1)
- •4. Определения и примеры
- •Задача о встрече
- •5. 2.3. Частота, или статистическая вероятность, события
- •Формула полной вероятности и формула Байеса
- •[Формулировка
- •Доказательство
- •Закон распределения дискретной случайной величины
- •Определение
- •Свойства
- •17. 2.3. Числовые характеристики случайных величин и их свойства
- •Основные законы распределения целочисленных случайных величин
- •Производящие функции
- •Биномиальный закон (распределение Бернулли)
- •Закон распределения Пуассона (закон редких событий)
- •Геометрический закон распределения
- •Равномерный закон распределения
- •Гипергеометрический закон распределения
- •Формулировки
[Формулировка
Теорема: Если
Вероятность p наступления
события Α в
каждом испытании постоянна, то
вероятность Pk,n того,
что событие A наступит k раз
в n независимых
испытаниях, равна:
где
q = 1-p
Доказательство
Так
как в результате n независимых
испытаний, проведенных в одинаковых
условиях, событие A наступает
с вероятностью
,
следовательно противоположное ему
событие с вероятностью
.
Обозначим Ai — наступление события A в испытании с номером i. Так как условия проведения опытов одинаковые, то эти вероятности равны. Пусть в результате n опытов событие A наступает k раз, тогда остальные n − k − раз это событие не наступает. Событие A может появиться k раз в n испытаниях в различных комбинациях, число которых равно количеству сочетаний из n элементов по k. Это количество сочетаний находится по формуле:
.
При этом вероятность каждой комбинации равна произведению вероятностей:
.
Применяя теорему сложения вероятностей несовместных событий, получим окончательную Формулу Бернулли:
где q = 1-p
12. Теорема Пуассона ~ Локальная теорема Муавра—Лапласа ~ Интегральная теорема Муавра—Лапласа ~ Теорема Бернулли
Если
число испытаний n в
схеме независимых испытаний Бернулли
растет, а вероятность pуменьшается,
то точная формула
практически
непригодна из-за громоздких вычислений
и возникающих погрешностей округления. В
этом случае пользуются приближенными
формулами Пуассона (при npq
< 9)
и Муавра-Лапласа (npq >
9).
Теорема Пуассона
Если
число испытаний n в
схеме независимых испытаний Бернулли
стремится к бесконечности и
так,
что
,
,
то при любых
Это означает, что при больших n и малых p вместо громоздких вычислений по точной формуле можно воспользоваться приближенной формулой
,
т.е. использовать формулу Пуассона
для =
np.
На практике пуассоновским приближением пользуются при npq < 9.
Локальная теорема Муавра-Лапласа
Пусть
0< p <1
и величина
при n
ограничена.
Тогда
.
На практике приближением Муавра-Лапласа пользуются при npq > 9.
Точность
формулы
растет,
как с ростом величин n и k,
так и по мере приближения величин p и q к
0.5.
Интегральная теорема Муавра-Лапласа
Пусть 0< p <1, тогда для схемы Бернулли при n для любых a и b справедлива формула
.
Отсюда, в частности, следует, что для вычисления вероятности того, что число успехов в nиспытаниях Бернулли заключено между k1 и k2, можно использовать формулу
,
где
,
,
-
функция Лапласа.
Точность этой приближенной формулы растет с ростом n.
Если npq сравнительно невелико, то лучшее приближение дает формула
и для вычисления вероятности того, что число успехов в n испытаниях Бернулли заключено между k1 и k2, можно использовать формулу
,
где
,
.
Теорема Бернулли
Если -
число успехов в n испытаниях
Бернулли с вероятностью успеха в одном
испытании p,
0 < p <
1, то для любого >
0 справедливо:
.
Утверждение теоремы Бернулли означает, что с ростом числа испытаний n относительная частота успехов /n приближается к вероятности p успеха в одном испытании.
Достаточно
часто возникает необходимость установить,
сколько нужно произвести испытаний,
чтобы отклонение относительной частоты
успехов /n от
вероятности p с
вероятностью, больше или равной
было
меньше
.
Т.е. требуется найти n,
для которого справедливо неравенство
.
Доказано, что число n,
которое обеспечивает выполнение этого
неравенства, удовлетворяет соотношению
,
где
-
решение уравнения
.
Следует обратить особое внимание на
замечательный факт: искомое
значениеn не
зависит от p
14.
Случайная величина — это величина, которая принимает в результате опыта одно из множества значений, причём появление того или иного значения этой величины до её измерения нельзя точно предсказать.
Формальное
математическое определение следующее:
пусть
— вероятностное
пространство,
тогда случайной величиной называется
функция
,измеримая относительно
и борелевской
σ-алгебры на
.
Вероятностное поведение отдельной
(независимо от других) случайной величины
полностью описывается еёраспределением.
Случайные величины могут принимать дискретные, непрерывные и дискретно-непрерывные значения. Соответственно случайные величины классифицируют на дискретные, непрерывные и дискретно-непрерывные (смешанные).
На схеме испытаний может быть определена как отдельная случайная величина (одномерная/скалярная), так и целая система одномерных взаимосвязанных случайных величин (многомерная/векторная).
Пример смешанной случайной величины — время ожидания при переходе через автомобильную дорогу в городе на нерегулируемом перекрёстке.
В бесконечных схемах (дискретных или непрерывных) уже изначально элементарные исходы удобно описывать количественно. Например, номера градаций типов несчастных случаев при анализе ДТП; время безотказной работы прибора при контроле качества и т. п.
Числовые значения, описывающие результаты опытов, могут характеризовать не обязательно отдельные элементарные исходы в схеме испытаний, но и соответствовать каким-то более сложным событиям.
С одной стороны, с одной схемой испытаний и с отдельными событиями в ней одновременно может быть связано сразу несколько числовых величин, которые требуется анализировать совместно.
Например, координаты (абсцисса, ордината) какого-то разрыва снаряда при стрельбе по наземной цели; метрические размеры (длина, ширина и т. д.) детали при контроле качества; результаты медобследования (температура, давление, пульс и пр.) при диагностике больного; данные переписи населения (по возрасту, полу, достатку и пр.).
Поскольку значения числовых характеристик схем испытания соответствуют в схеме некоторым случайным событиям (с их определёнными вероятностями), то и сами эти значения являются случайными (с теми же вероятностями). Поэтому такие числовые характеристики и принято называть случайными величинами. При этом расклад вероятностей по значениям случайной величины называется законом распределения случайной величины
15.
