7. Медіана Ме[х] випадкової величини х.
Медіаною Ме[Х] називається таке значення хі, яке ділить отриману ранжовану за зростанням або убуванням вибірку значень Х на дві рівні за кількістю елементів частини.
Для визначення медіани Ме[Х] елементи вибірки ранжуются за зростанням або убуванням своїх значень. Після цього медіана визначається за наступними правилами:
а)
якщо в експерименті отримано непарна
кількість значень випадкової величини
Х (тобто n
– непарне число), то медіаною є значення
-го
елементу вибірки, тобто
;
б)
якщо кількість елементів вибірки є
парним (n
– парне число), то значення медіани
визначається таким чином. У вибірці
відшукуються значення її
-го
та
-го
елементів. Після цього визначається їх
середнє значення, тобто
.
Функції щільності розподілу випадкових величин.
При вивченні властивостей випадкової величини Х важливою прикладною задачею є визначення імовірності P(xk x xr) того, що деяке її довільне значення х потрапить у певний інтервал х = [xk; xr], (xk xr), з діапазону Dx зміни її значень. Використовуючи для розв’язку цієї задачі визначену зарані функцію розподілу F(X), можна записати:
.
Середня величина імовірності влучання значення х в інтервал х = [xk; xr] складає:
За
умови зменшення значення х
границею вказаного вище виразу є похідна
від функції розподілу F(Х) і називається
щільністю
розподілу f(X)
випадкової величини Х. Графік функції
(Х)
= f(Х) називається графіком функції
щільності розподілу. Якщо вид функції
f(Х) відомий, то можна визначити імовірність
того, що деяке значення х випадкової
величини Х буде знаходитися в певному
інтервалі [а;b] зміни цієї величини
з
діапазону Dx
зміни її значень з імовірністю
P(a
< x < b) =
.
Геометрично дану імовірність можна подати як площу фігури, яка утворюється кривою f(Х), ординатами, проведеними з точок а і b і віссю Х. Площа, що знаходиться під усією кривою функції f(Х) щільності розподілу в рамках визначеного діапазону Dх зміни випадкової величини Х, дорівнює одиниці.
Окрім вказаних вище властивостей функцій щільності розподілу додамо ще деякі її властивості.
1. Функція щільності розподілу є ненегативною функцією, тобто для будь-якого значення х, яке входить до Dх справедливим є f(х) 0.
2. Невласний інтеграл від
функції щільності розподілу в межах
від - ∞ до + ∞ дорівнює одиниці:
Типові законами розподілу безперервних випадкових величин.
Деякі типові за своїм характером функції щільності розподілу випадкових величин називають законами розподілу. Стандартні закони розподілу випадкових величин широко застосовуються в різних галузях природознавства і техніки: у теорії надійності, теорії масового обслуговування, у теоретичній фізиці, теорії похибок спостереження, теорії автоматичного керування, загальній теорії зв'язку, інших теоретичних і прикладних науках. Також закони розподілу випадкових величин використовуються при плануванні й організації виробництва, при аналізі технологічних процесів, попереджувальному і приймальному контролі якості продукції.
Для безперервних випадкових величин розглянемо найбільш важливі та розповсюджені у практиці технічних досліджень закони розподілу, а саме:
- рівномірний розподіл;
- показовий розподіл;
- нормальний розподіл.
Рівномірний закон розподілу.
Розподіл імовірностей називають рівномірним, якщо на інтервалі, якому належать усі можливі значення випадкової величини, щільність розподілу зберігає постійне значення.
Вважають, що випадкова безперервна величина Х має рівномірно розподілена на деякому відрізку [a, b] області свого існування, якщо
У
точках a і
b функція
розподілу є недиференційованою, і
щільність можна задати як завгодно.
Рис.1. Вид функції щільності розподілу для рівномірного закону
Показовий закон розподілу.
Вважають, що Х має показовий розподіл з параметром α, α > 0, якщо
Як бачимо, що показовий розподіл визначається одним параметром α. Ця особливість показового розподілу вказує на його перевагу в порівнянні з розподілами, що залежать від більшого числа параметрів.
Рис.2. Вид функції розподілу для показового закону
0
Рис.3. Вид функції щільності розподілу для показового закону
Показовий розподіл є єдиним абсолютно безперервним розподілом, який, як правило, характеризує деградаційні процеси у технічних пристроях.
Нормальний закон розподілу.
Вважають, що безперервна випадкова величина Х має нормальний розподіл з параметрами а і σ2 , де а R (область раціональних чисел), σ > 0, якщо її функція щільності розподілу f(Х) має такий вид:
- для будь-якого x
R
Рис.4. Вид функції щільності розподілу для нормального закону
Видно, що нормальний розподіл визначається двома параметрами: α і σ. Цими параметрами є: а = М[X] – математичне чекання випадкової величини Х; σ = σ[X] - середнє квадратичне відхилення цієї величини. Досить знати ці параметри, щоб задати нормальний розподіл. З'ясуємо, як впливають на форму і розташування нормальної кривої f (X) значення а і σ.
Зсунувши графік f(Х) у позитивному напрямку осі Х на а одиниць масштабу при а > 0, одержимо графік f(Х - а). При зсуві в негативному напрямку при α < 0, одержимо графік f (Х + а). Очевидним є те, що графіки функцій f(Х), f(Х - а) та f(Х + а) мають однакову форму. Звідси випливає, що зміна величини параметра а (математичного чекання) не змінює форми нормальної кривої, а призводить лише до її зрушення уздовж осі Х: вправо, якщо а додатне, і вліво, якщо а від’ємне.
По-іншому обстоїть справа,
якщо змінюється параметр σ (середнє
квадратичне відхилення). Максимум
функції щільності розподілу для
нормального розподілу досягається при
х = а і становить f(X)
= max f(X)
=
.
Звідси випливає, що зі
зростанням σ максимальна ордината
нормальної кривої убуває, а сама крива
стає більш положистою, тобто “притискується”
до осі X
(рис.5). При убуванні σ
графік стає більш “гостроверхим”
і розтягується в позитивному напрямку
по осі f.
Підкреслимо, що при будь-яких значеннях параметрів а і σ площа, обмежена нормальною кривою і віссю х, залишається рівній одиниці
f(x)
σ=1
σ=3
σ=7,5
Х
0
