2022年完整word版,概率论与数理统计知识点总复习 .pdf
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1、1 随机事件和概率第一节基本概念1、排列组合初步(1)排列组合公式)!(!nmmPnm从 m个人中挑出 n 个人进行排列的可能数。)!( !nmnmCnm从 m个人中挑出n 个人进行组合的可能数。 (2) 加法原理(两种方法均能完成此事):m+n 某件事由两种方法来完成,第一种方法可由m种方法完成, 第二种方法可由n 种方法来完成,则这件事可由m+n 种方法来完成。(3) 乘法原理(两个步骤分别不能完成这件事):m n 某件事由两个步骤来完成,第一个步骤可由m种方法完成,第二个步骤可由n 种方法来完成,则这件事可由m n 种方法来完成。(4) 一些常见排列 特殊排列相邻彼此隔开顺序一定和不可分
2、辨 重复排列和非重复排列(有序) 对立事件 顺序问题2、随机试验、随机事件及其运算(1)随机试验和随机事件如果一个试验在相同条件下可以重复进行,而每次试验的可能结果不止一个,但在进行一次试验之前却不能断言它出现哪个结果,则称这种试验为随机试验。试验的可能结果称为随机事件。(2)事件的关系与运算关系:如果事件 A 的组成部分也是事件B的组成部分, (A发生必有事件B发生) :BA如果同时有BA,AB,则称事件A与事件B等价,或称A等于B:A=B。A、B中至少有一个发生的事件:AB,或者A+B。属于A而不属于B的部分所构成的事件,称为A与 B的差,记为A-B,也可表示为A-AB或者BA,它表示A发
3、生而B不发生的事件。A、B同时发生:AB,或者AB。AB=?,则表示A 与 B 不可能同时发生,称事件 A与事件 B互不相容或者互斥。基本事件是互不相容的。-A 称为事件A的逆事件,或称A的对立事件,记为A。它表示 A 不发生的事件。互斥未必对立。运算:结合率: A(BC)=(AB)C A (BC)=(AB)C 分配率: (AB) C=(AC)(BC) (A B)C=(AC)(BC) 德摩根率:11iiiiAABABA,BABA3、概率的定义和性质(1)概率的公理化定义设为样本空间,A为事件,对每一个事件A都有一个实数P(A) ,若满足下列三个条件:精选学习资料 - - - - - - - -
4、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页2 1 0P(A) 1,2 P( ) =1 3 对于两两互不相容的事件1A,2A,有11)(iiiiAPAP常称为可列(完全)可加性。则称 P(A)为事件A的概率。(2)古典概型(等可能概型)1n21,,2 nPPPn1)()()(21。设任一事件A,它是由m21,组成的,则有P(A)=)()()(21m =)()()(21mPPPnm基本事件总数所包含的基本事件数A4、五大公式(加法、减法、乘法、全概、贝叶斯)(1)加法公式P(A+B)=P(A)+P(B)-P(AB) 当 P(AB)0 时, P(A+B)=P(A)+P(B
5、) (2)减法公式P(A-B)=P(A)-P(AB) 当 BA时, P(A-B)=P(A)-P(B) 当 A=时, P(B)=1- P(B) (3)条件概率和乘法公式定义 设 A、B 是两个事件,且P(A)0 ,则称)()(APABP为事件 A 发生条件下,事件B发生的条件概率,记为)/(ABP)()(APABP。条件概率是概率的一种,所有概率的性质都适合于条件概率。例如 P(/B)=1P(B/A)=1-P(B/A) 乘法公式:)/()()(ABPAPABP更一般地,对事件A1,A2, An,若 P(A1A2An-1)0 ,则有21(AAP)nA)|()|()(213121AAAPAAPAP2
6、1|(AAAPn)1nA。(4)全概公式设事件nBBB,21满足1nBBB,21两两互不相容,),2, 1(0)(niBPi,2niiBA1,则有)|()()|()()|()()(2211nnBAPBPBAPBPBAPBPAP。此公式即为全概率公式。(5)贝叶斯公式设事件1B,2B,nB及A满足11B,2B,nB两两互不相容,)(BiP0,i1,2,n,2niiBA1,0)(AP,则njjjiiiBAPBPBAPBPABP1)/()()/()()/(,i=1 ,2, n。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页3 此公式
7、即为贝叶斯公式。)(iBP, (1i,2,n) ,通常叫先验概率。)/(ABPi, (1i,2,n) ,通常称为后验概率。如果我们把A当作观察的“结果” ,而1B,2B,nB理解为“原因” ,则贝叶斯公式反映了“因果”的概率规律,并作出了“由果朔因”的推断。5、事件的独立性和伯努利试验(1)两个事件的独立性设事件A、B满足)()()(BPAPABP,则称事件A、B是相互独立的(这个性质不是想当然成立的)。若事件A、B相互独立,且0)(AP,则有)()()()()()()|(BPAPBPAPAPABPABP所以这与我们所理解的独立性是一致的。若事件A、B相互独立, 则可得到A与B、A与B、A与B
8、也都相互独立。(证明)由定义,我们可知必然事件和不可能事件? 与任何事件都相互独立。 (证明)同时,? 与任何事件都互斥。(2)多个事件的独立性设 ABC是三个事件,如果满足两两独立的条件,P(AB)=P(A)P(B) ;P(BC)=P(B)P(C) ;P(CA)=P(C)P(A) 并且同时满足P(ABC)=P(A)P(B)P(C) 那么 A、B、C 相互独立。对于 n 个事件类似。两两互斥互相互斥。两两独立互相独立?(3)伯努利试验定义我们作了n次试验,且满足每次试验只有两种可能结果,A发生或A不发生;n次试验是重复进行的,即A发生的概率每次均一样;每次试验是独立的,即每次试验A发生与否与其
9、他次试验A发生与否是互不影响的。这种试验称为伯努利概型,或称为n重伯努利试验。用p表示每次试验A发生的概率, 则A发生的概率为qp1, 用)(kPn表示n重伯努利试验中A出现)0(nkk次的概率,knkknnqpkPC)(,nk,2, 1 ,0。随机变量及其分布第一节基本概念在许多试验中,观察的对象常常是一个随同取值的量。例如掷一颗骰子出现的点数,它本身就是一个数值,因此P(A) 这个函数可以看作是普通函数(定义域和值域都是数字,数字到数字)。但是观察硬币出现正面还是反面,就不能简单理解为普通函数。但我们可以通过下面的方法使它与数值联系起来。当出现正面时,规定其对应数为“1”;而出现反面时,规
10、定其对应数为“0”。于是)(XX,当反面出现,当正面出现01称X为随机变量。 又由于X是随着试验结果 (基本事件) 不同而变化的, 所以X实际上是基本事件的函数, 即 X=X()。同时事件 A包含了一定量的 (例如古典概型中 A 包含了1,2,m,共 m个基本事件),于是 P(A)可以由 P(X( ) 来计算,这是一个普通函数。定义设试验的样本空间为, 如果对中每个事件都有唯一的实数值X=X()与之对应,则称X=X() 为随机变量,简记为X。有了随机变量, 就可以通过它来描述随机试验中的各种事件,能全面反映试验的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
11、 - -第 3 页,共 20 页4 情况。这就使得我们对随机现象的研究,从前一章事件与事件的概率的研究,扩大到对随机变量的研究,这样数学分析的方法也可用来研究随机现象了。一个随机变量所可能取到的值只有有限个(如掷骰子出现的点数)或可列无穷多个(如电话交换台接到的呼唤次数),则称为离散型随机变量。像弹着点到目标的距离这样的随机变量,它的取值连续地充满了一个区间,这称为连续型随机变量。1、随机变量的分布函数(1)离散型随机变量的分布率设离散型随机变量X的可能取值为Xk(k=1,2,) 且取各个值的概率,即事件(X=Xk) 的概率为P(X=xk)=pk,k=1,2, ,则称上式为离散型随机变量X的概
12、率分布或分布律。有时也用分布列的形式给出:,|)(2121kkkpppxxxxXPX。显然分布律应满足下列条件:(1)0kp,,2, 1k,(2)11kkp。(2)分布函数对于非离散型随机变量,通常有0)(xXP,不可能用分布率表达。例如日光灯管的寿命X,0)(0 xXP。所以我们考虑用X落在某个区间,(ba内的概率表示。定义设X为随机变量,x是任意实数,则函数)()(xXPxF称为随机变量X的分布函数。)()()(aFbFbXaP可以得到X 落入区间,(ba的概率。也就是说,分布函数完整地描述了随机变量X随机取值的统计规律性。分布函数)(xF是一个普通的函数,它表示随机变量落入区间(, x
13、内的概率。)(xF的图形是阶梯图形,,21xx是第一类间断点, 随机变量X在kx处的概率就是)(xF在kx处的跃度。分布函数具有如下性质:1, 1)(0 xFx;2)(xF是单调不减的函数,即21xx时,有)(1xF)(2xF;30)(lim)(xFFx,1)(lim)(xFFx;4)()0(xFxF,即)(xF是右连续的;5)0()()(xFxFxXP。(3)连续型随机变量的密度函数定义 设)(xF是随机变量X的分布函数,若存在非负函数)(xf,对任意实数x,有xdxxfxF)()(,则称X为连续型随机变量。)(xf称为X的概率密度函数或密度函数,简称概率精选学习资料 - - - - - -
14、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页5 密度。)(xf的图形是一条曲线,称为密度(分布)曲线。由上式可知,连续型随机变量的分布函数)(xF是连续函数。所以,)()()()()()(1221212121xFxFxXxPxXxPxXxPxXxP密度函数具有下面4 个性质:10)(xf。21)(dxxf。1)()(dxxfF的几何意义;在横轴上面、密度曲线下面的全部面积等于 1。如果一个函数)(xf满足 1 、2 ,则它一定是某个随机变量的密度函数。3)(21xXxP)()(12xFxF21)(xxdxxf。4 若)(xf在x处连续,则有)()(xfxF。d
15、xxfdxxXxP)()(它在连续型随机变量理论中所起的作用与kkpxXP)(在离散型随机变量理论中所起的作用相类似。)(),(,独立性古典概型,五大公式,APAE)()()()(xXPxFxXX对于连续型随机变量X,虽然有0)(xXP,但事件)(xX并非是不可能事件 ? 。hxxdxxfhxXxPxXP)()()(令0h,则右端为零,而概率0)(xXP,故得0)(xXP。不可能事件( ? )的概率为零,而概率为零的事件不一定是不可能事件;同理,必然事件()的概率为1,而概率为1 的事件也不一定是必然事件。2、常见分布01 分布P(X=1)=p, P(X=0)=q 二项分布在n重贝努里试验中,
16、设事件A发生的概率为p。事件A发生的次数是随机变量,设为X,则X可能取值为n,2, 1 ,0。knkknnqpkPkXPC)()(,其中nkppq,2, 1 ,0, 10,1,则称随机变量X服从参数为n,p的二项分布。记为),(pnBX。nknkknnnnnpqpqpnpqqkXPXCC,|)(2221容易验证,满足离散型分布率的条件。当1n时,kkqpkXP1)(,1. 0k,这就是( 0-1 )分布,所以( 0-1 )精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页6 分布是二项分布的特例。泊松分布设随机变量X的分布律为ek
17、kXPk!)(,0,2 ,1 , 0k,则称随机变量X服从参数为的泊松分布,记为)(X或者 P() 。泊松分布为二项分布的极限分布(np=,n) 。如飞机被击中的子弹数、来到公共汽车站的乘客数、机床发生故障的次数、自动控制系统中元件损坏的个数、某商店中来到的顾客人数等,均近似地服从泊松分布。超几何分布),min(,2, 1 ,0,)(nMllkCCCkXPnNknMNkM?随机变量 X服从参数为n,N,M 的超几何分布。几何分布,3 ,2 ,1,)(1kpqkXPk,其中 p0,q=1-p。随机变量 X服从参数为p 的几何分布。均匀分布设随机变量X的值只落在 a ,b 内,其密度函数)(xf在
18、a ,b 上为常数 k,即,0,)(kxf其他,其中 k=ab1,则称随机变量X在a ,b 上服从均匀分布,记为XU(a,b)。分布函数为xdxxfxF)()(当 ax1x2b 时, X落在区间(21,xx)内的概率为P(21211)()21xxxxabdxxfxXxabxxdx12。指数分布设随机变量X的密度函数为其中0,则称随机变量X服从参数为的指数分布。X的分布函数为记住几个积分:, 10dxxex,202dxexx)!1(01ndxexxn01)(dxexx,)()1(0,xb。a xb)(xf,xe0 x, 0, 0 x, )(xF,1xe0 x, ,0 x0。精选学习资料 - -
19、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 20 页7 正态分布设随机变量X的密度函数为222)(21)(xexf,x,其中、0为常数,则称随机变量X服从参数为、的正态分布或高斯( Gauss)分布,记为),(2NX。)(xf具有如下性质:1 )(xf的图形是关于x对称的;2 当x时,21)(f为最大值;3 )(xf以ox轴为渐近线。特别当固定、改变时,)(xf的图形形状不变,只是集体沿ox轴平行移动,所以又称为位置参数。当固定、改变时,)(xf的图形形状要发生变化,随变大,)(xf图形的形状变得平坦,所以又称为形状参数。若),(2NX,则X的分布函数为
20、dtexFxt222)(21)(。 。参数0、1时的正态分布称为标准正态分布,记为)1 ,0( NX,其密度函数记为2221)(xex,x,分布函数为dtexxt2221)(。)(x是不可求积函数, 其函数值, 已编制成表可供查用。(x) 和 (x) 的性质如下:1 (x) 是偶函数, (x) (-x) ;2 当 x=0 时,(x) 21为最大值;3 ( -x) 1- (x) 且 (0)21。如果X),(2N,则X) 1 ,0(N。所以我们可以通过变换将)(xF的计算转化为)(x的计算,而)(x的值是可以通过查表得到的。1221)(xxxXxP。分位数的定义。3、随机变量函数的分布随机变量Y是
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