第02章随机变量及其分布PPT讲稿.ppt
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1、第02章随机变量及其分布1第1页,共160页,编辑于2022年,星期一 概率论是从数量上来研究随机现象内在规律性概率论是从数量上来研究随机现象内在规律性的的,为了更方便有力的研究随机现象为了更方便有力的研究随机现象,就要用数学就要用数学分析的方法来研究分析的方法来研究,因此为了便于数学上的推导因此为了便于数学上的推导和计算和计算,就需将任意的随机事件数量化就需将任意的随机事件数量化。当把一些非当把一些非数量表示的随机事件用数字来表示时数量表示的随机事件用数字来表示时,就建立起了就建立起了随机变量的概念随机变量的概念。1.为什么引入随机变量为什么引入随机变量?一、随机变量的引入一、随机变量的引入
2、2第2页,共160页,编辑于2022年,星期一2.随机变量的引入随机变量的引入实例实例1 抛掷骰子抛掷骰子,观察出现的点数观察出现的点数.S=1,2,3,4,5,6样本点本身就是数量样本点本身就是数量恒等变换恒等变换且有且有则有则有3第3页,共160页,编辑于2022年,星期一实例实例2 抛掷一枚硬币抛掷一枚硬币,会出现正面向上与反面向上会出现正面向上与反面向上两种可能结果两种可能结果。S=正面向上、正面向上、反反面向上面向上 非数量非数量将将 S 数量化数量化 可采用下列方法可采用下列方法 正正反反4第4页,共160页,编辑于2022年,星期一即有即有 X(正面向上正面向上)=1,X(反面向
3、上反面向上)=0。这样便将非数量的这样便将非数量的 S=正面向上,反面向上正面向上,反面向上 数数量化了。量化了。5第5页,共160页,编辑于2022年,星期一二、随机变量的概念二、随机变量的概念1.定义定义6第6页,共160页,编辑于2022年,星期一随机变量随着试验的结果不同而取不同的值随机变量随着试验的结果不同而取不同的值,由于试验的各个结果的出现具有一定的概率由于试验的各个结果的出现具有一定的概率,因因此随机变量的取值也有一定的概率规律。此随机变量的取值也有一定的概率规律。(2)随机变量的取值具有一定的概率规律随机变量的取值具有一定的概率规律随机变量是一个函数随机变量是一个函数,但它与
4、普通的函数有但它与普通的函数有着本质的差别着本质的差别,普通函数是定义在实数轴上的普通函数是定义在实数轴上的,而而随机变量是定义在随机变量是定义在样本空间样本空间上的特殊函数上的特殊函数(样本空样本空间的元素不一定是实数间的元素不一定是实数)。2.说明说明(1)随机变量与普通的函数不同随机变量与普通的函数不同7第7页,共160页,编辑于2022年,星期一随机事件包容在随机变量这个范围更广的随机事件包容在随机变量这个范围更广的概念之内。概念之内。(3)随机变量与随机事件的关系随机变量与随机事件的关系或者说或者说:随机事件是从随机事件是从静态静态的观点来研究随机现的观点来研究随机现象象,而随机变量
5、则是从而随机变量则是从动态动态的观点来研究随机现象。的观点来研究随机现象。8第8页,共160页,编辑于2022年,星期一实例实例3 设盒中有设盒中有5个球个球(2白白3黑黑),从中任抽从中任抽3个个,则则是一个随机变量是一个随机变量.实例实例4 设某射手每次射击打中目标的概率是设某射手每次射击打中目标的概率是0.8,现该射手射了现该射手射了30次次,则则是一个随机变量是一个随机变量.且且 X(e)的所有可能取值为的所有可能取值为:且且 X(e)的所有可能取值为的所有可能取值为:9第9页,共160页,编辑于2022年,星期一实例实例5 设某射手每次射击打中目标的概率是设某射手每次射击打中目标的概
6、率是0.8,现该射手不断向目标射击现该射手不断向目标射击,直到击中目标为止直到击中目标为止,则则是一个随机变量。是一个随机变量。且且 X(e)的所有可能取值为的所有可能取值为:10第10页,共160页,编辑于2022年,星期一实例实例6 某地铁站每隔某地铁站每隔 5 分钟有一辆汽车通过分钟有一辆汽车通过,如果某如果某人到达该地铁站的时刻是随机的人到达该地铁站的时刻是随机的,则则是一个随机变量。是一个随机变量。且且 X(e)的所有可的所有可能取值为能取值为:11第11页,共160页,编辑于2022年,星期一3.随机变量的分类随机变量的分类离散型离散型(1)离散型离散型 随机变量所取的可能值是有限
7、多个随机变量所取的可能值是有限多个或无限可列个或无限可列个,叫做离散型随机变量叫做离散型随机变量。随机变量随机变量连续型连续型非离散型非离散型其它其它(2)连续型连续型 随机变量所取的可能值可以连续地随机变量所取的可能值可以连续地充满某个区间充满某个区间,叫做连续型随机变量叫做连续型随机变量。12第12页,共160页,编辑于2022年,星期一实例实例2 随机变量随机变量 X 为为“测量某零件尺寸时的测量测量某零件尺寸时的测量误差误差”。则则 X 的取值范围为的取值范围为(a,b)。实例实例1 随机变量随机变量 X 为为“灯泡的寿命灯泡的寿命”。则则 X 的取值范围为的取值范围为13第13页,共
8、160页,编辑于2022年,星期一三、小结三、小结2.随机变量的分类随机变量的分类:离散型离散型、连续型连续型。1.概率论是从数量上来研究随机现象内在规律性概率论是从数量上来研究随机现象内在规律性的的,因此为了方便有力的研究随机现象因此为了方便有力的研究随机现象,就需将随就需将随机事件数量化机事件数量化,把一些非数量表示的随机事件用数字把一些非数量表示的随机事件用数字表示时表示时,就建立起了随机变量的概念就建立起了随机变量的概念 因此因此随机变随机变量是定义在样本空间上的一种特殊的函数。量是定义在样本空间上的一种特殊的函数。14第14页,共160页,编辑于2022年,星期一一一、离散型随机变量
9、的分布律离散型随机变量的分布律二二、常见离散型随机变量的概率分布常见离散型随机变量的概率分布三三、小结小结第二节第二节 离散型随机变及其分布律离散型随机变及其分布律15第15页,共160页,编辑于2022年,星期一说明说明 一、离散型随机变量的分布律一、离散型随机变量的分布律定义定义16第16页,共160页,编辑于2022年,星期一离散型随机变量的分布律也可表示为离散型随机变量的分布律也可表示为17第17页,共160页,编辑于2022年,星期一解解则有则有例例118第18页,共160页,编辑于2022年,星期一19第19页,共160页,编辑于2022年,星期一例例2 设设一一口口袋袋中中有有5
10、件件产产品品,其其中中4件件是是正正品品,1件件是是次次品品。现现从从袋袋中中连连取取两两次次,每每次次取取一一件件。设设X表表示示两两次次取取出出的的次次品品数数,试试分分以以下下情情况况求求X的的分分布布律律。(1)取取出后放回出后放回 (2)取出后不放回。取出后不放回。解解 (1)放回抽样:放回抽样:X的可能取值为的可能取值为0,1,220第20页,共160页,编辑于2022年,星期一故故X的分布律为的分布律为(2)不放回抽样:不放回抽样:X的可能取值为的可能取值为0,1故故X的分布律为的分布律为21第21页,共160页,编辑于2022年,星期一二、常见离散型随机变量的概率分布二、常见离
11、散型随机变量的概率分布 设随机变量设随机变量 X 只可能取只可能取0与与1两个值两个值,它的分布它的分布律为律为则称则称 X 服从服从(01)分布分布或或两点分布两点分布。1.两点分布两点分布 22第22页,共160页,编辑于2022年,星期一例例3 200件产品中件产品中,有有190件合格品件合格品,10件不合格品件不合格品,现从中随机抽取一件现从中随机抽取一件,那末那末,若规定若规定取得不合格品取得不合格品,取得合格品取得合格品.则随机变量则随机变量 X 服从服从(0 1)分布分布。23第23页,共160页,编辑于2022年,星期一 两点分布是最简单的一种分布两点分布是最简单的一种分布,任
12、何一个只有两任何一个只有两种可能结果的随机现象种可能结果的随机现象,比如新生婴儿是男还是女、比如新生婴儿是男还是女、明天是否下雨、种籽是否发芽等明天是否下雨、种籽是否发芽等,都属于两点分布。都属于两点分布。说明说明24第24页,共160页,编辑于2022年,星期一2.等可能等可能分布分布如果随机变量如果随机变量 X 的分布律为的分布律为实例实例 抛掷骰子并记出现的点数为随机变量抛掷骰子并记出现的点数为随机变量 X,则有则有25第25页,共160页,编辑于2022年,星期一3.二项分布二项分布称这样的分布为称这样的分布为二项分布二项分布。记为。记为二项分布二项分布两点分布两点分布26第26页,共
13、160页,编辑于2022年,星期一例如例如 在相同条件下相互独立地进行在相同条件下相互独立地进行 5 次射击次射击,每每次射击时击中目标的概率为次射击时击中目标的概率为 0.6,则击中目标的次数则击中目标的次数 X 服从服从 b(5,0.6)的二项分布。的二项分布。例如例如 一大楼装有一大楼装有5个同个同类类型的供水型的供水设备设备。调查调查表明在表明在任一任一时时刻刻每个设备被使用的概率为每个设备被使用的概率为0.1。27第27页,共160页,编辑于2022年,星期一二项分布二项分布两点分布两点分布1、28第28页,共160页,编辑于2022年,星期一4.泊松分布泊松分布 29第29页,共1
14、60页,编辑于2022年,星期一 在生物学、医学、工业统计、保险科学及公用事在生物学、医学、工业统计、保险科学及公用事业的排队等问题中业的排队等问题中,泊松分布是常见的。泊松分布是常见的。泊松分布通常适用于描绘大量重复试验中稀有事泊松分布通常适用于描绘大量重复试验中稀有事件(即每次试验中出现的概率很小的事件。件(即每次试验中出现的概率很小的事件。例如意外事故,非常见病,自然灾害等)出现例如意外事故,非常见病,自然灾害等)出现的次数,都服从泊松分布。的次数,都服从泊松分布。30第30页,共160页,编辑于2022年,星期一观察二项分布与泊松分布观察二项分布与泊松分布二项分布二项分布 泊松分布泊松
15、分布31第31页,共160页,编辑于2022年,星期一 泊松分布是作为二项分布的近似分布,是由法泊松分布是作为二项分布的近似分布,是由法国数学家泊松于国数学家泊松于1837年引入,是概率论中的重要分年引入,是概率论中的重要分布之一。布之一。定理定理(泊松(泊松Poisson)对于任意一个非负整数对于任意一个非负整数k,有,有32第32页,共160页,编辑于2022年,星期一 设设1000 辆车通过辆车通过,出事故的次数为出事故的次数为 X,则则可利用泊松定理计算可利用泊松定理计算所求概率为所求概率为解解例例5 有一繁忙的汽车站有一繁忙的汽车站,每天有大量汽车通过每天有大量汽车通过,设每辆汽车设
16、每辆汽车,在一天的某段时间内出事故的概率在一天的某段时间内出事故的概率为为0.0001,在每天的该段时间内有在每天的该段时间内有1000 辆汽车通辆汽车通过过,问出事故的次数不小于问出事故的次数不小于2的概率是多少的概率是多少?33第33页,共160页,编辑于2022年,星期一5.几何分布几何分布 或或说明说明 几何分布可作为描述某个试验几何分布可作为描述某个试验 “首次成功首次成功”的概率模型的概率模型。34第34页,共160页,编辑于2022年,星期一例例 6 设某批产品的次品率为设某批产品的次品率为 p,对该批产品做对该批产品做有放回有放回的抽样检查的抽样检查,直到第一次抽到一只次品为止
17、直到第一次抽到一只次品为止(在在此之前抽到的全是正品此之前抽到的全是正品),那么所抽到的产品数那么所抽到的产品数 X 是一个随机变量是一个随机变量,求求X 的分布律。的分布律。解解随机变量随机变量 X 的分布律为的分布律为则则 X 服从服从几何分布几何分布。35第35页,共160页,编辑于2022年,星期一6.巴斯卡分布巴斯卡分布 36第36页,共160页,编辑于2022年,星期一7.超超几何分布几何分布 设设X随机变量表示取出的次品数,随机变量表示取出的次品数,则则X的可能取值为的可能取值为0,1,2,3,n称这个随机变量服从称这个随机变量服从超几何分布超几何分布。大型大型 产品的抽样检查:
18、设在产品的抽样检查:设在N件产品中有件产品中有M(M3。70第70页,共160页,编辑于2022年,星期一因而有因而有设设Y 表示表示”3次独立观测中观测值大于次独立观测中观测值大于3的次数的次数”,则则71第71页,共160页,编辑于2022年,星期一2.指数分布指数分布72第72页,共160页,编辑于2022年,星期一 某些元件或设备的寿命服从指数分布某些元件或设备的寿命服从指数分布.例如无例如无线电元件的寿命线电元件的寿命、电力设备的寿命、动物的寿命等、电力设备的寿命、动物的寿命等都服从指数分布。都服从指数分布。应用与背景应用与背景分布函数分布函数73第73页,共160页,编辑于2022
19、年,星期一例例4 设某类日光灯管的使用寿命设某类日光灯管的使用寿命 X 服从参数为服从参数为 =2000的指数分布的指数分布(单位单位:小时小时)。(1)任取一只这种灯管任取一只这种灯管,求能正常使用求能正常使用1000小时以小时以上的概率。上的概率。(2)有一只这种灯管已经正常使用了有一只这种灯管已经正常使用了1000 小时以小时以上上,求还能使用求还能使用1000小时以上的概率。小时以上的概率。X 的分布函数为的分布函数为解解74第74页,共160页,编辑于2022年,星期一75第75页,共160页,编辑于2022年,星期一指数分布的重要性质指数分布的重要性质:“无记忆性无记忆性”。76第
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