本科概率论与数理统计课件第二章新.ppt
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1、CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY第二章第二章随机变量及其分布 一、随机变量一、随机变量 二、离散型随机变量及其分布二、离散型随机变量及其分布 三、随机变量的分布函数三、随机变量的分布函数 四、连续型随机变量及其分布四、连续型随机变量及其分布 五、随机变量的函数的分布五、随机变量的函数的分布CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY第一节第一节为了全面研究随机试验的结果,数学处理上的方便,为了全面研究随机试验的结果,数学处理上的方便,第二章 要将要将随机试验的结果数量化随机试验的结果数量化。随机变量 对于随
2、机试验而言,它的结果未必是数量化的。对于随机试验而言,它的结果未必是数量化的。例例1、掷一枚硬币,X=X(e)=1,e=H0,e=T定义S上的函数,值域CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY例例3.3.测量某灯泡的寿命,令例例2 2、在n 张已编号的考签中任抽一张,观察号码,X=“抽到考签的号码”CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY定义:定义:设E是随机试验,它的样本空间为对应,则称实值单值函数 X=X(e)为随机由于X的取值根据试验结果而定,而试验各结果出现有一定的概率,所以X 取各值也有一定的,存在且
3、唯一存在与之变量。概率。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY随机变量定义在样本空间上,定义域可以是数也可以不是数;而普通函数是定义在实数域上的。2.随机变量函数的取值在试验之前无法确定,有一定的概率;而普通函数却没有。随机变量的分类:随机变量的分类:随机变量非离散型随机变量离散型随机变量连续型随机变量其它 随机变量函数和普通函数的区别:随机变量函数和普通函数的区别:1.定义域不同CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY离散型随机变量及其分布 第二章 一、离散型随机变量的定义一、离散型随机变量的定义二、常用的
4、离散型随机变量二、常用的离散型随机变量第二、三节第二、三节CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY定义定义1.1.若随机变量X 的全部可能取值是有限个或可列无限多个,则称X是离散型随机变量。定义定义2.2.设离散型随机变量的所有可能取值为其中事件的概率:一、离散型随机变量的定义一、离散型随机变量的定义eg:抛骰子,X=1,2,3,4,5,6;火车站候车人数,X=0,1,2,称为X的概率分布或分布律。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY分布律也可用如下表格的形式表示:性质:性质:例例1、袋中有2个白球和3个黑
5、球,每次从中任取1个,直到取到白球为止,X取球次数,求(1)无放回,(2)有放回情况下X的分布律。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY解解:(2)123n注:对于有放回选取是一个独立性的现象。解解:(1)1234CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY例例2.2.设一汽车在开往目的地的道路上需经过三盏信号灯,每盏信号灯以概率允许汽车通过,变量表示汽车停车次数(设各信号灯的工作是相互独立的),解解 由题意可知的分布律为,则求的分布律。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOL
6、OGY将带入可得的分布律为CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY.(01)分布分布定义定义1.1.如果随机变量的分布律为则称服从参数为的(01)分布。二、常用的离散型随机变量及其分布二、常用的离散型随机变量及其分布(重点)(重点)(0 1)分布的分布律也可写成注:注:如果随机试验只有两个结果,总能定义一个服从(0 1)分布的随机变量。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 1.伯努利概型 n重独立试验在相同的条件下对试验E重复做n次,若n次试验中各结果是相互独立的,则称这n次试验是相互独立的。伯努利概型设随
7、机试验E只有种可能结果,设,将试验E独立地重复进行n次,则称这n次试验为n重伯努利试验,或称n重伯努利概型。.二项分布二项分布二项分布二项分布和CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYn重伯努利试验中,X 事件A发生的次数则注:注:定义定义2.2.如果随机变量的分布律为则称服从参数为其中二项分布,记为2、二项分布、二项分布的CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY特别特别,当时,二项分布为这就是(01)分布,常记为某班有30名同学参加外语考试,每人及格的概率例例1 1、解:解:X0 1 2 30为及格的人数,求
8、X的分布律。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY例例2 2、设100件产品中有95件合格品,5件次品,先从中随机抽取10件,每次取一件,X10件产品中(1)有放回的抽取,求 X的分布律;(2)无放回的抽取,求 X的分布律;(3)有放回的情况,求10件产品中至少有2件次品的的次品数,概率。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY解:解:(1)A 一次中取得次品,P(A)=0.05,k=0,1,2,3,4,5“无放回无放回”,各次试验条件不同,不是伯努利概型。,各次试验条件不同,不是伯努利概型。(2)有放回的抽
9、取,求 X的分布律;(2)无放回的抽取,求 X的分布律;CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY(3)注:注:明确告知有放回抽样时,是n重贝努利试验;若没有告知,当总数很大,且抽查元件的数量相对于总数很小,可以当作放回抽样。(3)有放回的情况,求10件产品中至少有2件次品的概率。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 3.二项分布的分布形态二项分布的分布形态若若,则,则由此可知,二项分布的分布律由此可知,二项分布的分布律(右图右图)先是随着先是随着到其最大值后再随着到其最大值后再随着 的增大而减小的增大而减小
10、.这个使得这个使得达到其最大值的达到其最大值的称为该称为该二项分布的最可能次数二项分布的最可能次数。的增大而增大,达的增大而增大,达CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY可以证明:可以证明:如果不是整数,则如果是整数,则或CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY例例3.3.某人购买彩票,设每次买一张,中奖的概率为0.01,共买800次,求他至少中奖两次的概率。解解:把每次购买彩票看成一次随机试验设中奖的次数为,则即CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY定理定理1(泊
11、松泊松Poisson定理定理)设设是一常数,是一常数,n是是正整数,若正整数,若,则对任一固定的非负整数,则对任一固定的非负整数有注注(1)不可忽略小概率事件。很小,若中奖不到很小,若中奖不到2次故怀疑次故怀疑“中奖率中奖率0.01”是否为真,即中奖率不到是否为真,即中奖率不到0.01。(2)上例中CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY例例4、设有80台同类型设备,各台工作是相互独立的,发生故障的概率都是0.01,且一台设备的故障能由一个人处理。考虑两种配备维修工人的办法:1、有四人维护,每人负责20台;2、三人共同维护80台。比较这两种方法哪种较好
12、。解:解:1、设表示“第一个人维护的20台中同时发生故障的表示“第i个人维护的20台中发生故障而不能及时维修”,台数”CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY2、设Y80台同一时刻发生故障的台数,则Yb(80,0.01)=0.0087所以,1、2两种方案,选取第二种。所以,4个人维护80台,发生故障而不能及时=0.0169.维修的概率:所求为CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY.泊松分布定义:若随机变量 X 的分布律记为注:注:称服从参数为的泊松分布,其中是常数,CHINA UNIVERSITY OF MI
13、NING AND TECHNOLOGY泊松分布的图形特点:泊松分布的图形特点:CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY当当 n 很大,很大,p 很小时,很小时,泊松泊松定理表明:定理表明:泊松分布是二项分布的极限分布,泊松分布是二项分布的极限分布,参数参数 =n p 的的泊松分布泊松分布二项分布就可近似看成是二项分布就可近似看成是CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY例例1 一交通路口一段时间内汽车发生交通事故的次数服从参数为的泊松分布,求至少发生两次事故的概率。解解 随机变量则CHINA UNIVERSIT
14、Y OF MINING AND TECHNOLOGY解解 由已知得:由已知得:所以分布律为所以分布律为例例2 随机变量随机变量,已知已知求求的值,并写出的值,并写出的分布律。的分布律。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY 近数十年来,泊松分布日益显示其重要性,成为概率论中最重要的几个分布之一。泊松分布在管理科学、运筹学以及自然科学的某些问题中都占有重要的地位。泊松分布的应用 排队问题:在一段时间内窗口等待服务的顾客数 生物存活的个数 放射的粒子数CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY随机变量的分布函数 第
15、二章 一、分布函数的概念一、分布函数的概念二、分布函数的性质二、分布函数的性质第四节第四节三、离散型分布函数的求法三、离散型分布函数的求法CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY一、分布函数的概念一、分布函数的概念为X 的分布函数。设 X 是一个随机变量,定义可以用分布函数描述随机变量落在区间里的概率。是任意实数,则称函数CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY同理,还可以写出CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY二、分布函数的性质二、分布函数的性质 单调不减性:若
16、右连续性:且,则上述三条性质,也可以理解为判别函数是否是分布函数的充要条件。CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY三、相关例题解析三、相关例题解析已知随机变量X 的分布律为例例 题题1 1解:。求分布函数CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYCHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGYo12CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY1.设离散型随机变量的分布律为小结小结由概率的可列可加性得的分布函数为CHINA UNIVERSIT
17、Y OF MINING AND TECHNOLOGY2.离散型随机变量的分布函数为阶梯函数;o12xk为间断点且CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY已知离散型随机变量 X 的分布函数为求 X 的分布律。例例 题题2 2CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY解解已知已知,求,求 A、B。所以所以例例 题题3 3CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY向0,1区间随机抛一质点,以 X表示质点与该区间长度成正比,求 X的分布函数。坐标假定质点落在0,1区间内任一子区间内
18、的概率例例 题题4 4解:CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY其中其它CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY已知分布律求分布函数已知分布律求分布函数总总 结结随机变量的分布函数随机变量的分布函数分布函数的定义分布函数的定义分布函数的性质分布函数的性质已知分布函数求分布律已知分布函数求分布律CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY连续型随机变量及其分布 第二章 一、连续型随机变量的定义一、连续型随机变量的定义二、常用的连续型随机变量二、常用的连续型随机变量第五、六节
19、第五、六节CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY一、连续型随机变量的定义一、连续型随机变量的定义定义定义1.设 F(x)是随机变量 X的分布函数,若存在,使对任意实数则称 X为连续型随机变量连续型随机变量,称为 X 的概率密度函概率密度函数数,简称概率密度概率密度或密度函数密度函数。非负函数1.概率密度概率密度CHINA UNIVERSITY OF MINING AND TECHNOLOGY2.概率密度的性质概率密度的性质 非负性 由于(3)f(x)在点x 处连续,则f(x)的意义:随机变量 X在点x 处的密集程度。CHINA UNIVERSITY
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