概率论与数理统计课堂笔记.doc
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1、概率论与数理统计是经管类各专业的基础课,概率论研究随机现象的统计规律性,它是本课程的理论基础,数理统计则从应用角度研究如何处理随机数据,建立有效的统计方法,进行统计推断。概率论包括随机事件及其概率、随机变量及其概率分布、多维随机变量及其概率分布、随机变量的数字特征及大数定律和中心极限定理。共五章,重点第一、二章,数理统计包括样本与统计量,参数估计和假设检验、回归分析。重点是参数估计。预备知识(一)加法原则引例一,从北京到上海的方法有两类:第一类坐火车,若北京到上海有早、中、晚三班火车分别记作火1、火2、火3,则坐火车的方法有3种;第二类坐飞机,若北京到上海的飞机有早、晚二班飞机,分别记作飞1、
2、飞2。问北京到上海的交通方法共有多少种。【答疑编号:10000101针对该题提问】解:从北京到上海的交通方法共有火1、火2、火3、飞1、飞2共5种。它是由第一类的3种方法与第二类的2种方法相加而成。一般地有下面的加法原则:办一件事,有m类办法,其中:第一类办法中有n1种方法;第二类办法中有n2种方法;第m类办法中有nm种方法;则办这件事共有种方法。(二)乘法原则引例二,从北京经天津到上海,需分两步到达。第一步从北京到天津的汽车有早、中、晚三班,记作汽1、汽2、汽3第二步从天津到上海的飞机有早、晚二班,记作飞1、飞2问从北京经天津到上海的交通方法有多少种?【答疑编号:10000102针对该题提问
3、】解:从北京经天津到上海的交通方法共有:汽1飞1,汽1飞2,汽2飞1,汽2飞2,汽3飞1,汽3飞2。共6种,它是由第一步由北京到天津的3种方法与第二步由天津到上海的2种方法相乘32=6生成。一般地有下面的乘法原则:办一件事,需分m个步骤进行,其中:第一步骤的方法有n1种;第二步骤的方法有n2种;第m步骤的方法有nm种;则办这件事共有种方法。 (三)排列(数):从n个不同的元素中,任取其中m个排成与顺序有关的一排的方法数叫排列数,记作或。 排列数的计算公式为:例如:(四)组合(数):从n个不同的元素中任取m个组成与顺序无关的一组的方法数叫组合数,记作或。组合数的计算公式为例如:=45组合数有性质
4、 (1),(2) ,(3)例如:例一,袋中有8个球,从中任取3个球,求取法有多少种?【答疑编号:10000103针对该题提问】解:任取出三个球与所取3个球顺序无关,故方法数为组合数(种)例二,袋中五件不同正品,三件不同次品()从中任取3件,求所取3件中有2件正品1件次品的取法有多少种?【答疑编号:10000104针对该题提问】解:第一步在5件正品中取2件,取法有(种)第二步在3件次品中取1件,取法有(种)由乘法原则,取法共有103=30(种)第一章 随机事件与随机事件的概率1.1随机事件引例一,掷两次硬币,其可能结果有:上上;上下;下上;下下则出现两次面向相同的事件A与两次面向不同的事件B都是
5、可能出现,也可能不出现的。引例二,掷一次骰子,其可能结果的点数有:1,2,3,4,5,6则出现偶数点的事件A,点数4的事件B都是可能出现,也可能不出现的事件。从引例一与引例二可见,有些事件在一次试验中,有可能出现,也可能不出现,即它没有确定性结果,这样的事件,我们叫随机事件。(一)随机事件:在一次试验中,有可能出现,也可能不出现的事件,叫随机事件,习惯用A、B、C表示随机事件。由于本课程只讨论随机事件,因此今后我们将随机事件简称事件。虽然我们不研究在一次试验中,一定会出现的事件或者一定不出现的事件,但是有时在演示过程中要利用它,所以我们也介绍这两种事件。必然事件:在一次试验中,一定出现的事件,
6、叫必然事件,习惯用表示必然事件。例如,掷一次骰子,点数6的事件一定出现,它是必然事件。不可能事件:在一次试验中,一定不出现的事件叫不可能事件,而习惯用表示不可能事件。例如,掷一次骰子,点数6的事件一定不出现,它是不可能事件。(二)基本(随机)事件随机试验的每一个可能出现的结果,叫基本随机事件,简称基本事件,也叫样本点,习惯用表示基本事件。例如,掷一次骰子,点数1,2,3,4,5,6分别是基本事件,或叫样本点。全部基本事件叫基本事件组或叫样本空间,记作,当然是必然事件。(三)随机事件的关系(1)事件的包含:若事件A发生则必然导致事件B发生,就说事件B包含事件A,记作。例如,掷一次骰子,A表示掷出
7、的点数2,B表示掷出的点数3。A=1,2,B=1,2,3。所以A发生则必然导致B发生。显然有(2)事件的相等:若,且就记A=B,即A与B相等,事件A等于事件B,表示A与B实际上是同一事件。(四)事件的运算 (1)和事件:事件A与事件B中至少有一个发生的事件叫事件A与事件B的和事件,记作:或A+B例如,掷一次骰子,A=1,3,5;B=1,2,3则和事件A+B=1,2,3,5显然有性质若,则有A+B=BA+A=A(2)积事件:事件A与事件B都发生的事件叫事件A与事件B的积事件,记作:AB或AB 例如,掷一次骰子,A=1,3,5;B=1,2,3,则AB=1,3显然有性质:若,则有AB=AAA=A(3
8、)差事件:事件A发生而且事件B不发生的事件叫事件A与事件B的差事件,记作(A-B)例如,掷一次骰子,A=1,3,5;B=1,2,3,则A-B=5显然有性质:若,则有A-B=A-B=A-AB(4)互不相容事件:若事件A与事件B不能都发生,就说事件A与事件B互不相容(或互斥)即AB=例如,掷一次骰子,A=1,3,5;B=2,4AB= (5)对立事件:事件A不发生的事件叫事件A的对立事件。记作例如,掷一次骰子,A=1,3,5,则显然,对立事件有性质:注意:A与B对立,则A与B互不相容,反之不一定成立。例如在考试中A表示考试成绩为优,B表示考试不及格。A与B互不相容,但不对立。下面图1.1至图1.6用
9、图形直观的表示事件的关系和运算,其中正方形表示必然事件或样本空间。图1.1表示事件事件A图1.2阴影部分表示A+B图1.3阴影部分表示AB图1.4阴影部分表示A-B图1.5表示A与B互不相容图1.6阴影部分表示事件的运算有下面的规律: (1)A+B=B+A,AB=BA叫交换律(2)(A+B)+C=A+(B+C)叫结合律 (AB)C=A(BC)(3)A(B+C)=AB+AC(A+B)(A+C)=A+BC叫分配律(4)叫对偶律例1,A,B,C表示三事件,用A,B,C的运算表示以下事件。(1)A,B,C三事件中,仅事件A发生【答疑编号:10010101针对该题提问】(2)A,B,C三事件都发生【答疑
10、编号:10010102针对该题提问】(3)A,B,C三事件都不发生【答疑编号:10010103针对该题提问】(4)A,B,C三事件不全发生【答疑编号:10010104针对该题提问】(5)A,B,C三事件只有一个发生【答疑编号:10010105针对该题提问】(6)A,B,C三事件中至少有一个发生【答疑编号:10010106针对该题提问】解:(1)(2)ABC(3)(4)(5)(6)A+B+C例2.某射手射击目标三次:A1表示第1次射中,A2表示第2次射中,A3表示第3次射中。B0表示三次中射中0次,B1表示三次中射中1次,B2表示三次中射中2次,B3表示三次中射中3次,请用A1、A2、A3的运算
11、来表示B0、B1、B2、B3【答疑编号:10010107针对该题提问】解:(1)(2)(3)(4)例3 ,A,B,C表示三事件,用A,B,C的运算表示下列事件。(1)A,B都发生且C不发生【答疑编号:10010108针对该题提问】(2)A与B至少有一个发生而且C不发生【答疑编号:10010109针对该题提问】(3)A,B,C都发生或A,B,C都不发生【答疑编号:10010110针对该题提问】(4)A,B,C中最多有一个发生【答疑编号:10010111针对该题提问】(5)A,B,C中恰有两个发生【答疑编号:10010112针对该题提问】(6)A,B,C中至少有两个发生【答疑编号:10010113
12、针对该题提问】(7)A,B,C中最多有两个发生【答疑编号:10010114针对该题提问】解:(1)(2)(3)(4)(5)(6)简记AB+AC+BC(7)简记例4,若=1,2,3,4,5,6;A=1,3,5;B=1,2,3求(1)A+B;【答疑编号:10010115针对该题提问】(2)AB;【答疑编号:10010116针对该题提问】(3) ;【答疑编号:10010117针对该题提问】(4);【答疑编号:10010118针对该题提问】(5);【答疑编号:10010119针对该题提问】(6);【答疑编号:10010120针对该题提问】(7),【答疑编号:10010121针对该题提问】(8) 。【答
13、疑编号:10010122针对该题提问】解:(1)A+B=1,2,3,5;(2)AB=1,3;(3)=2,4,6;(4)=4,5,6;(5)=4,6;(6)=2,4,5,6;(7)=2,4,5,6;(8)=4,6由本例可验算对偶律,=,=正确例5,(1)化简;【答疑编号:10010123针对该题提问】(2)说明AB与是否互斥【答疑编号:10010124针对该题提问】解:(1)(2)例6.A,B,C为三事件,说明下列表示式的意义。(1)ABC;【答疑编号:10010125针对该题提问】(2);【答疑编号:10010126针对该题提问】(3)AB;【答疑编号:10010127针对该题提问】(4)【答
14、疑编号:10010128针对该题提问】解:(1)ABC表示事件A,B,C都发生的事件(2) 表示A,B都发生且C不发生的事件(3)AB表示事件A与B都发生的事件,对C没有规定,说明C可发生,也可不发生。AB表示至少A与B都发生的事件(4)所以也可以记AB表示,ABC与 中至少有一个发生的事件。例7.A,B,C为三事件,说明(AB+BC+AC)与是否相同。【答疑编号:10010129针对该题提问】解:(1)表示至少A,B发生它表示A,B,C三事件中至少发生二个的事件。(2)表示A,B,C三事件中,仅仅事件A与事件B发生的事件表示A,B,C三事件中仅有二个事件发生的事件。因而它们不相同。1.2随机
15、事件的概率(一)频率:(1)在相同条件下,进行了n次试验,在这n次试验中,事件A发生了nA次,则事件A发生的次数nA叫事件A发生的频数。(2)比值nA/n称为事件A发生的频率,记作fn(A),即历史上有不少人做过抛硬币试验,其结果见下表,用A表示出现正面的事件: 试验人NnAfn(A)摩根204810610.5181蒲丰404020480.5069皮尔逊1200060190.5016从上表可见,当试验次数n大量增加时,事件A发生的频率fn(A)会稳定某一常数,我们称这一常数为频率的稳定值。例如从上表可见抛硬币试验,正面出现的事件A的频率fn(A)的稳定值大约是0.5。(二)概率:事件A出现的频
16、率的稳定值叫事件A发生的概率,记作P(A)实际上,用上述定义去求事件A发生的概率是很困难的,因为求A发生的频率fn(A)的稳定值要做大量试验,它的优点是经过多次的试验后,给人们提供猜想事件A发生的概率的近似值。粗略地说,我们可以认为事件A发生的概率P(A)就是事件A发生的可能性的大小,这种说法不准确,但人们容易理解和接受,便于应用。下面我们不加证明地介绍事件A的概率P(A)有下列性质:(1)0P(A) 1(2)P()=1,P()=0(3)若A与B互斥,即AB=,则有P(A+B)=P(A)+P(B)若A1,A2,An互斥,则有(三)古典概型:若我们所进行的随机试验有下面两个特点:(1)试验只有有
17、限个不同的结果;(2)每一个结果出现的可能性相等,则这种试验模型叫古典概型。例如,掷一次骰子,它的可能结果只有6个,假设骰子是均匀的,则每一种结果出现的可能性都是1/6,所以相等,这种试验是古典概型。下面介绍古典概型事件的概率的计算公式:设是古典概型的样本空间,其中样本点总数为n,A为随机事件,其中所含的样本点数为r则有公式:例1,掷一次骰子,求点数为奇数点的事件A的概率。【答疑编号:10010201针对该题提问】解:样本空间为=1,2,3,4,5,6;A=1,3,5n=6,r=3 例2.掷三次硬币,设A表示恰有一次出现正面,B表示三次都出现正面,C表示至少出现一次正面,求:(1)P(A);【
18、答疑编号:10010202针对该题提问】(2)P(B);【答疑编号:10010203针对该题提问】(3)P(C)【答疑编号:10010204针对该题提问】解:样本空间=正正正,正正反,正反正,正反反,反正正,反正反,反反正,反反反;(1) (2)(3) 由于在古典概型中,事件A的概率P(A)的计算公式只需知道样本空间中的样本点的总数n和事件A包含的样本点的个数r就足够,而不必一一列举样本空间的样本点,因此,当样本空间的样本点总数比较多或难于一一列举的时候,也可以用分析的方法求出n与r的数值即可。例3,从0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 这10个数码中,取出三个不同的数码,求所取3个数码不
19、含0和5的事件A的概率。【答疑编号:10010205针对该题提问】解:从10个不同数码中,任取3个的结果与顺序无关,所以基本事件总数 A事件中不能有0和5,所以只能从其余8个数码中任取3个,所以A中的基本事件 例4,从1,2,3,4,5,6,7,8,9这9个数字中任取一个,放回后再取一个,求所取两个数字不同的事件A的概率。【答疑编号:10010206针对该题提问】解:(1)第一次取一个数字的方法有9种;第二次取一个数字的方法与第一次相同也是9种;由乘法原则,知两次所取的数字方法有99=92(种)每一种取法是一个基本事件,所以n=92(2)所取两个数字不同时,相当于从中任取两个数,其结果与顺序有
20、关,所取取法有:也可按(1)的乘法原则求r,第一次的取法有9种,第二次的数字与第1次不同,所以只有8种,所以取法共有98(种)r=98例5,袋中有5个白球,3个红球,从中任取2个球,求(1)所取2个球的颜色不同的事件A的概率;【答疑编号:10010207针对该题提问】(2)所取2个球都是白球的事件B的概率;【答疑编号:10010208针对该题提问】(3)所取2个球都是红球的事件C的概率;【答疑编号:10010209针对该题提问】(4)所取2个球是颜色相同的事件的概率。【答疑编号:10010210针对该题提问】解:袋中共的8个球,从中任取2个球结果与顺序无关,所以取法共有种,每一种取法的结果是一
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