概率论核心概念及公式.pdf
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1、 概率论与数理统讳 核心公式第 1章随机事件及其概率(1)排列组合公式(加-)!从m 个人中挑出n 个人进行排列的可能数。C=!(加一)!从个人中挑出n 个人进行组合的可能数。(2)加法和乘法原理加法原理(两种方法均能完成此事)m n某件事由两种方法来完成,第一种方法可由种方法完成,第二种方法可由种方法来完成,则这件事可由+n 种方法来完成。乘法原理(两个步骤分别不能完成这件事)m x n某件事由两个步骤来完成,第一个步骤可丽种方法完成,第二个步骤可由种方法来完成,则这件事可由ix n种方法来完成。(3)一些常见排列重复排列和非重复排列(有序)对立事件(至少有一个)顺序问题(4)随机试验和随机
2、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。(5)基本事件、样本空间和事件在一个试验下,不管事件有多少个,总可以从其中找出这样一组事件,它具有如下性质:QW 进行一次试验,必须发生且只能发生这一组中的一个事件;E何事件,都是由这一组中的部分事件组成的。这样一组事件中的每一个事件称为基本事件,解来表示。基本事件的全体,称为试验的样本空间,陶表示。一个事件就是呼中的部分点(基本事彳挈)组成的集合。通常用大写字母A,B,C,表示事件,它们冒的子集。为必然事件,0 为不可能事件
3、。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(Q)的概率为1,而概率为1的事件也不一定是必然事件。(6)事件的关系与运算 系:如果事件A的组成部分也是事件5的组成部分,(/发生必有事件8 发 生):A u B如果同时有/U 8,B n A,则称事件力与事件6 等价,或称/等 于 氏A=区4 8 中至少有一个发生的事件/U 及或者於民属于/而不厘于8 的部分所构成的事件,称为1与8 的差,记为力乜也可表示为力/或者豆,它表示/发生而6 不发生的事件。4 同时发生:力 n瓦 或 者 楹 A A B=0,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
4、互斥。基本事件是互不相容的。Q-A 称为事件A的逆事件,或制的对立事件,记 刀。它表示A 不发生的事件。互斥未必对立。运算:结合率:A (BC)=(A B)C A(J(BUC)=(A ljB)U C分配率:(A B)UC=(A UC)A(BUO(A I JB)C|C=(A C)U (BC)第1页 共2 1页第2页 共2 1页oo oo _德摩根率:Q U AB=A B4 nB =%U 8(7)概率的公理化定义设。为样本空间,/为事件,对每一个事件1都有一个实数P(A),若满足下列三个条件:1 OP(A)1,2 P(Q)=13 对于两物互不相容的事件li,九,有尸(。4 卜胃尸(4)常称为可列(
5、完全)可加性。则称P(A)为事件/的概率。(8)古典概型。=卜 ,02 P(q)=P(w2)=-P(0,则 称 P(N)为事件A 发生条件下,事件3P(4 B)发生的条件概率,记 时(5 )=o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(Q/B)=1=P(5/A)=1-P(B/A)(13)乘法公式乘法公式:P(AB)=P(A)P(B/A)更一般地,对事 件 虬 A 2,若P(AIA2%)0,则有P(4 4 2.A)=PA)P(Az|/i)尸(431 AAi).P(A ArA2.A-i)o(14)独立性个事件的独立性设事件4、8 满足P(/B)=P(尸(B),则称事件工、8
6、是相互独立的。若事件Z、8 相互独立,目。(4)0,则有P(BA)=还=皿 网P(4)P(A)若事件Z、8 相互独立,则可得至至与8、A与Z、N 与否也者阱目互独立。必然事件Q和不可能事件0 与任何事件都相互独立。0 与任何事件都互斥。多个事件的独立性设ABC是二个事件,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。(15)全概公式设事件5,心,治满足1 81,历,8 两两互不相容,P(B.)0(z=1,2,Q O/=1 ,则有P(A)=
7、P(B)P(A|Bi)+尸(82)P(/|82)+P(B“)P(A B“)(16)贝叶斯公式设事件8,B i,.以及/满足1 B,Bi,8“两两互不相容,尸()0,i=l,2,n,nJ c l Bi2。V ,P()0,则P(BJA)=J 3)P B,)j=i,i=l,2,-no此公式即为贝叶斯公式。P 3),0 =1,2,,),通常叫先验概率。P(&/),。=1,2,,?),通常称为后验概率。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。(17)伯努利概型我们作了次试验,且满足每次试验只有两种可能结果,A 发生或/不发生;次试验是重复进行的,艮 W发生的概率每次均一样;每次试验是
8、独立的,即每次试驹发生与否与其他次试险发生与否是互不影口鄙。这种试验称为伯努利概型,或称为重伯努利试验。用表示每次试验4 发生的概率,贝值发生的概率为一,=9,用长伏)表示重伯努利试验中/出现仪0 次的概率,PAk)=C”q”k 0,1,2,第 一早随机变量及其分布(1)离散型随机变量的分布律设离散型随机变量X 的可能取值为Xk(k=l,2,)且取各个值的概率,即事件(X=&)的概率为P(X二 xj=pk,k=l,2,则称上式由离薪血随人变富的概率分布或分布律。有时也用分布列的通给出:X Xl,X2,麻,P(X=Xk)1 pi,pz,,pk,。显然分布律应满足下列条件:C p k =T(1)P
9、&NO.k=1,2,(2)o第3页 共2 1页(2)连续型随机变量的分布密度设%X)是随机变量x 的分布函数,若存在非负函额G),对任意实如,有/(X)=f f(x)dx贝卿x 为连续型随机变量。/(X)称为x 的概率密度函数或密度函数,简称疏密度。密度函数具有下面个性质:1 f(x)Oo9o r f(x)dx=1乙 J一 刃 O(3)离散与连续型随机变量的关系PX=x)P(x X x+dx)=fxdx积分元x)x 在连续型随机变量理论中所起的作用与(X=找)=Pk在离散型随机变量理论中所起的作用相类似。(4)分布函数设X 为随机变量,x 是任意实数,则函数F(x)=P(X x)称为随机变量X
10、的分布函数,本质上是一个累积函数。P(a Xb)=F-F(a)可以得到X落入区间向的概率。分布函数A)表示随机变量落入区间(-8,X内的概率。分布函数具有如下性质:1 0 F(x)1,oo x +oo.2/是单调不减的函数,即 YX2时,有尸3)4 尸);F(-oo)=lim F(x)=0 F(+oo)=lim F(x)=13 Xf-0 0 X f+o o 4 F(x+0)=F(x),即/(x)是右连续的;A o P(X=x)=尸(x)F(x-0)Jo尸(x)=p k对于离散型随机变量,;X/(X)=f f(x)dx对于淬续型限机娈量.7。(5)八大分布0T 分布 P(X=l)=p,P(X=O
11、)=q二项分布 在重贝努里试验中,设事彳牛发生的概率加。事件”发生的次数是随机变量,设 郑,则X 可能取值对,口,。P(X=k)=P(k)=C:p k q,其中q=1 p,0 p 0,左=0,1,2,贝 U 称随机变量 服从参晟郑的泊松分布,/式 万或者p(2)o泊松芬布为二项分布的极限分布附二,8)。第4页 共2 1页超几何分布“公-曳 aa,/口 /7=m in(M,M)随机变量X 服从参数为n,N,M 的超几何分布,记为I (n,N,M)。几何分布P(X=k)=q p,4=1,2,3,,其中p 0,q=i-Po随机变量X 服从参数为P 的几何分布,记为;(P)0均匀设随机马为常数力/(X
12、)=贝 U称随利函 金尸(x)=.当 a X P(x,基 量 X 的值只落田a,b 内,其密度函数八X)在 a,b 上1-。,即!-ax Wbb-a0,其他,1变量Y 在 a,b 上服从均匀分布,记为C U(a,b)o攵 为 0,x a,x-a1V f(x)dx=b-a aWx Wb XboX20/=1 ;1 0.x 0,则称随机变量(服从参数 的指数分布。X 的分布国数为r J e 弋 x 0,/=1 ,x xne xdx=n0第5页 共2 1页第三章二维随机变量及其分布正态分布设随机变量X 的 密 度 嬲 为f 向b,2b,_ 8 x 0 为常数,则称随机变量r 服从参数郑。的正态分布或高
13、斯Causs)分布,记为 N(,,)。/(x)具有如下性质:1 /(X)的 图 形 号 琴 称 的;2 当x=时,疡为最大值;若X NG,/),则x 的分布函数为?(x)=.I e dt际 O O参数=0、c =l 时的正态分布称为标准正态分布,记为X N(0,l),其密度函数记为观、)=石:一 ,O(X)是不可求积函数,其明数值,已编制成表可供查用。(-X)=1-(X)且(0=2 o即黎沈箸%巨守学)O(6)分位数下自立表:P(X*4“)=a;上利立表:P(X 4)=a。(7)函数分布离散型已知*的/P(X=刈y=g(x)3布列为X 一pi,。2,pn,弗 沙 鄱 浒=欢若斗才日建)如下:作
14、为g(W 的概率。P(f)若 有 曾pi,p?,,p,(刈相等,则应将对应附,相加连续型先利用X的概率密度fx(x)写出Y的分布区1 数F、,(y)=P(g(X)。(i,j=l,2,);S Z Pi,=L(2)i j连续型对于二维随机向第=(x,y),如果存在非负函数f(x,y)(-x +co-co y ,即D=(X,Y)|ax 0;r+8 f+OD(0、f f(x,y)dxdy=l.(/)J-30 J-00(2)二维随机变量的本质K x=x,y =y)=/(x =xn)第7页 共2 1页(3)联合函数设(X,Y)为二维随机变量,对于任意实数y,二元函数F(x,y=PXx,Yy称为二维随机向量
15、1,Y)的分布函数,或称为随机变量和Y 的联合分布函数。分布国数是一个以全平面为其定义域,以事件(幼 必)|-8 X )乂-8 y(g)y 的概率为国数值的一个实值因数。分布函数F(x,y)具有以下的基本1 性质:(1)0F(x,)X1 时,有 F(x2,y)F(x i,y);当 y 2y i 时,有 F(x,y?)F(x,y);(3)F(x,y)分别对x 和 y 是右连续的,即尸(x,y)=F(x+0,y),F(x,y)=F(x,y+0);(4)F(-o o,-o o)=F(-o o,y)=F(x,-o o)=0,F(+o o,+o c)=1.(5)对于匹 Z,M 0(4)离散型与连续型的关
16、系P(X=x,Y=P(x X x +dx,y Y y+dy)jx,y)dxdy(5)边缘分布离散型X 的边缘分布为=P(X=Xj)=Z pt j(z,j=1,2,)j Y 的边缘分布为B,=p(y =匕)=Z%(i =L2,)连续型X 的边缘分布密度为/x(x)=J/(x,V)力;J-oOY 的边缘分布密度为/y(y)=J f(x,y)dx.J 00(6)条件分布离散型在已知后灯的条件下,Y 取值的条件分布为P(y =y|X=X,)=Pt.在已知3/的条件下,x 取值的条件分布为尸(x =x/y =%)=&-,P-J连续型在已知Y=y 的条件下,X 的条件分布密度为/3 歹)=华 鲁AG O
17、.在已知X=x 的条件卞,Y 的条件分布密度为Zr(x)(7)独立性一般型F(X,Y)=Fx(x)Fv(y)离散型Pu=Pi.P.i有零不独立第8页 共2 1页其中SD为区域D的面积,则 称&Y)服从D上的均匀分布,记为(X,Y)(D)o例如图3.1、图3.2和图3.3。连续型f(x,y)=fx(x)fy(y)直接判断,充要条件:可分离变量正概率密度区间为矩形二维正态分布1 1 卜-必)2 2Pg内 XJ F)/y-2 V、1 2(l-p2)1 5)a,a2 16 Jf(x,y)=,-e L ,2兀0 p l -pp=0随机变量的函数若X,X2,X n p X fn+1,X n相互独立,h,g
18、为连续函数,则:h(Xi,X 2,Xm)和 g(XnH,Xn)相互独立O特例:若x与Y独立,则:h(X)和g(Y)独立。例如:若X与Y独立,则:3X+1和5Y-2独立。(8)二维均匀分布设 随 机 向 量Y)的分布密度函数为白 (x,y)&Df(x,y)=0,1P11是5个参数,则 称&Y)服从二维正态分布,记 为(X,Y)-N,p).由边缘密度的计算公式,可以推出二维正态分布的两个边缘分布仍为正态分彳即 XN(4”:),丫 Ng g;).但是若X-N (从,村),入 N g b;)(x Y)未必是二维正态分布。Z=X+Y根据定义计算:弓(z)=P(Z 4 z)=P(X+Y W z)+0 0J
19、 f(x,z -x)dx对于连续型,fz(z)=-8?2两个独立的正态分布的和仍为 正 态 分 布 中+4,6 +4 )on个相互独立的正态分布的线性组合,仍服从正态分布。M=c:a;Z=m ax,m in(xbx2,-.xn)若 乂,“2X“相互独立,其分布国数分别为4(X),属2(X),(X),则 z=m ax,m in(Xb X2,Xj 的分布函数为:/x(x)=G(x)仁 心 Fmin=FXi(x).1-FX2(X)-1-FX,(x)x分布设n个仪可以证B爪4的分布?日机变量占,“2,,X,相互独立,目服从标准正态分布,月它们的平方和X;否度为1 -1-/()我们下其中喧布中y则zQ=
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