10958

Числовые характеристики одномерной случайной величины

Лекция

Математика и математический анализ

Числовые характеристики одномерной случайной величины Математическим ожиданием или средним значением случайной величины называется постоянная константа обозначаемая символом и определяемая равенством: 8.1 ПРИМЕР 1: Известны законы распределения СВ и чи

Русский

2013-04-03

163.51 KB

30 чел.

Числовые характеристики одномерной случайной величины

Математическим ожиданием или средним значением случайной величины называется постоянная (константа), обозначаемая символом  () и определяемая равенством:

 (8.1)

ПРИМЕР 1:  Известны законы распределения СВ  и  числа очков, выбиваемых первым и вторым стрелками:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.15

0.11

0.04

0.05

0.04

0.10

0.10

0.04

0.05

0.12

0.20

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.01

0.03

0.05

0.09

0.11

0.24

0.21

0.10

0.10

0.04

0.02

Необходимо выяснить, какой из двух стрелков стреляет лучше.

РЕШЕНИЕ: Очевидно, что из двух стрелков лучше стреляет тот, кто в среднем выбивает большее число очков. Тогда по формуле (8.1) вычислим

Т.к. среднее число выбиваемых очков у двух стрелков одинаковое, то предпочтение нельзя отдать ни одному стрелку – они равносильны.

ПРИМЕР 2:  Непрерывная СВ  равномерно распределена на отрезке . Определим .

РЕШЕНИЕ: а) Прежде всего, определим плотность распределения. Из условия задачи известно:

Используем свойство:


Свойства математического ожидания

  1.  Математическое ожидание постоянной величины равно самой постоянной:

      (8.2)

  1.  Постоянный множитель можно выносить за знак математического ожидания:

    (8.3)

  1.  Математическое ожидание алгебраической суммы конечного числа случайных величин равно такой же сумме их математических ожиданий, т.е.

    (8.4)

  1.  Математическое ожидание произведения конечного числа независимых случайных величин равно произведению их математических ожиданий (покажем это свойство для двух СВ).

 (8.5)

  1.  Математическое ожидание отклонения случайной величины от ее математического ожидания равно нулю. Пусть математическое ожидание СВ Х равно а, тогда:

(8.6)

Математическое ожиданиеодна из характеристик положения СВ. С этой точки зрения математическое ожидание СВ – есть некоторое число, являющееся как бы ее "представителем" и заменяющее СВ при грубых (ориентировочных) расчетах.

ПРИМЕР 1:  Найти математическое ожидание случайной величины  если известно, что

РЕШЕНИЕ: Используя свойства математического ожидания (8.2), (8.3) и (8.4), найдем

Моменты случайной величины

Понятие момента широко применяется в механике для описания распределения масс (статистические моменты, момент инерции и т.п.).

Начальный момент го порядка случайной величины обозначается символом и определяется выражением:

 (8.7)

Нетрудно убедиться, что введенная выше характеристика математическое ожидание представляет собой не что иное, как первый начальный момент. Используя символ математического ожидания, выражение (8.7) можно представить в следующем виде:

.     (8.8)

Пусть имеется СВ с математическим ожиданием . Введем новое понятие.

Центрированной случайной величиной, соответствующей величине , называется отклонение СВ от ее математического ожидания:

    (8.9)

Нетрудно показать, что математическое ожидание центрированной СВ равна 0:

 (8.10)

Моменты центрированной СВ называются центральными моментами.

Центральным моментом го порядка случайной величины называется математическое ожидание й степени соответствующей центрированной СВ:

 (8.11)

Очевидно, что для любой СВ центральный момент первого порядка равен нулю.

Второй центральный момент СВ, ввиду его крайней важности среди других характеристик, называется дисперсией и обозначается :

     (8.12)

Дисперсией  случайной величины называется математическое ожидание квадрата ее отклонения от математического ожидания:

(8.13)

Дисперсия СВ характеризует рассеяние (вариацию, разброс) этой величины относительно ее математического ожидания. Дисперсия  имеет размерность квадрата случайной величины, что не всегда удобно. Поэтому в качестве показателя рассеяния используют также величину равную .

Средним квадратическим отклонением (стандартным отклонением или стандартом)  случайной величины   называется арифметическое значение корня квадратного из ее дисперсии:

    (8.14)

Свойства дисперсии

  1.  Дисперсия константы равна нулю:

(8.15)

  1.  Постоянный множитель можно выносить за знак дисперсии, возведя его при этом в квадрат:

(8.16)

  1.  Дисперсия алгебраической суммы конечного числа независимых СВ равна сумме их дисперсий. Покажем это свойство для двух СВ:

    

  

    

     (8.17)

Учтем, что и независимые случайные величины, для которых выполняются свойства (8.5) и (8.10), т.е.:

(8.18)

С учетом (8.18) выражение (8.17) примет окончательный вид:

    (8.19)

Вычислим дисперсию разности СВ:

 

  (8.20)

Т.о. мы доказали следующее свойство: Дисперсия разности равна сумме дисперсий.

  1.  Второй центральный момент случайной величины равен разности между вторым начальным моментом и квадратом первого начального момента этой случайной величины. Другими словами:

Дисперсия случайной величины равна разности между математическим ожиданием квадрата случайной величины и квадратом ее математического ожидания:

   

  

    (8.21)

  1.  Дисперсия произведения независимых СВ и равна произведению дисперсии на дисперсию плюс произведение квадрата математического ожидания СВ на дисперсию плюс произведение квадрата математического ожидания СВ на дисперсию . Покажем это:

      

     

    (8.22)

Асимметрия и эксцесс

Третий центральный момент служит для характеристики асимметрии (скошенности) распределения. Т.к. третий центральный момент имеет размерность куба случайной величины, то чтобы получить безразмерную характеристику, третий центральный момент делят на куб среднего квадратического отклонения СВ :

     (8.23)

Величина называется коэффициентом асимметрии случайной величины.

Рис. 8.1. Характеристика асимметрии распределений

На рис.8.1 показаны два распределения, имеющих положительную (распределение 1) и отрицательную (распределение 2) асимметрию. Естественно, что для симметричного распределения .

Четвертый центральный момент служит для характеристики крутости (островершинности) распределения.

Эксцессом случайной величины называется число

    (8.24)

Рис.8.2. Характеристика островершинности распределений

Число 3 в выражении (8.24) вычитается из отношения потому, что для наиболее часто встречающегося нормального распределения это отношение равно 3. Т.о. распределения более островершинные, чем нормальное имеют положительный эксцесс, распределения с меньшей крутостью, чем нормальное – отрицательный эксцесс, для нормального распределения эксцесс равен нулю (см. рис. 8.2).

ПРИМЕР 3  Для равномерно распределенной СВ (см. пример 2) необходимо вычислить .

РЕШЕНИЕ:  а) Вспомним, что . Дисперсию вычислим по формуле (8.21):

 

   

  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23165. Історія любові та історія України у романі Л. Костенко «Маруся Чурай» 29 KB
  Костенко Маруся Чурай Я вибрала долю собі сама.віршах Маруся Чурай який справедливо назвала критика енциклопедією духовного життя українського народу в XVII столітті. Та чи не найповніше змальовано головну героїню Марусю Чурай. Про Марусю Чурай написано повісті п'єси поеми.
23166. Краса і щирість почуттів в інтимній ліриці Василя Симоненк 28.5 KB
  Симоненка переважно тісно поєднані з пейзажними соціальними громадянськими все ж вірші про кохання у його поетичній спадщині займають чільне місце. Самовіддане глибоке кохання сповнює ліричного героя у вірші Ображайся на менеяк хочеш. Несподівано прийшла любов до ліричного героя у вірші Вона прийшла. Такими є вірші Розвели нас дороги похмурі.
23168. Літературний гурт Молода муза 89 KB
  То й не дивно гурток становила молодь вихідці із сіл та провінційних містечок Галичини вчорашні випусники університету або ті що його не закінчили канцеляристи вчителі гімназій чи вільні художники. І все ж таки його положення було краще ніж інших скажімо Яцківа чи Карманського. Нам зашивалися роти в його товаристві бо ми добре знали гостроту його язика та великі відомості з якими не один із нас не міг суперечити Говоріть що врешті відзивався Франко якому хотілося поговорити і забути...
23169. Місце і значення творчості В. Симоненка в українській літературі 24.5 KB
  Симоненка в українській літературі Поезія Василя Симоненка вийшла з глибин народного життя з мужності народу з його горя і героїчної боротьби. Симоненка. Симоненка досить широкий про що свідчить і поезія і художня проза. Симоненка в літературі про значення його поезії Олесь Гончар: Серед літераторів трапляються й такі без яких їхня доба могла б спокійно обійтись нічого істотного не втративши.
23170. Мотиви лiрики Василя Симоненка 30 KB
  Центральною в його творчостi слушно вважається патрiотична тема любовi до України її безталанного народу висловленої з недвозначною вiдвертiстю i в цьому пряме продовження шевченкiвських традицiй поєднана з iдеєю неповторностi людського я . Мiж цими датами напiвголодне довоєнне дитинство лихолiття й злиднi студентське братерство але й нашпигована пильними шукачами ворогiв народу атмосфера лiтературна студiя iменi Василя Чумака скорочено СIЧ творчi суперечки в гуртожитку далi активна участь у роботi Черкаського обласного...
23171. Нацiональний пафос поезiї Олега Ольжича 28 KB
  Звичка оцiнювати творчiсть поетiв за вiдповiднiстю тiй або iншiй iдеологiї зазвичай виправдана. До того ж подiбний пiдхiд нерiдко породжував флюгерiв вiд поезiї що завжди намагаються дотримуватись офiцiйного найзручнiшого курсу. Та все ж таки часом треба переступати через iдеологiчнi забобони й вiдокремлювати подумки поета вiд полiтика в однiй особi талант вiд переконань.
23172. Неокла́сики 34 KB
  На відміну від інших груп Неокласики не дбали про своє організаційне оформлення і не виступали з ідейноестетичними маніфестами. Те що неокласики прагнули впроваджувати в своїй творчості форми та методи грецького й римського мистецтва представникам влади здалось невизнанням радянської дійсності. Неокласики позиціонували себе як естетів і жорстко протиставляли себе народництву і романтизму. Неокласики належать до так званих письменників доби розстріляного відродження.
23173. Неоромантизм поезiї Олени Телiги 28.5 KB
  Але крiм бiльшої наближеностi до дiйсностi неоромантизм мав ще одну суттєву вiдмiннiсть вiд течiїпопередника: полiтичне зумовлення що розкидало естетично близьких митцiв по рiзних таборах революцiйної романтики що iдейно грунтувалася на своєрiдному месiанiзмi свiтової пролетарської революцiї та неоромантизму нацiональновизвольної боротьби що набув розквiту трохи пiзнiше: напередоднi й пiд час Другої свiтової вiйни. Телiгу до боротьби та залишилося в її творчостi назавжди. Скорiше це розмiрковування над ролями чоловiкiв i жiнок що...