10964

Закон больших чисел центральная предельная теорема

Лекция

Математика и математический анализ

Закон больших чисел центральная предельная теорема Свойство устойчивости массовых случайных явлений известно человечеству еще с глубоких времен. В какой бы области оно не проявлялось суть его сводится к следующему: конкретные особенности каждого отдельного случайно...

Русский

2013-04-03

154.21 KB

10 чел.

Закон больших чисел центральная предельная теорема

Свойство устойчивости массовых, случайных явлений известно человечеству еще с глубоких времен. В какой бы области оно не проявлялось, суть его сводится к следующему: конкретные особенности каждого отдельного случайного явления почти не сказывается на среднем результате массы таких явлений. Именно эта устойчивость средних и представляет собой физическое содержание "закона больших чисел", понимаемого в широком смысле слова: при очень большом числе случайных явлений средний их результат практически перестает быть случайным и может быть предсказан с большой степенью определенности.

Различные формы закона больших чисел вместе с различными формами центральной предельной теоремы образуют совокупность так называемых предельных теорем теории вероятности.

Предельные теоремы дают возможность не только осуществить научные прогнозы в области случайных явлений, но и оценивать точность этих прогнозов.

Неравенство Чебышева

Имеется случайная величина (СВ) . Неравенство Чебышева утверждает, что каково бы ни было положительное число , вероятность того, что СВ отклонится от своего  математического ожидания не меньше, чем на , ограничена сверху величиной , т.е.

.     (1.1)

Доказательство:  рассмотрим доказательство для непрерывной СВ . По определению известно, что

.     (1.2)

Запишем чему равна дисперсия СВ :

 (1.3)

Проиллюстрируем выражение (1.3) рисунком:

Рис. 1.1. Отрезок интегрирования

В (1.3) означает, что интегрирование ведется на внешней части отрезка АВ. Если в (1.3) принять, что (отметим, что неравенство при этом только усиливается), получим:

 (1.4)

Итак, неравенство Чебышева доказано. Неравенство Чебышева дает грубую оценку сверху и утверждает, что для любой случайной величины Х вероятность того, что она отклонится на от меньше, чем дисперсия деленная на .

Пример: Дана СВ . Оценить сверху вероятность того, что X отклонится от не меньше, чем на .

Решение: Согласно неравенству Чебышева запишем

.

Для случайной величины, распределенной по нормальному закону .

Теорема  Чебышева

Пусть имеется СВ . Над этой величиной производится независимых опытов и вычисляется среднее арифметическое всех наблюденных значений случайной величины Х. Необходимо найти характеристики среднего арифметического – математическое ожидание и дисперсию. В результате первого опыта СВ приняла значение , во втором опыте – , ..., в – ом опыте – .

Рассмотрим среднее арифметическое этих значений:

     (1.5)

СВ линейная функция независимых случайных величин . Определим:

 (1.6)

   (1.7)

Т. о. не зависит от числа опытов , а дисперсия при больших может стать сколь угодно малой, т.е. СВ ведет себя почти не как случайная. Это свойство и устанавливает теорема Чебышева.

При достаточно большом числе независимых опытов среднее арифметическое наблюденных значений случайной величины сходится по вероятности к ее математическому ожиданию.

Говорят что СВ сходится по вероятности к величине , если при увеличении вероятность того, что и будут сколь угодно близки, неограниченно приближается к единице, а это значит, что при достаточно большом

   (1.8)

где  и – произвольно малые положительные числа. Запишем аналогично теорему Чебышева:

.    (1.9)

Докажем справедливость (1.9).

Ранее было показано, что для  Применим к СВ неравенство Чебышева:

  (1.10)

Как бы ни было мало , всегда можно взять такое большое , чтобы выполнялось неравенство: , где сколь угодно малое число. Тогда получим:

.    (1.11)

Запишем вероятность события противоположного (1.11)

.   (1.12)

Что и требовалось доказать.

Обобщенная теорема Чебышева

Пусть независимые случайные величины с соответствующими математическими ожиданиями и дисперсиями, т.е. И если все дисперсии ограничены сверху одним и тем же числом таким, что

то при возрастании среднее арифметическое наблюденных значений величин   сходится по вероятности к среднему арифметическому их математических ожиданий:

.    (1.13)

Доказательство: Рассмотрим СВ , с соответствующими характеристиками: . Применим с СВ неравенство Чебышева

, или      

.    (1.14)

Как бы ни было мало , можно так выбрать , что будет выполняться неравенство . Тогда получим:

.     (1.15)

Перейдем к противоположному событию:

.    (1.16)

Что и требовалось доказать.

Теорема Маркова

Если имеются зависимые СВ и, если при справедливо соотношение то среднее арифметическое наблюденных значений СВ сходится по вероятности к среднему арифметическому их математических ожиданий.

Доказательство: Рассмотрим величину . Применим к величине неравенство Чебышева:

     

Т.к. по условию теоремы при , то при достаточно большом справедливо , или переходе к противоположному событию:

.  (1.17)

Что и требовалось доказать.

Теорема Бернулли

Пусть производится независимых опытов, в каждом из которых может произойти или не произойти событие , вероятность которого в каждом опыте равна . Теорема Бернулли утверждает, что:
при неограниченном увеличении числа опытов частота события сходится по вероятности к его вероятности .

Обозначим частоту события в опытах через и запишем теорему Бернулли в виде формулы:

   (1.18)

где и δ – сколько угодные малые положительные числа. Требуется доказать неравенство (1.18) при достаточно большом .

Доказательство: Рассмотрим независимые случайные величины:

число появления события в первом опыте;

число появления события во втором опыте;

..........................................................................................

Все эти величины дискретные и имеют один и тот же закон распределения; выраженный рядом распределения:

1

Здесь , нетрудно показать, что . Частота не что иное, как среднее арифметическое величин , т.е. . Тогда согласно закону больших чисел сходится по вероятности к общему математическому ожиданию этих величин.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37794. СОБСТВЕННОСТЬ И ТИПЫ ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ 85 KB
  Собственность выражает характер присвоения ресурсов, произведённого продукта, доходов, самого процесса производства в хозяйстве. Присваивать, быть собственником - это значит относиться к объектам экономических отношений, как к своим...
37795. Цифровая система передачи ИКМ 30 6.04 MB
  НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ АППАРАТУРЫ ИКМ30 Аппаратура ИКМ30 предназначена для формирования абонентских и соединительных линий ГТС и пригородной связи и позволяет организовать до 30 каналов ТЧ по парам низкочастотного симметричного кабеля с бумажной изоляцией типов Т и ТПП с диаметром жил 05 и 07 мм при однокабельном и двухкабельном вариантах работы. На стандартной стойке с размерами 2600х600х225 мм размещается до четырех комплектов АЦО обеспечивая при этом организацию 120 каналов ТЧ. Основные электрические характеристики аппаратуры ИКМ30...
37796. Знакомство с диалоговой оболочкой пакета прикладных программ IMDS 642 KB
  Цель: научиться основным приемам работы с пакетом программ IMDS (введение структуры и параметров модели, задания режимов интегрирования модели, задание выходных блоков, сохранение файлов структуры и результатов расчетов) при моделировании силовой части электропривода постоянного тока независимого возбуждения.
37797. Ознакомится с назначением и принципом работы выпрямительных и сглаживающих устройств, используемых в источниках питания электронных цепей 91 KB
  Схема однополупериодного выпрямителя. Рассчитать коэффициент пульсации и сглаживания для однополупериодного выпрямителя со сглаживающим резистивноемкостным фильтром. Схема однополупериодного выпрямителя со сглаживающим резистивноемкостным фильтром. Рассчитать коэффициент пульсации и сглаживания для однополупериодного выпрямителя со сглаживающим индуктивноемкостным фильтром.
37799. Побудова корпоративної комп’ютерної мережі з доступом до ресурсів Internet 57 KB
  Мета роботи: Вивчити основні принципи побудови корпоративних компютерних мереж на основі комутаторів Fst Ethernet маршрутизуючого комутатора 3го рівня Fst Ethernet програмного маршрутизатора на базі ПК з операційною системою FreeBSD 8.1 принципи організації доступу корпоративної компютерної мережі до ресурсів Internet через апаратний маршрутизатор Fst Ethernet отримати практичні навики по налаштуванню та діагностуванню роботи корпоративної компютерної мережі створенню та використанню спільних ресурсів. Завдання: Дослідити...
37800. Робота з базами даних в мережі 88.5 KB
  Робота з базами даних в мережі. Вивчення архітектури мережевих баз даних. Архітектура серверних баз даних. Оскільки настільні СУБД такі як dBse Prdox FoxPro ccess не містять спеціальних додатків і сервісів для роботи в мережі щоб керувати даними а використовують для цієї цілі файлові сервіси операційної системи вся реальна обробка даних в таких СУБД здійснюється клієнтськими додатками і будьякі бібліотеки доступу до даних в цьому випадку також знаходяться в адресному просторі клієнтського додатку.
37801. Амплитудные детекторы радиосигналов 374 KB
  Приводятся теоретические сведения о принципах детектирования амплитудно модулированных сигналов процессах происходящих при детектировании АМ сигналов основные соотношения и рекомендации по выбору параметров элементов детекторов. В работе изучается влияние элементов принципиальных схем детекторов на характеристики детектирования и на выходные сигналы.1 Определение детектора и процесса детектирования. Процесс детектирования радиосигналов определяется как обратный процессу получения модулированных колебаний радиосигналов.
37802. ЗНЯТТЯ РЕГУЛЯТОРНОЇ І ШВІДКИСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГУНА 71 KB
  На підставі цього аналізу оцінити економічність ефективність режимів роботи двигуна і динамічні якості. При роботі двигуна з відкритою дросельною заслінкою в дифузорі створюється розрідження і паливо з розпилювача поступає в дифузор розпилюється там і перемішується з повітрям. Регулювальні характеристики Регулювальні характеристики є залежностями основних показників двигуна від значення одного або декількох з регулювальних параметрів при постійній частоті обертання...