32440

НЕКОТОРЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ

Лекция

Математика и математический анализ

Пусть X1X2Xn – взаимно независимые случайные величины с одной и той же функцией распределения Fx. Характеристической функцией распределения Fx или случайной величины X называется математическое ожидание случайной величины Замечание. В данном случае под случайной величиной будем понимать пару действительных функций Если X имеет плотность fx то Например характеристическая функция стандартного нормального распределения Если X – дискретная случайная величина где xi – значение...

Русский

2013-09-04

106.5 KB

0 чел.

Лекция 9.

Глава 4.  НЕКОТОРЫЕ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ.

$1. ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРЕДЕЛЬНАЯ ТЕОРЕМА.

Центральная предельная теорема сыграла особую роль в развитии теории вероятностей, она имеет большое значение и для современных приложений. Центральная предельная теорема определяет условия, при которых суммы независимых случайных величин распределены асимптотически нормально.

Tеорема 1. Пусть X1,X2,…,Xn – взаимно независимые случайные величины с одной и той же функцией распределения F(x). Допустим, что М(Xk)=0, D(Xk)=1, k = 1, 2,..., n. При  распределение нормированных сумм  стремится к стандартному нормальному распределению.

Для доказательства используем метод характеристических функций. Характеристической функцией  распределения F(x) (или случайной величины X) называется математическое ожидание случайной величины     

                     

Замечание. Мы вводили случайные величины как действительные функции, заданные на пространстве . В данном случае под случайной величиной будем понимать пару действительных функций

Если X имеет плотность f(x), то

Например, характеристическая функция стандартного нормального распределения

Если X – дискретная случайная величина,

где xi – значение случайной величины X.

Замечание. Характеристическая функция распределения F(x) – это ни что иное как преобразование Лебега-Фурье функции F(x). Если X – непрерывная случайная величина, то характеристическая функция – это просто преобразование Фурье плотности распределения.

Докажем сначала, что характеристические функции распределения сумм Sn при  и всех t cходятся к характеристической функции стандартного нормального распределения. Характеристическая функция суммы Sn

где  – характеристическая функция случайных величин Xk  ,

поскольку математическое ожидание произведения независимых случайных величин равняется произведению их математических ожиданий, и все случайные величины X1,X2,…,Xn имеют одно и то же распределение, а значит и одну и ту же характеристическую функцию .

По формуле Тейлора

Полагая , получим

При больших n

Поскольку то

Докажем, что из сходимости характеристических функций  следует сходимость функций распределения.

Из курса математического анализа известна теорема непрерывности: если F1(x), F2(x),..., Fn(x) - последовательность функций, ограниченных на всей числовой прямой, а  - последовательность соответствующих преобразований Лебега-Фурье, сходящаяся к функции , то  также является преобразованием Лебега-Фурье некоторой функции F0(x), а F0(x) является пределом функциональной последовательности F1(x), F2(x),..., Fn(x),... . Теорема непрерывности завершает доказательство Центральной предельной теоремы.

Центральная предельна теорема позволяет понять природу случайных величин, имеющих нормальное распределение.

Пример 1. Рассмотрим  распространение популяции деревьев. Если бы новые растения возникали только из семян, упавших с материнского дерева, то сеянцы были бы расположены около него. Тогда расстояние дерева n-ого поколения от исходного было бы распределено приблизительно нормально. При этих условиях площадь, покрытая потомками некоторого дерева, была бы пропорциональна его возрасту.

Замечание 1. Если в условии Теоремы 1 М(Xk) = m, D(Xk) = 2, то распределение сумм

при  cтремится к стандартному нормальному распределению. Действительно, если мы вместо случайных величин Xk рассмотрим , то попадем в условия Теоремы 1.

Замечание 2. Более общую формулировку Центральной предельной теоремы дал Линдеберг. Пусть X1X2,   , Xn – взаимно независимые случайные величины с функциями распределения F1(x), F2(x),…, Fn.(x). Пусть M(Xk)=mk, , и дисперсии  малы по сравнению с суммой  (при любом  > 0 и всех достаточно больших n ). Тогда распределение нормированной суммы

     стремится к стандартному нормальному распределению.  

Пример 2. Вернемся  к примеру 4 из $12 второй главы. Почему оценка на письменном тестировании по математике имеет нормальное распределение?

Оценка X складывается из n оценок X1X2,…, Xn за каждую задачу. Случайная величина Xk имеет распределение в соответствии с трудностью к-ой задачи c конечными математическим ожиданием mk и дисперсией . При больших n выполнены все условия теоремы Линдеберга (на практике n  12 cчитается достаточно большим), и следовательно, оценку X можно считать нормально распределенной случайной величиной со средним значением  и диcперсией .  

Следствием из Центральной предельной теоремы является

Теорема Муавра-Лапласа. Если проводится n независимых опытов, в каждом из которых событие А может произойти с вероятностью p и не произойти с вероятностью q = 1 – p, то справедливо соотношение

где Y – число наступлений события А в n опытах, Ф(x) – функция распределения стандартного нормального закона, – действительные числа.

Доказательство. Пусть Xi – число наступлений события А в i-ом опыте, i = 1, 2,..., n,

Обозначим

Cогласно Замечанию 2 к Теореме 1 распределение случайной величины

при  cтремится к стандартному нормальному распределению. Отсюда,

Пример 3. Монету  подбрасывают 200 раз. Какова вероятность, что число выпадений герба отличается от 100 не более чем на 5?

Применим теорему Муавра-Лапласа:  

             

32

PAGE  31


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73659. Латинская патристика IV - V века 150 KB
  Прилагательное латинская приложенное к слову патристика указывая на то внешнее обстоятельство что церковные писатели о которых пойдет речь пользовались преимущественно или только латинским языком вместе с тем нацеливает на выявление некоторых особенностей более существенным образом характеризующих описываемое явление коль скоро перевод с одного языка на другой это всегда в какойто степени переход из одной культурной реальности в другую. Движение это происходит не только в пространстве но и...
73660. Антинаполеоновские коалиции и их противник 37.73 KB
  Троицкий считает что гуманная фразеология дипломатических документов освобождение от ига и цепей Наполеона обеспечение прав и свобод народов это не более чем фиговый листок . Данное обстоятельство в немалой степени обеспечило поражение Наполеона в информационной и идеологической войне а это в свою очередь безусловно повлияло и на достижение конечного победного результата в военных действиях. Поэтому не стоит столь категорично сбрасывать со счетов либеральную...
73661. ПРАКТИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ 350.5 KB
  Первоначально системы MRP фактически просто формировали на основе утвержденной производственной программы план заказов на определенный период. Термин замкнутый цикл отражал основную особенность модифицированной системы заключающуюся r том что созданные в процессе ее работы отчеты анализируются и учитываются на дальнейших этапах планирования т. Системы типа MRP используют то что зависимый спрос можно прогнозировать поскольку в его основе лежат планы производства. Суть системы MRP состоит в следующем: на базе заказов определяется...
73663. Управление финансовой деятельностью предприятия 79.5 KB
  Управление финансовой деятельностью предприятия Тема включает два раздела: Сущность управления финансовой деятельностью предприятия. Сущность управления финансовой деятельностью предприятия Цели задачи и функции финансового менеджмента. Финансовый механизм и основные инструменты управления финансовой деятельностью предприятия. Финансовая политика предприятия.
73664. Информационное обеспечение управления финансовой деятельностью 68.5 KB
  Управленческий учет как механизм финансового менеджмента Информационное обеспечение предназначено для предоставления управленческому персоналу информации оперативного и финансового учета необходимой для анализа результатов финансово-хозяйственной деятельности предприятия.
73666. Экономическая деятельность земств Поволжья в середине XIX - начале XX века 24.57 KB
  Нижний уровень включал в себя все многообразие учреждений мелкого кредита. Положения об учреждении мелкого кредита. В середине 1890х годов вопрос об организации мелкого кредита обсуждался в земствах в печати; правительство ставило его в программу своих мероприятий для подъема благосостояния сельского населения. Проекты организации мелкого кредита в это время представляли собой попытки объединить в пределах губерний всякого рода мелкие кредитные учреждения.