32441

ЗАКОН БОЛЬШИХ ЧИСЕЛ

Лекция

Математика и математический анализ

ЗАКОН БОЛЬШИХ ЧИСЕЛ. Закон больших чисел позволяет установить новую точку зрения на вероятность случайных событий и математическое ожидание случайной величины. Cуть закона больших чисел состоит в том что конкретные особенности каждого отдельного случайного явления почти не сказываются на среднем результате множества таких явлений случайные отклонения от среднего неизбежные в каждом отдельном случае в массе таких случаев почти всегда взаимно погашаются и выравниваются. Для доказательства закона больших чисел нам потребуется Лемма...

Русский

2013-09-04

83 KB

12 чел.

Лекция 10.

$2. ЗАКОН БОЛЬШИХ ЧИСЕЛ.

Закон больших чисел позволяет установить новую точку зрения на вероятность случайных событий и математическое ожидание случайной величины. Cуть закона больших чисел состоит в том, что конкретные особенности каждого отдельного случайного явления почти не сказываются на среднем результате множества таких явлений, случайные отклонения от среднего, неизбежные в каждом отдельном случае, в массе таких случаев почти всегда взаимно погашаются и выравниваются.

Для доказательства закона больших чисел нам потребуется

Лемма (неравенство Чебышева). Если существует M(X2), то для произвольного t > 0

В частности, если существует M(X), то

Доказательство. Пусть X – дискретная случайная величина.

где  – значения случайной величины X.

Если X –непрерывная случайная величина с плотностью распределения f(x), то

Поделив эти неравенства на t2, получим первое утверждение леммы.

Если первое неравенство леммы применить к случайной величине X – MX, то получится второе неравенство.

Теорема 2. Закон больших чисел в форме Чебышева.

Пусть - последовательность взаимно-независимых одинаково распределенных случайных величин. Если m = M(Xk) и  существуют, то для любого  > 0 при

Иначе говоря, вероятность того, что среднее случайных величин X1X2,…., Xn будет отличаться от математического ожидания меньше, чем на произвольно заданное , cтремится к 1.  

Доказательство.  Т.к. X1X2,…, Xn – взаимно-независимы,

Применим неравенство Чебышева к среднему

При  правая часть стремится к 0, что и доказывает теорему.

Замечание. C помощью неравенства Чебышева также легко доказать, что если задана бесконечная последовательность случайных величин
X1X2,…, Xn,…(Xi и Xj независимы для любых i и j),  то для любого  > 0 при

     (теорема Маркова) .

Пример 4.  Петербургская  игра.

Игрок платит взнос А рублей за участие в одной партии, состоящей из m подбрасываний монеты. Если первый раз герб выпадет при r-ом подбрасывании, r = 1, 2,…, m, игрок получает за партию 2r рублей. Если m раз выпадает решка, игрок ничего не получает. При каком взносе А игру можно считать «неблагоприятной» для игорного заведения?

Пусть Xk – выигрыш в k-ой партии, k=1, 2,…  .  

Cредний выигрыш в k-ой партии  и дисперсия выигрыша в k-ой партии  конечна.

Выигрыш от участия в n партиях составит , а взнос за n партий – n*m рублей.

Согласно теореме 2,

т.е.

То есть почти всегда прибыль организаторов игры при взносе А=m мало отличается от нуля (в ту и другую сторону), если число сыгранных партий n велико.

Этот результат не зависит от того, постоянно число подбрасываний m в каждой партии или может меняться по желанию игроков. Согласно  замечанию к теореме 2,  при возрастании n суммарный выигрыш в n партиях стремится по вероятности к суммарному взносу за n партий, если взнос за k-ую партию равен числу подбрасываний монеты.

Таким образом, закон больших чисел позволяет в большинстве случаев расценивать математическое ожидание случайной величины, как среднее наблюдаемых значений случайной величины при большом числе реализаций.

Практический подход к вероятности случайного события обуславливает следствие из закона больших чисел

Теорема 3. Теорема Бернулли.

Частота наступления события А в серии из n независимых одинаковых испытаний (k/n) сходится по вероятности к вероятности события А в каждом испытании (р) при

Доказательство. Пусть Xi – число наступлений события А в i-том испытании.

Тогда число наступлений события А в n опытах

и частота наступления события А

Согласно теореме 2,

 

Замечание. Если вероятности наступления события А в серии из n испытаний меняются от опыта к опыту и равняются pi, i = 1, 2,..., n, то при  частота события А сходится по вероятности к среднему арифметическому вероятностей  pi . Это сразу следует из замечания к теореме 2.

Пример 5. Появление пары (7,7) среди 100 пар случайных цифр должно подчиняться биномиальному распределению с n=100 и p=0,01. Еcли рассмотреть 100 групп по 100 пар, то Nk – число групп, в которых  комбинация (7,7) встречается ровно k раз. Полученные частоты Nk/100 хорошо согласуются с теоретическими вероятностями, хотя число рассматриваемых групп 100 не является очень большим.

K

P(X = k)

Nk

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,366032

0,369730

0,184865

0,060999

0,014942

0,002898

0,000463

0,000063

0,000007

0,000001

41

34

16

8

0

1

0

0

0

0

                                                                                               

Изложение закона больших чисел завершает предлагаемый курс лекций по теории вероятностей и вместе с тем непосредственно подводит к изучению новой дисциплины – математической статистики. Различные формы закона больших чисел являются одним из основных инструментов, используемых в этой прикладной математической науке.

35

PAGE  35


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40544. Лексико-семантическая система языка, ее организация и особенность изменения. Фразеологизмы 12.09 KB
  Слова любого языка – упорядоченное явление. Система основана на разных типах отношений между словами: экстралингвистические факторы машина велосипед – агрегаты для перемещения внутрилингистическое единство. Важные лексические группировки слов: тематические группы слов семантические поля – на основе экстралингвистических связей. Гипоним – слово обозначающее подчиненное понятие Гипероним – слово обозначающее более общее понятие.
40545. Словосочетание как единица синтаксиса. Классификация словосочетаний по разным признакам 13.29 KB
  Словосочетание – типовое соединение словоформ синтаксическая конструкция которая образуется соединением двух или более знаменательных слов на основе подчинительной связи. По виду связи: согласование – вид подчинительной связи при котором форма зависимого слова повторяет форму стержневого проявляет те же грамматические категории. управление – вид подчинительной связи при котором форма зависимого компонента определяется свойствами главного слова. примыкание – вид подчинительной связи при котором не используются специальные средства...
40546. Грамматическая форма, грамматическое значение и грамматическая категория как основные понятия морфологии 11.58 KB
  Грамматическая форма грамматическое значение и грамматическая категория как основные понятия морфологии. Грамматическое значение – общее отвлеченное свойственное многим словам значение в отличие от лексического относит данную словоформу к определенному грамматическому классу. Каждая морфема несет какоелибо грамматическое значение. Стол’икам Стол’ – корень передает вещественное значение.
40547. Язык как общественное явление. Природа языка в трактовке основных лингвистических школ 14.39 KB
  Природа языка в трактовке основных лингвистических школ. Подходы к рассмотрению вопроса: Существует непосредственная связь между возникновением языка и обществом см. Существуют различные взгляды на характеристику связей между развитием языка и развитием общества: язык развивается вслед изменениями в обществе французская социологическая школа – Ф. у языка свои законы развития Еже Курилович.
40548. Учение о фонеме Московской и Пражской фонологических школ. Фонематическая транскрипция 13.93 KB
  Фонематическая транскрипция. Фонема – минимальный компонент морфемы существует и реализуется только в морфеме. Соотношение фонемы и звука: фонема проявляется в виде вариантов – в виде звуков в сильной или слабой позиции. Но не все морфемы можно проверить = гиперфонема – функциональная единица выступает в позициях нейтрализации которую невозможно поставить в сильную позицию.
40550. Артикуляторный аспект фонетики. Строение и функции речевого аппарата. Артикуляционная база языка 11.1 KB
  Органы речи – те органы которые участвуют в образовании звуков речи. Органы речи делятся на: дыхательные органы – легкие бронхи трахея. Все органы речи делятся на: активные и пассивные.
40551. Звук и фонема. Учение о фонеме Ленинградской фонологической школы 25 KB
  Звук и фонема. Звук и фонема. Термин фонема ввели представители Казанской ФШ Бодуэн де Куртэне 8090 гг. Фонема – звукэталон – тип который служит для различия форм слов.