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

13 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

34819. Современный философский иррационализм: «философия жизни», экзистенциализм, психоанализ 36 KB
  Вопервых развитие всех трех иррационалистических типов можно подчинить следующей схеме: на первом этапе развития того или иного типа всегда наблюдается противопоставление иррационального рациональному что является реакцией на классическую философскую традицию которая подавляла и вытесняла иррациональное на периферию философии. Гегеля первый этап в философии С. Киркегора иррационализм принимает крайнюю форму антирационализм второй этап в философии французских экзистенциалистов ХХ века заметна тенденция к соединению рационального и...
34820. Философское учение о бытии и субстанции. Диалектика бытия и небытия. Бытие и ничто 58 KB
  Диалектика бытия и небытия. бытие от небытия и следовательно может считать все бытие как истинным с начала и до конца так и ложным в каждом его пункте. Поэтому чтобы окончательно добить софиста нужно бытие точнейшим образом отличать от небытия однако так чтобы небытие и ложь все же в известном смысле существовали рядом с бытием и истиной. А это приводит нас уже к диалектике бытия и небытия.
34821. Понятие материи. Специфика философского понимания материи. Онтологический и гносеологический аспекты понятия материи. Объективная реальность 43.5 KB
  Специфика философского понимания материи. Онтологический и гносеологический аспекты понятия материи. Понятие материи является одним из фундаментальных понятий материализма и в частности такого направления в философии как диалектический материализм.
34822. Материя как субстанция. Атрибуты материи ( пространство, время, движение) 25.5 KB
  Атрибуты материи пространство время движение Материя лат. Проство и времяфилософские категории всеобщие формы существования координации объектов. Но по теории относительности к 3 пространственным параметрам длина ширина высота добавляется время. Время как философская категория служит для обозначения всеобщего свойства материальных процессов протекать обладать длительностью и развиваться по этапам и стадиям.
34823. Основные формы существования материи: физическая, химическая, биологическая и социальная. Человек как высшая форма существования материи. Проблема сущности человека 32.5 KB
  Проблема сущности человека Соответственно иерархии форм материи существуют качественно разнообразные формы ее движения. Идея о формах движения материи и их взаимосвязи выдвинута Ф. В основу классификации форм движения он положил следующие принципы: 1 формы движения соотносимы с определенным материальным уровнем организации материи то есть каждому уровню такой организации должна соответствовать своя форма движения; 2 между формами движения существует генетическая связь то есть форма движения возникает на базе низших форм; 3 высшие формы...
34824. Мировоззренческое и методологическое значение понятия материя для медика 44.5 KB
  В соответствии с этим можно выделить различные формы материализма и идеализма. Так с точки зрения исторического развития материализма можно отметить следующие его основные формы. Материализм Древнего Востока и Древней Греции это первоначальная форма материализма в рамках которой предметы и окружающий мир рассматриваются сами по себе независимо от сознания как состоящие из материальных образований и элементов Фалес. Существуют и такие разновидности материализма как например последовательный материализм в рамках которого принцип...
34825. Постановка проблемы сознания в философии. Отражение как атрибут материи. Развитие форм отражения как предпосылка возникновения сознания. Сознание как высшая форма отражения 40.5 KB
  Развитие форм отражения как предпосылка возникновения сознания. Сознание как высшая форма отражения. Логично предположить что вся материя обладает свойством по существу родственным с ощущением свойством отражения. присущее всей материи свойство отражения.
34826. Сущность сознания. Проблема идеального. Критика альтернативных концепций сознания 38 KB
  Критика альтернативных концепций сознания. Таким образом речь как и орудия труда это важнейший фактор формирования сознания человека и его мира. Еще раз отметим что идеальное главнейший признак сознания обусловленный социальной природой человека.
34827. Сознание как субъективный образ объективного мира. Творческая природа сознания. Сознание и самосознание. Рефлексия и интенсивность. Проблема формирования человеческой психики у слепоглухих детей 40 KB
  Творческая природа сознания. Способность к целеполаганию специфически человеческая способность составляющая кардинальную характеристику сознания. В структуре сознания наиболее отчетливо выделяются прежде всего такие моменты как осознание вещей а также переживание т. Развитие сознания предполагает прежде всего обогащение его новыми знаниями об окружающем мире и самом человеке.