711

Закон больших чисел и предельные теоремы теории вероятностей

Лекция

Математика и математический анализ

Среднее арифметическое математических ожиданий. Теорема Чебышева. Ее сущность и значение для практики. Случайные величины имеют различные математические ожидания.

Украинкский

2013-01-06

49.5 KB

52 чел.

Лекция. Закон больших чисел и предельные теоремы теории вероятностей.

Как уже известно, нельзя заранее уверенно предвидеть, какое из возможных значений примет случайная величина в итоге испытания. Это зависит от многих случайных причин, учесть которые невозможно. Казалось бы, если о каждой случайной величине мы располагаем в этом смысле весьма скромными сведениями, то вряд ли можно установить закономерности поведения и суммы достаточно большого числа случайных величин. На самом деле это не так. Оказывается, что при некоторых сравнительно широких условиях суммарное поведение достаточно большого числа случайных величин почти утрачивает случайный характер и становится закономерным.

Для практики очень важно знание условий, при выполнении которых совокупное действие очень многих случайных причин приводит к результату, почти не зависящему от случая, так как позволяет предвидеть ход явлений. Эти условия и указываются в теоремах, носящих общее название закона больших чисел. К ним относятся теоремы Чебышева и Бернулли. Теорема Чебышева является наиболее общим законом больших чисел, теорема Бернулли – простейшим.

1. Теорема Чебышева. Ее сущность и значение для практики.

 Теорема Чебышева. Еслипопарно независимые случайные величины, причем дисперсии их равномерно ограничены (не превышают постоянного числа ), то, как бы мало ни было положительное число , вероятность неравенства

  

будет как угодно близка к единице, если число случайных величин достаточно велико.

 Другими словами, в условиях теоремы

 .

Формулируя теорему Чебышева, мы предполагали, что случайные величины имеют различные математические ожидания. Однако на практике часто бывает, что случайные величины имеют одно и то же математическое ожидание. И если допустить, что дисперсии этих величин ограничены, то к ним будет применима теорема Чебышева.

Обозначим математическое ожидание каждой из случайных величин через ; в рассматриваемом случае, среднее арифметическое математических ожиданий, как легко видеть, также равно . Сформулируем теорему Чебышева для рассматриваемого частного случая.

 Если – попарно независимые случайные величины, имеющие одно и то же математическое ожидание , и если дисперсии этих величин равномерно ограничены, то, как бы мало ни было число , вероятность неравенства

    

будет как угодно близка к единице, если число случайных величин достаточно велико.

 Сущность теоремы Чебышева заключается в том, что хотя отдельные независимые случайные величины могут принимать значения, далекие от своих математических ожиданий, среднее арифметическое достаточно большого числа случайных величин с большой вероятностью принимает значения, близкие к определенному постоянному числу  (или к числу  в частном случае). Иными словами, отдельные случайные величины могут иметь значительный разброс, а их среднее арифметическое рассеянно мало.

Таким образом, нельзя уверенно предсказать, какое возможное значение примет каждая из случайных величин, но можно предвидеть, какое значение примет их среднее арифметическое.

Итак, среднее арифметическое достаточно большого числа независимых случайных величин (дисперсии которых равномерно ограничены) утрачивает характер случайной величины. Объясняется это тем, что отклонения каждой из величин от своих математических ожиданий могут быть как положительными, так и отрицательными, а в среднем арифметическом они взаимно погашаются.

Теорема Чебышева справедлива не только для дискретных, но и для непрерывных случайных величин.

На теореме Чебышева основан широко применяемый в статистике выборочный метод, суть которого состоит в том, что по сравнительно небольшой случайной выборке судят о всей совокупности (генеральной совокупности) исследуемых объектов. Например, о качестве кипы хлопка заключают по небольшому пучку, состоящему из волокон, наудачу отобранных из разных мест кипы. Хотя число волокон в пучке значительно меньше, чем в кипе, сам пучок  содержит достаточно большое количество волокон, исчисляемое сотнями.

В качестве другого примера можно указать на определение качества зерна по небольшой  его пробе. И в этом случае число наудачу отобранных зерен мало сравнительно со всей массой зерна, но само по себе оно достаточно велико.

 

2. Теорема Бернулли.

Пусть производится  независимых испытаний, в каждом из которых вероятность появления события равна . Можно ли предвидеть, какова примерно будет относительная частота появлений события? Положительный ответ на этот вопрос дает теорема, доказанная Якобом Бернулли (опубликована в 1713 г.), которая получила название «закона больших чисел» и положила начало теории вероятностей как науке.

 Теорема Бернулли. Если в каждом из  независимых испытаний вероятность  появления события  постоянна, то как угодно близка к единице вероятность того, что отклонение относительной частоты от вероятности  по абсолютной величине будет сколь угодно малым, если число испытаний достаточно велико.

 Другими словами, если  – сколь угодно малое положительное число, то при соблюдении условий теоремы имеет место равенство

    .

 Замечание. Было бы неправильным на основании теоремы Бернулли сделать вывод, что с ростом числа испытаний относительная частота неуклонно стремится к вероятности ; другими словами, из теоремы Бернулли не вытекает равенство . В теореме речь идет лишь о вероятности того, что при достаточно большом числе испытаний относительная частота будет как угодно мало отличаться от постоянной вероятности появления события в каждом испытании.

Вывод

Таким образом, теорема Бернулли объясняет, почему относительная частота при достаточно большом числе испытаний обладает свойством устойчивости и оправдывает статистическое определение вероятности.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41286. Суспільно-політичний розвиток західноукраїнських земель 16.42 KB
  Вона маніфестувала нескореність духу українського народу що мало неабияке значення у справі пробудження національної самосвідомості мас. Яхимовичем взяла на себе роль представника інтересів українського населення Галичини перед центральним урядом і виконувала її протягом 18481851 рр. Руські ради стали організаторами боротьби українського населення за відокремлення Східної Галичини заселеної переважно українцями від західної польської та надання їй національнотериторіальної автономії за запровадження навчання в усіх освітніх закладах...
41287. Три поділи Польщі 47 KB
  Відтоді почався австрійський період історії Львова та краю тривав він до 1 листопада 1918 року. Відкрите втручання Росії в польські справи підтримка православних дисидентів спонукали шляхту утворити 29 лютого 1768 року в містечку Бар на Поділлі нову конфедерацію що спиралася на підтримку Австрії та Франції. Протягом липнясерпня 1768 року було розгромлено більшість гайдамацьких загонів. Але попри значну міжнародну підтримку 1772 року головні сили шляхти було розбито російськими військами під командуванням Суворова.
41289. Україна в Першій світовій війні 92.5 KB
  Невдала для балканських слов'ян війна 1912-1913 рр. зміцнила становище Австро-Угорщини. Вона створила нову державу — Албанію, яка позбавила Сербію виходу до Адріятицького моря. Відносини між слов'янами і урядом цісаря Франца-Йосифа щораз більше напружувались.
41290. Українська держава гетьмана П.Скоропадського. Внутрішня та зовнішня політика гетьманського уряду 23.2 KB
  у Києві відбувся з'їзд хліборобіввласників на який з усієї України прибуло кілька тисяч делегатів. Скоропадського який з'явився у ложі під бурхливі оплески було запрошено до президії зібрання що означало обрання його гетьманом України. Наступні документи гетьмана України: Закони про тимчасовий державний устрій України Грамоту до всього Українського народу . він зробив перший візит до німецького штабую Звертаючись до населення гетьман наголошував що гетьманство це здійснення ідеї незалежності України у традиційній...
41291. Українські землі в першій половині 18 ст. до 1754 р. 99.5 KB
  Батько гетьмана СтепанАдам Мазепа нале жав до партії Виговського і брав участь в укладанні Гадяцького до говору. в 1707 році була дорадницею синагетьмана що свідчить про її високу культурність та освіту. Року 1663 Іван Мазепа покинув королівську службу і 1669 рок опинився в Чигирині у гетьмана Дорошенка де присвятив себеукраїнській справі. У Дорошенка Іван Мазепа дістав рангу генерального осаула Він виконує важливі дипломатичні доручення гетьмана: в 1673 р їздить до Криму до гетьмана Самойловича в справі об'єднання України в 1674...
41292. Акт злуки УНР та ЗУНР. День соборності України 76.5 KB
  На довгому і тернистому шляху українського народу до заповітного ідеалу соборності злука УНР і ЗУНР подія великого історичного значення.€ В той морозний січневий день збулася віковічна мрія українського народу жити однією сімєю на своїй землі в єдиній державі не розділеній кордонами і не розшматованій недружніми сусідами. Ідея єдності і соборності батьківських земель як і ідеї незалежності і державного суверенітету сильної централізованої влади є головним...
41293. Утворення Директорії 13.23 KB
  Від січових стрільців у члени Директорії було висунуто соціалдемократа С. Представником Селянської спілки в Директорії став проректор Київського державного українського університету професор геології Ф. До складу Директорії ввійшли також адвокат соціалістсамостійник П.
41294. Управління проектами, кокнспект лекцій 2.72 MB
  Успіх найчастіше приходить до тих компаній, менеджери яких знають і свідомо використовують специфічні методи та інструменти управління проектами. І навпаки, ігнорування цих методів та інструментів, управління проектами за принципом «як прийдеться»