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

51 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

47937. ІНТЕЛЕКТУАЛЬНІ ПРОДУКТИ, ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА ВЛАСНІСТЬ ТА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИЙ КАПІТАЛ 634.5 KB
  Поняття про інтелектуальні продукти власність та капітал ЛЕКЦІЯ Обєкти інтелектуальної власності Еволюція правової охорони інтелектуальної власності Бурхливий розвиток товарних відносин уже в середні віки призвів до загострення конкуренції між виробниками продукції за ринки збуту. Основні принципи цього закону зберегли свою актуальність до наших днів і стали основою для багатьох національних законодавчих актів з питань інтелектуальної власності. Про серйозність відношення до охорони інтелектуальної власності у США свідчить...
47938. Сутність філософії та її роль у суспільстві 829 KB
  Основні поняття: філософія філософствування мудрість дискурс праксис світогляд світовідчуття світорозуміння світосприйняття типи світогляду наука релігія міф ідеологія метафізика онтологія гносеологія антропологія аксіологія логіка рефлексія соціальна філософія етика методи філософії предмет філософії функції філософії категорії філософії. Методи та функції філософії. Історично міфологія передує релігії та філософії.
47939. Філософія. Конспект лекцій 909 KB
  Опорний конспект лекцій â€œФІЛОСОФІЯ†для підготовки бакалаврів з усіх напрямів та спеціальностей денної форми навчання статус дисципліни – нормативна Ірпінь 2011 Тема 1: Сутність філософії та її роль у суспільстві Мета: ознайомити студентів з основами філософських знань що передбачає розуміння смислу поняття світогляду і знання його типології з’ясування зв’язку між світоглядом і філософією. Основні поняття: філософія філософствування мудрість дискурс праксис світогляд світовідчуття світорозуміння світосприйняття типи...
47940. ЭЛЕМЕНТЫ ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКИ. СБОРНИК ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 2.29 MB
  Сборник состоит из пояснительной записки, описания практических занятий, которые снабжены общими теоретическими сведениями, контрольными вопросами и заданиями в соответствии с программой и списка рекомендуемой литературы. Сборник практических занятий окажет помощь преподавателям в организации практических занятий, а также может пригодиться студентам при повторении изученного материала и подготовке к экзамену.
47941. Підприємництво та основи ринку 1.15 MB
  План Мета завдання створення і розвитку підприємства. Мета завдання створення і розвитку підприємства. Статус підприємця здобувається через державну реєстрацію підприємства. З цього визначення зрозуміло що ціль діяльності підприємства – задоволення суспільних потреб та отримання прибутку.
47942. Цивільне право України 988 KB
  План поняття ЦП як галузі права предмет і метод ЦП принципи ЦП функції системи ЦП П №1 Теорії критерію розподілу права на приватне та публічне Теорія №1 інтересу. №3 методу правового регулювання – використовується цивілістами ЦП є однією із галузь приватного права. Приватне право моє підґрунтя на природні права ЦПУ – це сукупність правових норм які регулюють особисті немайнові та майнові відносини цивільні засновані на юридичній рівності вільному волевиявленні і майновій самостійності їх учасників ч.
47943. Информатика в школе 382.5 KB
  Процедуры вывода Write и WriteLn. читается – райт и райтлайн; переводится пиши и пиши строку С помощью операторов Write и WriteLn изображают на экране ту или иную информацию состоящую из символов. Правила записи и выполнения оператора WriteLn те же что и у Write с одним исключением – после его выполнения следующий оператор Write или WriteLn печатает свою информацию с начала следующей строки а после выполнения оператора Write продолжает печатать в той...
47944. Правознавство. Теорія держави і права 1.42 MB
  Держава у різних народів формувалась не однаково. Окрім закономірних причин виникнення держав, що проявлялися у всіх народів були в окремих народів і специфічні причини, які Ф. Єнгельс у своїй праці „Походження сім’ї, приватної власності і держави” назвав форми виникнення держави : а) афінська; б) римська; в) германська.
47945. ПР-жанри та ПР-технології 269.39 KB
  Безумовно, працюючи над тим, щоб налагодити плідні і взаємовигідні відносини між організацією та різноманітними групами громадськості, піармени справді намагаються подати її соціальному оточенню у привабливому, зокрема й спрощеному, вигляді. У своїй практичній діяльності вони виходять із того, що сприйняття