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第二章 第二节 随机变量的概率分布 一、随机变量的分布函数 二、离散型随机变量的分布律 三、连续型随机变量及概率密度 函数 一、随机变量的分布函数 有了随机变量的概念,就可以将上一章中的随机事件转化为随机变量来研究 。 如:掷一枚骰子,设 表示点数不超过3, 表示点数不超过6, 表示点数少于3.5。 显然由上一章知识有: 现在有了随机变量的概念,就可以用随机变量 来表示随机试验。 设 表示掷一枚骰子的点数,则: 下面定义一个很重要的概念――分布函数,这个 函数在以后对随机变量的研究中起着很重要的作用。 由上面的例子可以看出概率值 的大小 与 的取值有关,因此 是 的函数,就将 其定义为随机变量 的分布函数。 称为随机变量的分布函数。 定义1:设为 一随机变量, 为任意实数, 当 时, 的取值为1,2,3,4,5,6,不可能小于 , 则 ; 比如刚才例子,掷一枚骰子,用 表示点数, 求 的分布函数 。 当 时,若 取1则满足 ,有 的概率, 因此 ; 当 时,若 取1或2则满足 ,有 的 概率,因此 ; 当 时, ; 当 时, ; 当 时, ; 当 时, 。 综上: 比如求 分布函数 表示 落在 内的概率, 定理2.2.1 任一随机变量 的分布函数 具有如下性质: (1) 为非减函数,若 ,则 ; (2) , ; (3) 为右连续函数,对任意实数 有 其实,若某一函数 满足上述三个性质,一定可以做为某随机变量 的分布函数。可以用此方法判断一个函数是否分布函数。 例1:设随机变量 的分布函数为 试求(1)系数 ; (2) 落在 内的概率。 解:(1)由性质可得 解得 , 因此 ; (2) 。 二、离散型随机变量及其分布 若随机变量 的全部可能取值为有限多或可列无穷多,称 为离散型随机变量。 的所有可能取值,事件 的概率 定义2.2.2 设 为离散型随机变量 称为离散型随机变量 的概率分布或分布律。 分布律经常可写成表格形式: 分布律性质: (1) (2) 或 反之,若某一数列 具有以上两条性质,均可做为某离散型随机变量的分布律。 例2: ( 的自然数) 是随机变量 的分布律吗? 解: 由 可得 又 满足以上两个条件,因此是 的分布律。 注:分布函数与分布律的不同之处 分布律描述的是随机变量取某个值的概率; 因此通过分布律可求分布函数 分布函数描述的是随机变量不超过某个值的概率; 例3:进行两次射击,每次命中目标的概率为0.4,用 表示击中目标的次数,求 的分布律及分布函数。 解: 的可能取值为0,1,2 0 1 2 0.36 0.48 0.16 则 的分布函数为 1 2 0.36 0.84 1 例4:甲乙两人从装有 个白球与 个黑球的口袋 中轮流摸取一球,甲先取,乙后取,每次取后不 放回,直到两人中有1人取到白球时停止。试求取 球次数的分布律和甲先取到白球的概率。 解: 令 表示取球次数, 则 的可能取值为1,2, , , 因此分布律为 下面求甲先取到白球的概率,由于甲先取到白球,因此 取奇数,则 P{甲先取到白球} 三、连续型随机变量及概率密度函数 定义2.2.3 设 是随机变量 的分布函数,若存在一个非负函数 ,使对一切 ,有 则称 为连续型随机变量, 为 的概率密度函数或分布密度函数。 概率密度函数 的图像称为分布曲线,则连续型随机变量 的分布函数 的几何意义是:以分布曲线 为顶,以 轴为底,从 到 的一块区域的面积(见下图)。 定理2.2.2 概率密度函数 具有如下性质 (1) ; (2) ; (3) ; (4)若 在 处连续,则 ; 对于定义在 上的可积函数 ,若满足性质(1)和(2),则 必可作为某连续型随机变量的概率密度函数。 证毕 证明:只证(4) 例5:设随机变量 的概率密度函数为 试确定常数 ,并求 的分布函数及 。 解: 由于 即 则 得 所以 下面求 的分布函数 当 时, 当 时, 所以 概率 既可通过分布函数 来求,也可通过概率密度函数 来求 或 例6:设 为
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