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第三章 随机变量(向量)的数字特征
概率论
在前面的课程中,我们讨论了随机变量及其分布,如果知道了随机变量X的概率分布,那么,X的全部概率特征也就知道了.
然而,在实际问题中,概率分布一般是较难确定的. 而在一些实际应用中,人们并不需要知道随机变量的一切概率性质,只要知道它的某些数字特征就够了.
因此,在对随机变量的研究中,确定某些数字特征是重要的 .
随机变量的数学期望
Mathematical Expectation
以频率为权重的加权平均 ,反映了这7位同学高数成
绩的平均状态。
一、引例
某7学生的高数成绩为90,85,85,80,80,75,60,则他们的平均成绩为
二、数学期望的定义
离散型随机变量
Def 设离散型随机变量的概率分布为
连续型随机变量
Def 设连续型随机变量的概率密度为
,若广义积分
随机变量数学期望所反应的意义
例3.1已知随机变量X的分布律为
解:由数学期望的定义
例3.2已知随机变量X的分布律为
若将这两个电子装置串联连接组成整机,求整机寿命(以小时计) N 的数学期望.
二维随机变量的数学期望及边缘分布的数学期望
(X,Y)为二维离散型随机变量
(X,Y)为二维连续型随机变量
例3.8 设(X,Y)的联合密度为
随机变量函数的数学期望
1. 一元随机变量函数的情况
设
离散型
连续型
该公式的重要性在于: 当我们求E[g(X)]时, 不必知道g(X)
的分布,而只需知道X的分布就可以了. 这给求随机变量函
数的期望带来很大方便.
解:因为
2. 二元随机变量函数的情况
离散型
连续型
例3.10
例3.11 设X与Y相互独立,它们的概率密度函数分别为
随机变量数学期望的性质
1. 设C是常数,则E(C)=C;
2. 若k是常数,则E(kX)=kE(X);
3. E(X+Y) = E(X)+E(Y);
4. 设X,Y 相互独立,则 E(XY)=E(X)E(Y);
请注意:
由E(XY)=E(X)E(Y)
不一定能推出X,Y
独立
证明:这里只证明3,4
利用这些性质可以再求数学期望时计算得以化简。
例3.12 设随机变量X~B(n, p),求二项分布的数学期望。
例3.12 独立地操作两台仪器,他们发生故障的概率分别为p1和p2.证明:产生故障的仪器数目的数学期望为 p1 + p2
则X的所有可能取值为0,1,2
所以,产生故障的仪器数目的数学期望
数学期望在医学上的一个应用
An application of Expected Value in Medicine
考虑用验血的方法在人群中普查某种疾病。集体做法是每10个人一组,把这10个人的血液样本混合起来进行化验。如果结果为阴性,则10个人只需化验1次;若结果为阳性,则需对10个人在逐个化验,总计化验11次。假定人群中这种病的患病率是10%,且每人患病与否是相互独立的。试问:这种分组化验的方法与通常的逐一化验方法相比,是否能减少化验次数?
分析:
设随机抽取的10人组所需的化验次数为X
需要计算X的数学期望,然后与10比较
化验次数X的可能取值为1,11
先求出化验次数X的分布律
{X=1}=“10人都是阴性”
{X=11}=“至少1人阳性”
结论:分组化验法的次数少于逐一化验法的次数。
注意求 X期望值的步骤!
问题的进一步讨论
1.概率p对是否分组的影响?
2.概率p对每组人数n的影响?
随机变量的方差
Variance
随机变量方差的定义
方差的计算公式
均方差(标准差)
离散型
设离散型随机变量X的概率分布为
连续型
设连续型随机变量X的分布密度为 f (x)
方差的统计意义
随机变量的方差反映了随机变量所有可能取值的聚散程度。
例3.14已知随机变量X的分布律为
例3.19
解: X的密度函数为
所以有
方差的性质
1. 设C是常数,则D(C)=0;
证明:
解:
随机变量的矩与中位数
随机变量的矩
原点矩与原点矩
Def 设X是随机变量,若
存在,
则称其为X的k阶原点矩,
若
存在,
则称其为X的k阶
中心矩,
中位数
Def
显然,随机变量1阶原点矩是数学期望;2阶中心矩是方差
随机变量间的的协方差与相关系数
Covariance and Correlation coefficient
随机变量间协方差与相关系数
Def
协方差的定义
相关系数的定义
Def
随机变量间协方差的计算
离散型
连续型
解:边际分布如表
解:边际概率密度为
随机变量间协方差与相关系数的性质
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