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(一)基本概念
(1)随机变量:设随机试验的样本空间为
,
是定义在样本空间S上的实值单值函数,称
为随机变量(随机变量是因变量)。
说明:
(a)随机变量是样本空间(点)的函数(随机变量是因变量。因为函数的自变量——随机事件(即样本空间的子集)是随机的,故因变量——随机变量是随机的,但随机变量是确定的函数),同时又是概率P的定义域(随机变量是自变量);
(b)随机变量中“随机”二字说明,每次试验中变量X的取值具有随机性;(因为自变量e具有随机性,所以因变量X具有随机性)
(c)单值函数说明,不同的随机变量值对应的样本点中不会有公共样本点;(反证法)
(d)随机变量的不同取值对应的样本点集构成样本空间的一个划分;
(e)引入随机变量是为了将样本点数量化。
(2)若L是一个实数集合,将X在L上取值写成
,
表示事件
,即B是由S中使得
的所有样本点e所组成的事件。此时有
。
(3)分位点:若
,
,则称
为概率分布上的
分位点。
(4)随机变量的分布函数:设X是一个随机变量,x是任意实数,称函数
,
,为X的分布函数。
说明:
(a)引入分布函数的原因是,虽然对于离散型随机变量,可以用分布律全面地描述它,但为了从数学上能统一地对随机变量进行研究,因而对离散型随机变量和非离散型随机变量统一地定义了分布函数。当提到随机变量X的“概率分布”时,指的是它的分布函数;或者当X是离散型随机变量时,指的是它的分布律,当X是连续型随机变量时,指的是它的概率密度。
(b)若已知随机变量X的分布函数,就知道X落在任一区间
上的概率,从这个意义上来说,分布函数完整地描述了随机变量的统计规律性。
(c)分布函数是一个普通的函数,通过它,可以使用数学分析的方法来研究随机变量。
(d)若将随机变量看做数轴上随机点的坐标,则分布函数F(x)在x处的值表示X落在区间
上的概率。
(e)充要条件:
①定义域和值域:
,
,
,
。
②单调非减:
,
。
③右连续:
。(对于连续型随机变量,其分布函数不仅右连续,而且左连续)
性质①②③同时满足即为F(x)是分布函数的充要条件。
(f)分布函数的微分是概率,导数是概率密度。
(5)随机变量的分类:离散型随机变量、非离散型随机变量(包括连续型随机变量和其他类型)
(二)离散型随机变量
(1)定义
若随机变量所有可能取到的值是有限个或可数无限个,则称该随机变量为离散型随机变量。不是这种情况的称为非离散型随机变量。
(2)分布律
设离散型随机变量X的所有取值为
,X取各个可能值的概率,即事件
的概率,为
。称
为离散型随机变量的分布律。(称为分布律的原因,可以想象成概率1以一定的规律分布在各个可能的值上)
充要条件:
(a)
;
(b)
。(依据是每个样本点都有象,且唯一)
性质(a)和(b)同时满足即为
是分布律的充要条件。
(3)分布函数
(a)
。
(b)随机变量有几个取值,其分布函数便有几次跳跃。
(4)典型分布
(a)两点分布(0-1分布)(样例:一次射击是否命中)
设随机变量只取0和1两个值,其分布律是
,则称随机变量X服从以p为参数的两点分布,记为X~(0-1)。
(b)二项分布(样例:n次射击命中k次)
设试验E只有两个可能的结果:A和
,称E为伯努利试验。
设
,则
。将E独立重复地进行n次,则称这一串重复的独立试验为n重伯努利试验。“重复”指在每次试验中
保持不变;“独立”指各次试验的结果互不影响,即
,
为第i次试验的结果。
若X表示n重伯努利试验中事件A发生的次数,则
,称随机变量X服从参数为n,p的二项分布,记为X~
。
(c)几何分布(样例:命中1次所需的射击次数)
若X表示事件A首次发生时所需进行的伯努利试验的次数,则
,称随机变量X服从参数为p的几何分布,记为X~
。
几何分布的无记忆性:若X服从几何分布,则对任意的
,有
。具有无记忆性是几何分布有广泛应用的重要原因(如可靠性理论和排队论)。
(d)泊松分布
设随机变量X的所有可能取值为0,1,2,…,且取各个值的概率为
,
,其中
为常数,称X服从参数为
的泊松分布,记为X~
。
泊松定理:设
为常数,n为任意正整数,且
,则对任一固定的非负整数k,有
。(条件
表明当n很大,
必定很小(因为
为常数),该定理表明当n很大,p很小(
)时,有近似式
,其中
,即参数为n,p的二项分布的概率值可以用参数为
的泊松分布的概率值近似)
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