第一章 隨機(jī)事件及其概率
1.1隨機(jī)事件
一、隨機(jī)現(xiàn)象?
并不總是出現(xiàn)相同的結(jié)果讥此,結(jié)果并不只一個悔醋,哪個結(jié)果出現(xiàn)是未知的摩窃,但具有統(tǒng)計規(guī)律性。
二芬骄、隨機(jī)試驗和隨機(jī)事件
隨機(jī)試驗:實驗在在相同條件下可以重復(fù)的進(jìn)行猾愿,且實驗結(jié)果不可預(yù)言鹦聪,用字母E表示
三、樣本空間
試驗E能出現(xiàn)的結(jié)果構(gòu)成的集合稱為該事件的樣本空間蒂秘,用字母Ω表示
四椎麦、事件之間的關(guān)系和運算
1.包含關(guān)系,材彪,事件A發(fā)生必然導(dǎo)致事件B發(fā)生
2.相等關(guān)系观挎,,事件A段化、B等價
3.事件的并嘁捷,,事件A和B的和显熏,在一次試驗中事件A雄嚣、B至少有一個發(fā)生
4.事件的交,喘蟆,事件A和B的交缓升,在一次試驗中試驗A、B同時發(fā)生
5.不相容蕴轨,,在一次試驗中A港谊、B不能同時發(fā)生
6.若,則A、B構(gòu)成對立事件橙弱,A歧寺、B二者在一次試驗至少發(fā)生一個,且不同時發(fā)生棘脐。對立事件一定不相容斜筐,但不相容事件不一定對立。
7.事件的差蛀缝,,在一次試驗中A發(fā)生B不發(fā)生
交換律嗤练,結(jié)合律潭苞,分配律真朗,德摩根律
1.2隨機(jī)事件的概率
一、事件的頻率
二蝗碎、頻率的公理化定義
頻率的特性:非負(fù)蹦骑,可加(多個不相容事件和的頻率等于各個事件頻率的和),規(guī)范性(必然事件發(fā)生概率為1)
奇加偶減
概率的減法公式
1.3古典概率模型(等可能事件)
1.樣本空間含有有限多個基本事件笑窜,且每個事件出現(xiàn)的可能性相同
2.
排列與組合公式
全排列:n!
重復(fù)排列(元素可重復(fù)取出登疗,有放回):(r為抽出的元素個數(shù))
選排列(有序的):
組合:
3.加法原理:做一件事情排截,完成它有n類途徑,第一類途徑有M1種方法辐益,第二類途徑有M2種方法断傲,……,第n類途徑有Mn種方法智政,那么完成這件事情共有M1+M2+……+Mn種方法认罩。
4.常見模型
不放回抽樣:(N個產(chǎn)品,M個次品女仰,不放回的取n個產(chǎn)品猜年,其中k個次品的概率)
放回抽樣:
盒子模型:(n個不同的球放入N個盒子中,求恰有n個有一個球的盒子的概率)
配對模型:
記Ai為第i個人拿對了自己的帽子
則
1.4條件概率
,在B發(fā)生的條件下疾忍,A發(fā)生的概率
條件概率也是概率,具有概率的一切性質(zhì)
全概率公式(已知原因求結(jié)果床三,多個原因?qū)е乱粋€結(jié)果)
貝葉斯公式(已知結(jié)果求原因)
明顯發(fā)現(xiàn)一罩,分母部分為全概率公式
本概率為后驗概率,即已知結(jié)果后反推的概率撇簿,和全概率公式中的先驗概率有所不同
1.5隨機(jī)事件的獨立性
聂渊,滿足本公式的兩個事件之間為獨立事件
A與B相互獨立的充要條件是和B,A和
四瘫,
和
之間都相互獨立
本公式也可推廣到n個事件之間相互獨立
三個事件兩兩獨立無法推出三個事件之間相互獨立
第二章 隨機(jī)變量及其概率分布
2.1隨機(jī)變量
將每一次試驗的結(jié)果與唯一的實數(shù)對應(yīng)起來
2.2隨機(jī)變量的分布函數(shù)
1.
分布函數(shù)的性質(zhì)
(1)
(2)單調(diào)不降,
(3)右連續(xù)饼暑,
2.3離散型隨機(jī)變量
一彰居、離散型隨機(jī)變量的分布律
列出離散型隨機(jī)變量X可能取的一切數(shù)值為x1,x2抬闯,x3...
稱
為X的分布律,也可用表格表示
性質(zhì):
一個常用的等式
分布律與分布函數(shù)的關(guān)系
二、常見的離散型隨機(jī)變量
(1)(0-1)分布
隨機(jī)變量X只有兩個取值肉微,不妨設(shè)為0和1
(2)伯努利試驗,二項分布
定義:
每次試驗的條件相同且試驗可能出現(xiàn)的結(jié)果為有限個
各次試驗的結(jié)果互不影響(相互獨立)劳曹,則稱這n次試驗是n次獨立試驗概型
當(dāng)(n+1)p是整數(shù)時,則n重伯努利實驗中有兩個最可能成功的次數(shù)(n+1)p-1和(n+1)p
當(dāng)不是整數(shù)時蜕劝,只有一個最可能成功的次數(shù)[(n+1)p]
泊松定理:
設(shè)λ>0是一常數(shù),n是任意正整數(shù)婴削,設(shè),則對于任意的非負(fù)整數(shù)k嗤朴,有:
(3)泊松分布
二項分布的極限分布,或許多隨機(jī)現(xiàn)象
(4)超幾何分布
一般地,若盒子中有N個球坎背,其中有M個黑球得滤,從中不放回抽取n個球,令X表示取出的n個球中含有的黑球個數(shù)沮协,則X符合超幾何分布
(5)幾何分布?
在n次伯努利試驗中,試驗k次才得到第一次成功的機(jī)率行瑞。
(6)負(fù)二項分布?
在n次伯努利試驗中,第r次成功出現(xiàn)在第k次試驗的機(jī)率洋魂。
2.4連續(xù)型隨機(jī)變量
一庄岖、連續(xù)型隨機(jī)變量的概念
其中f(x)為概率密度函數(shù)隅忿,F(xiàn)(x)為分布函數(shù)
概率密度函數(shù)f(x)有這樣的性質(zhì):
(1)
(2)
? ?(3)當(dāng)f(x)在x的鄰域連續(xù)時优烧,
其中第二條性質(zhì)常被用來計算概率密度函數(shù)中的未知數(shù)
一個特殊的積分
將被積函數(shù)中形如上式的部分分離出來,即可簡化運算
二、幾個重要的連續(xù)型隨機(jī)變量
(1)均勻分布
(2)指數(shù)分布
在指數(shù)分布進(jìn)行條件概率計算時,指數(shù)分布符合無記憶性
即無論條件為何事颓鲜,概率都等于變化量對應(yīng)的概率
(3)正態(tài)分布
其中是期望值(偏移量,方便理解),
是標(biāo)準(zhǔn)差(幅值昭娩,方便理解)栏渺,該函數(shù)無法積分,故正態(tài)分布無法正常計算霎终,應(yīng)將各形式的正態(tài)分布轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布(分布函數(shù)
,密度函數(shù)
)
2.5 隨機(jī)變量函數(shù)的分布
已知X的概率分布和Y=g(x)涎劈,求Y的概率分布
(1)X是離散型隨機(jī)變量
列出Y的所有可能值,,再找出對應(yīng)
的X值的集合D脸哀,得
P(Y=)=P(X
D)
(2)X是連續(xù)型隨機(jī)變量
方法1
解出x的范圍a(y)和b(y)
方法2
在法一中解出x的范圍之后
再進(jìn)行復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)可求得
一個我還不知道叫啥的定理
已知隨機(jī)變量X的密度函數(shù),
,并且g(x)是一個單調(diào)函數(shù)(導(dǎo)數(shù)恒大于零或恒小于零)智末,則Y的概率密度函數(shù)為:
其中為Y的可能取值范圍? ?
,函數(shù)遞減時反之
h是g的反函數(shù)
一般地闽寡,若
,則有
第三章 隨機(jī)向量及其概率分布
3.1二維隨機(jī)變量的聯(lián)合分布函數(shù)
二維隨機(jī)變量相當(dāng)于AB兩個事件同時發(fā)生
即
聯(lián)合分布函數(shù)F(X,Y)的性質(zhì):
1.單調(diào)不降
2.對于任意的變量,滿足:
二維離散型隨機(jī)向量
1.二維0—1分布
2.三項分布
二維連續(xù)型隨機(jī)向量
二重微積分,利用參數(shù)方程等進(jìn)行簡化
1.二維均勻分布
2.二維正態(tài)分布
3.2邊緣分布
邊緣分布即X羡微、Y兩事件中有一件為必然發(fā)生的事件,在分布表上體現(xiàn)為某一行或某一列的求和
二維正態(tài)分布的邊緣分布是一維正態(tài)分布
3.3條件分布
即盯蝴,上式為常規(guī)的二維向量捧挺,下部為條件的邊緣分布
條件分布的密度函數(shù)與之類似
3.4隨機(jī)事件的獨立性
與一維隨機(jī)事件類似,通過比較下列等式即可證明隨機(jī)事件的獨立性
需要注意的是鸣峭,下式也滿足證明隨機(jī)事件的獨立性
3.5 n維隨機(jī)向量
如
3.6 隨機(jī)向量函數(shù)的分布
二維連續(xù)型隨機(jī)向量函數(shù)的分布密度
先求的分布函數(shù),再兩邊對z求導(dǎo)得到概率密度函數(shù)
當(dāng)X和Y相互獨立莫换,且已知和
拉岁,則
或
,即卷積
最小值撕瞧、最大值的分布
第四章 隨機(jī)變量的數(shù)字特征
4.1數(shù)學(xué)期望
離散型:
若級數(shù)收斂巩掺,則隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望存在胖替,為
連續(xù)型:
若積分存在独令,則稱隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望存在為
常見隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望
1.(0-1)分布
2.二項分布 b(n,p),設(shè)X的分布律為
3.泊松分布,設(shè)X的分布律為
4.超幾何分布
5.均勻分布
6.指數(shù)分布
7.正態(tài)分布
隨機(jī)變量函數(shù)的數(shù)學(xué)期望
一維函數(shù)
離散型:
驗證數(shù)學(xué)期望存在:絕對收斂
連續(xù)型:
驗證數(shù)學(xué)期望存在:絕對收斂
二維函數(shù)
離散型:
驗證數(shù)學(xué)期望存在:絕對收斂
連續(xù)型:
驗證數(shù)學(xué)期望存在:絕對收斂
兩個特殊的數(shù)學(xué)期望
1.EX(X-1)
X符合二項分布時:
X符合泊松分布時:
2.
X符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(0,1)
數(shù)學(xué)期望的性質(zhì)
1.c是常數(shù)瓢颅,
2.
3.
4.
4.2隨機(jī)變量的方差
方差的定義:
標(biāo)準(zhǔn)差或均方差:
以上兩個值都是反應(yīng)隨機(jī)變量的波動性,越小越集中信柿,越大越分散
離散型隨機(jī)變量方差
連續(xù)型隨機(jī)變量方差
計算方差公式
常見隨機(jī)變量的方差
1.(0-1)分布? ?
2. 二項分布 X~b(n,p)??
3.泊松分布 X~P()? ?
4.超幾何分布 X~H(N,M,n)??
5.均勻分布?
6.指數(shù)分布
7.正態(tài)分布?
方差的性質(zhì)
1.c是常數(shù),Dc=0
2.
3.客年,X和Y是兩個獨立的隨機(jī)變量
4.DX=0的充要條件是量瓜,X取某個常數(shù)c的概率為1
切比雪夫不等式
設(shè)隨機(jī)變量X具有數(shù)學(xué)期望,方差
,則對任意的
,有
或等價式
4.3協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)
一欺劳、協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)
%協(xié)方差或許也可以稱作二維隨機(jī)變量方差枫弟?
,說明X韩容,Y相互獨立
若存在群凶,則記
為X與Y的協(xié)方差,稱
為X與Y的相關(guān)系數(shù)毅弧。
協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)都是刻畫兩個隨機(jī)變量相互依賴關(guān)系的數(shù)字特征量够坐。
對方差性質(zhì)的推廣
計算協(xié)方差時,常采用
聯(lián)合分布的期望減去邊緣分布期望的乘積
二光酣、協(xié)方差與相關(guān)系數(shù)的性質(zhì)
1.
2.
3.,c是常數(shù)
4.
5.是兩個隨機(jī)變量倘零,已知他們的相關(guān)系數(shù)
,
是常數(shù),
,則
的相關(guān)系數(shù)
三袖瞻、獨立與不相關(guān)的聯(lián)系
若相關(guān)系數(shù),則稱X,Y是不相關(guān)的
獨立一定不相關(guān),但不相關(guān)不一定獨立
第五章 極限定理
5.1大數(shù)定理
依概率收斂
設(shè)是一隨機(jī)變量序列,若存在隨機(jī)變量X牺堰,使得對任意正數(shù)
,恒有
或
,則稱隨機(jī)變量序列依概率收斂于X,記為
若一個隨機(jī)變量序列滿足依概率收斂撼玄,則稱該隨機(jī)變量符合大數(shù)定律(符合大數(shù)定律的證明)
切比雪夫大數(shù)定律
一列相互獨立的隨機(jī)變量,數(shù)學(xué)期望和方差都存在且方差一致有界废膘,則該序列滿足大數(shù)定律
辛欽大數(shù)定律
一串相互獨立同分布的隨機(jī)變量序列,他們有有限的數(shù)學(xué)期望孔飒,則該序列符合大數(shù)定律
辛欽大數(shù)定律證明了算術(shù)平均值在n特別大的情況下是與期望的差距很小的灌闺,可作為期望的近似值,證明了一致估計性
伯努利大數(shù)定律
是n次獨立重復(fù)事件A發(fā)生的次數(shù)坏瞄,p是A發(fā)生的概率
伯努利大數(shù)定律證明了在n很大時桂对,A發(fā)生的頻率與概率相差無幾,證明了頻率的穩(wěn)定性