Материал: 5525

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

33

 

 

 

0,

если

х

х1;

 

р1,

если

х1

х

х2 ;

р1 р2 ,

если

х2

х

х3;

F(х) =

 

 

 

(4.6)

р1 ...

рn 1, если хn 1

х

хn ;

1,

если

х

хn .

 

Для непрерывной случайной величины плотность распределения вероятностей f(х) в точке х определяется равенством

F(х) = lim

P x X x x

,

(4.7)

x

x 0

 

 

 

 

 

где х < Х < х+ х – событие, состоящее в том, что случайная величина примет значение, принадлежащее интервалу (х, х+ х) длины х. Так как Р(х < Х < х+ х) = F(х+ х) – F(х), то в точках существования произвольной функции F(х) имеет место равенство

f(х) = F’(х). (4.8)

Поэтому плотность часто называют дифференциальной функцией. Плотность распределения вероятностей обладает следующими

свойствами:

1)f(х) 0,

(

)

 

2)

f(х) dx = 1.

(4.9)

(

)

 

Если плотность f(х) интегрируема, то можно найти функцию

распределения F(х) по формуле

 

 

F(х) =

x f t dt .

(4.10)

Вот почему функцию распределения часто называют интегральной функцией.

Если известна функция F(х), то вероятность попадания случайной

величины на полуотрезок [а, b) находится по формуле

 

РХ < b) = F(b) – F(а).

(4.11)

Если известна плотность f(х) и она интегрируема на промежутке <a, b> (интервале, отрезке, любом полуотрезке), то

Р(а<Х<b) = b f (x) dx .

(4.12)

a

 

Р е ш е н и е т и п о в ы х з а д а ч

Задача 1. В группе 25 студентов. По результатам экзаменационной сессии 18 студентов получают стипендию, причем 6 из них – повышенную. Построить ряд распределения и полигон величины стипендии для наудачу

34

выбранного студента этой группы, если размер обычной стипендии составляет 200 рублей, а повышенной – 250 рублей.

Решение. Случайная величина Х (величина стипендии) может принимать следующие значения: х1=0, х2=200, х3=250. Вероятности этих возможных значений соответственно равны: р1=7/25, р2=12/25, р3=6/25. Поэтому закон (ряд) распределения случайной величины Х имеет вид

Х 0

200 250

Р7/25 12/25 6/25

Полигон построить самостоятельно.

Задача 2. Составить функцию распределения и построить ее график для дискретной случайной величины Х, заданной законом распределения

 

 

 

Х

1

 

 

3

4

 

 

7

 

 

 

 

 

 

Р

0,2

 

0,1

0,4

 

 

0,3

 

 

 

Решение. Составим функцию распределения

F(х). Если х

1,

то

F(х)=Р(Х<х)=0. Если 1< х

3,

то F(х)=Р(Х<х)=

Р(Х=хi)=Р(Х=1)=0,2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

x

 

 

Если

3 < х

4, то F(х)=Р(Х<х)=

Р(Х=хi)=Р(Х=1)+Р(Х=3)=0,2+0,1=0,3.

 

 

 

 

 

 

 

xi x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

4< х

7, то

F(х)=Р(Х=1)+Р(Х=3)+Р(Х=4)=0,7. Если

х>7,

то

F(х)=Р(Х=1)+Р(Х=3)+Р(Х=4)+Р(Х=7)=1.Следовательно, F(х) имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

если

х

1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2,

если

1

х

3;

 

 

 

 

 

 

 

 

F(х)

=

 

0,3,

если

3

х

4;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7,

если

4

х

7;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,

если

х

7.

 

 

 

 

 

Составленную функцию распределения изобразим графически: y

х

Величины скачков в точках разрыва х=1, х=3, х=4, х=7 как раз равны вероятностям, что случайная величина Х примет эти значения.

Задача 3. Функция распределения непрерывной величины Х задана выражением

 

 

 

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

0

при

х

0,

 

 

 

 

1

х

2

при 0

х

2,

F(х) =

1

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

2

 

2х

2

при 2

х 3,

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

при

х

3.

 

Построить график этой функции. Найти вероятность попадания случайной величины на интервал (1; 2,5).

Решение. График функции изображен ниже на рисунке. y

0

х

При 0 < х 2 графиком функции является часть параболы. Ветви параболы направлены вверх, а вершина находится в начале координат. При 2 < х 3 график функции представляет собой часть параболы, вершина которой находится в точке (3; 1), а ветви направлены вниз. Для х 0 и х>3 графиком функции F(х) являются прямые y=0 и y=1.

По формуле (4.11) находим, что

Р(1<Х<2,5) = F(2,5) – F(1) =

 

25

5

2

 

1

11

1

 

3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

6

12

6

4

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4. Функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

при

х

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(х) =

А

при

0

 

х

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 х

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

при

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

служит плотностью вероятностей случайной величины Х. Найти коэффициент А. Вычислить вероятность того, что случайная величина Х

примет какое-нибудь значение из отрезка 0, 6 .

Решение. Используя равенство 2) из (4.9), получим

36

0

 

 

4 A

 

 

4

 

0 dx

 

 

 

dx

0 dx A tg x

A 1.

 

 

2

 

 

0

 

cos x

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Следовательно,

 

0

при

х

0,

 

f(х) =

1

 

при

0

х

4 ,

 

 

2

 

 

cos х

 

 

 

 

 

0

 

при

х

 

4.

 

 

 

 

 

 

Для вычисления Р(0 Х 6 ) применим формулу (4.12). Получим

Р (0 Х

 

) =

6

1

 

6

 

 

 

 

6

 

 

dx tg x

 

0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

0

 

 

 

 

 

 

33 .

Задача 5. Дана функция распределения F(х) случайной величины Х:

 

 

0

при

х

2,

F(х) =

1

 

2

arctg

х

 

при

2 х 2,

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

при

х

2.

Определить: 1) плотность вероятности f(х), 2) вероятность того, что случайная величина примет значение в промежутке [0; 2].

Решение. 1. Определяем плотность распределения. Так как плотность вероятности есть производная от функции распределения (см.(4.8)), то вне

интервала (-2; 2) плотность вероятности равна нулю. Найдем

плотность

вероятности для всех х,

принадлежащих интервалу

 

 

 

(-2;2):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f(х) = F (х) =

1

 

2

arc tg

x

'

2

 

 

1

 

 

1

 

4

 

.

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

x2 4

 

2

2

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, искомая плотность имеет вид:

 

0

при х

2,

f(х) =

4

 

при

2 х 2,

 

 

 

 

 

(х2 4)

 

 

0

 

при х

2.

2. Вероятность того, что случайная величина примет значение на отрезке [0; 2], равна приращению интегральной функции распределения на этом промежутке (см.(4.11)). Следовательно,

Р(0 Х 2) = F(2) – F(0) =

1

 

2

arc tg 1

1

 

2

arc tg 0

1

 

2

 

 

 

1

 

1

.

2

 

2

 

2

 

 

4

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда искомая вероятность Р(0 Х 2) = 0,5.

37

Задача 6. Найти функцию распределения непрерывной случайной величины, плотность распределения вероятностей которой задана функцией

0 при х 6 ,

f(х) = 3sin 3 х при

 

х

 

,

6

3

0 при х 3 .

Решение. Применяя формулу (4.10), найдем функцию распределения.

Если х

6 , то F(х) = 0, так как f(х)=0 в этом промежутке. Если

6 x 3 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

то F(х)=

x f (t) dt

60 dt

x 3 sin 3t dt

cos 3t

 

 

cos3x. Если х>

3

, то

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F(х)= x

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

f (t) dt

60 dt

3 3 sin3t

dt

0 dt

cos 3t

cos

cos

 

 

1.

 

2

 

 

 

 

6

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

Таким образом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

при х

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

F(х) =

cos3х

при

6 х

3 ,

 

 

 

 

1при х 3 .

За д а ч и

1.Выпущено 1 000 билетов денежной лотереи. При этом разыгрываются один выигрыш в 1 000 рублей, пять выигрышей по 500 рублей, двадцать выигрышей по 50 рублей. Составить ряд распределения стоимости выигрыша для владельца одного лотерейного билета. Построить полигон распределения. Найти функцию F(х) и построить ее график.

2.Монета брошена 4 раза. Составить ряд распределения случайной величины Х – частоты появления герба. Построить полигон распределения. Найти функцию F(х) и построить ее график.

3.Составить закон распределения случайного числа попадания кольца на колышек при одном броске, если вероятность попадания кольца на колышек у игрока равна 0,7. Указать функцию F(х) и построить ее график.

4.Рабочий обслуживает три станка. Вероятность того, что в течение часа первый станок потребует внимания рабочего, равна 0,15; для второго и третьего станков эти вероятности равны, соответственно, 0,2 и 0,25. Составить ряд распределения числа станков, которые потребуют внимания рабочего в течение часа.

Источник: https://studfile.net/preview/16711185/