|
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 |
|
Р(а Х < 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.