2.4_几种常见的连续型随机变量的分布
高等教育自学考试 概率论与数理统计期末自学 复习重要知识点
概率论与数理统计期末复习重要知识点第二章知识点:1.离散型随机变量:设X 是一个随机变量,如果它全部可能的取值只有有限个或可数无穷个,则称X 为一个离散随机变量。
2.常用离散型分布:(1)两点分布(0-1分布): 若一个随机变量X 只有两个可能取值,且其分布为12{},{}1(01)P X x p P X x p p ====-<<,则称X 服从12,x x 处参数为p 的两点分布。
两点分布的概率分布:12{},{}1(01)P X x p P X x pp ====-<<两点分布的期望:()E X p =;两点分布的方差:()(1)D X p p =-(2)二项分布:若一个随机变量X 的概率分布由式{}(1),0,1,...,.k kn k n P x k C p p k n -==-=给出,则称X 服从参数为n,p 的二项分布。
记为X~b(n,p)(或B(n,p)).两点分布的概率分布:{}(1),0,1,...,.k k n kn P x k C p p k n -==-= 二项分布的期望:()E X np =;二项分布的方差:()(1)D X np p =-(3)泊松分布:若一个随机变量X 的概率分布为{},0,0,1,2,...!kP X k ek k λλλ-==>=,则称X 服从参数为λ的泊松分布,记为X~P (λ)泊松分布的概率分布:{},0,0,1,2,...!kP X k ek k λλλ-==>=泊松分布的期望:()E X λ=;泊松分布的方差:()D X λ=4.连续型随机变量:如果对随机变量X 的分布函数F(x),存在非负可积函数()f x ,使得对于任意实数x ,有(){}()xF x P X x f t dt-∞=≤=⎰,则称X 为连续型随机变量,称()f x 为X 的概率密度函数,简称为概率密度函数。
5.常用的连续型分布: (1)均匀分布:若连续型随机变量X 的概率密度为⎪⎩⎪⎨⎧<<-=其它,0,1)(bx a a b x f ,则称X 在区间(a,b )上服从均匀分布,记为X~U(a,b)均匀分布的概率密度:⎪⎩⎪⎨⎧<<-=其它,0,1)(b x a a b x f 均匀分布的期望:()2a bE X +=;均匀分布的方差:2()()12b a D X -= (2)指数分布:若连续型随机变量X 的概率密度为00()0xe xf x λλλ-⎧>>=⎨⎩,则称X 服从参数为λ的指数分布,记为X~e (λ)指数分布的概率密度:00()0xe xf x λλλ-⎧>>=⎨⎩指数分布的期望:1()E X λ=;指数分布的方差:21()D X λ=(3)正态分布:若连续型随机变量X的概率密度为22()2()x f x x μσ--=-∞<<+∞则称X 服从参数为μ和2σ的正态分布,记为X~N(μ,2σ)正态分布的概率密度:22()2()x f x x μσ--=-∞<<+∞正态分布的期望:()E X μ=;正态分布的方差:2()D X σ=(4)标准正态分布:20,1μσ==,2222()()x t xx x e dtϕφ---∞=标准正态分布表的使用: (1)()1()x x x φφ<=--(2)~(0,1){}{}{}{}()()X N P a x b P a x b P a x b P a x b b a φφ<≤=≤≤=≤<=<<=-(3)2~(,),~(0,1),X X N Y N μμσσ-=故(){}{}()X x x F x P X x P μμμφσσσ---=≤=≤={}{}()()a b b a P a X b P Y μμμμφφσσσσ----<≤=≤≤=-定理1: 设X~N(μ,2σ),则~(0,1)X Y N μσ-=6.随机变量的分布函数: 设X 是一个随机变量,称(){}F x P X x =≤为X 的分布函数。
常见的连续型随机变量的分布
1.均匀分布 密度分布函数 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧<<-=其他,0,1)(b x a a b x f2.指数分布 密度分布函数 ⎭⎬⎫⎩⎨⎧>=-其他,00,)(x e x f x λλ 3.伽玛分布 密度分布函数 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≤>Γ=--0,00,)()(1x x e x x f x ααααλ4.正态分布 密度分布函数 222)(21)(σμπσ--=x e x f5.对数正态分布 密度分布函数 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧>=--e l s e x e x x f x ,00,21)(222)(l n σμπσ6.贝塔分布 密度分布函数 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧<<-ΓΓ+Γ=--e l s e x x x r r r r x f r r ,010,)1()()()()(112121217.爱尔兰分布 密度分布函数 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≤>-=--0,00,)!1()(1x x e x r x f x r r λλ8.拉普拉斯分布 密度分布函数 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=--λμλx e x f 21)(%泊松分布概率密度作图:x=0:20;y1=poisspdf(x,2.5);y2=poisspdf(x,5);y3=poisspdf(x,10);hold onplot(x,y1,':r*')plot(x,y2,':b*')plot(x,y3,':g*')hold offtitle('Poisson 分布')正态分布标准差意义的图示mu=3; sigma=0.5;x=mu+sigma*[-3:-1,1:3];yf=normcdf(x,mu,sigma);P=[yf(4)-yf(3),yf(5)-yf(2),yf(6)-yf(1)];xd=1:0.1:5;yd=normpdf(xd,mu,sigma);%for k=1:3xx{k}=x(4-k):sigma/10:x(3+k);yy{k}=normpdf(xx{k},mu,sigma);endsubplot(1,3,1),plot(xd,yd,'b');hold onfill([x(3),xx{1},x(4)],[0,yy{1},0],'g')text(mu-0.5*sigma,0.3,num2str(P(1))),hold offsubplot(1,3,2),plot(xd,yd,'b');hold onfill([x(2),xx{2},x(5)],[0,yy{2},0],'g')text(mu-0.5*sigma,0.3,num2str(P(2))),hold offsubplot(1,3,3),plot(xd,yd,'b');hold onfill([x(1),xx{3},x(6)],[0,yy{3},0],'g')text(mu-0.5*sigma,0.3,num2str(P(3))),hold offv=4;xi=0.9;x_xi=chi2inv(xi,v);x=0:0.1:15;yd_c=chi2pdf(x,v);%。
2.4连续型随机变量及其概率密度1
c
ba
例 在PGA巡回赛中,前100名最好的高尔夫运动员 的击球距离在260米和284米之间,假设这些运动员的 击球距离在该区间上服从均匀分布。
(1)写出击球距离的概率密度函数; 解:令X表示击球距离,根据题意可知X~U(260,284)
f
(x)
1 24
,
260 x 284
0,
0
x0
P{X 1} F(1) 1 (11)e1 1 2e1
二、几个重要的连续型随机变量及其密度函数
1.均匀分布 若连续型随机变量X具有概率密度
f
(
Байду номын сангаас
x)
b
1
a
,
0,
a x b, 其他,
则称X在(a,b)上服从均匀分布. 记为X ~ U(a,b).
概率密度函数图形
0
0dx
0.5 3x2dx x3 0.5 0.125
1
0
0
A3
3x2, 0 x 1,
例题 1 设 X 概率密度 f (x) 0
, 其它.
求(3)求 F(x) .
解(3)由定义知 F(x) x f (t)dt
x
x
当 x 0 时, F(x) f (x)dx 0dx 0 ;
0.06
0.04
0.02
连续型随机变量取值落在某一 区间的概率与区间的开闭无关
-10
-5
a
5
bx
x
F( x) f (t)dt
注意
若X是连续型随机变量,{ X=a }是不可
能事件,则有P{ X a} 0. 反之不一定
概率论与数理统计连续型随机变量及其概率分布ppt课件
0 x
则t , dt d
1-(x)
x1
2
3
F(x) 1
(t )2
1 x e
2 2
dt
x
2
e 2 d
( x )
2
2
4. P{a X b} (b ) ( a )
P{X b} (b ) P{X a} 1 (a )
例6
设 X ~ N(1,4) , 求 P (0 X 1.6)
解:X 的密度函数为
f
x
1 10
e
x 10
0
x0 x0
令:B={ 等待时间为10-20分钟 }
则 PB P10 X 20
20
1
x
e 10 dx
10 10
x
e 10
20
e 1
e 2
0.2325
10
例5 假定一大型设备在任何长为 t 的时间内发生
故障的次数 N( t ) 服从参数为t 的Poisson分布,
P(2
X
4)
4
2
2
2
2
(0)
0.3
2
0.8
P( X 0) 0.2
解二 图解法
0.2 0.15
0.1 0.05
0.3 0.2
-2
2
4
6
由图 P( X 0) 0.2
例 3 原理
设 X ~ N ( , 2), 求 P(| X | 3 )
解 P(| X | 3 ) P( 3 X 3 )
应用场合:
若随机变量X在区间(a,b)内等可能的取值,则
X ~ U a,b
例3 秒表的最小刻度差为0.01秒. 若计时精度 是取最近的刻度值, 求使用该秒表计时产生的 随机误差X 的概率密度, 并计算误差的绝对值 不超过0.004秒的概率.
概率论与数理统计-随机变量及其分布
解
直接对上式求导有
二、连续型随机变量函数的分布
81
例 18
解
二、连续型随机变量函数的分布
82
定理 1
定理 2
83
总结/summary
离散型随机变量:分布律
分 二项分布、泊松分布、几何
随 布 分布
机 变
函 数
连续型随机变量:密度函数
量 均匀分布、指数分布、正态
分布
随机变量函数的分布
84
谢谢观赏
46
47
目录/Contents
2.1 随机变量及其分布 2.2 常用的离散型随机变量 2.3 常用的连续型随机变量 2.4 随机变量函数的分布
48
目录/Contents
2.3 常用的连续型随机变量
一、均匀分布 二、指数分布 三、正态分布
一、均匀分布
49
一、均匀分布
50
一、均匀分布
51
一、均匀分布
15
定义3
(1)非负性 (2)规范性
三、离散型随机变量及其分布律
16
换句话说,如果一个随机变量只可能取有限个 值或可列无限个值, 那么称这个随机变量为(一维) 离散型随机变量.
一维离散型随机变量的分布律也可表示为:
三、离散型随机变量及其分布律
17
例2
求
三、离散型随机变量及其分布律
18
解
四、连续型随机变量及其密度函数
2.1 随机变量及其分布 2.2 常用的离散型随机变量 2.3 常用的连续型随机变量 2.4 随机变量函数的分布
73
目录/Contents
2.4 随机变量函数的分布 一、离散型随机变量函数的分布 二、连续型随机变量函数的分布
连续型随机变量的分布)
指数分布是一种连续型概率分布,常用于描述两个连续事件之间的时间间隔。 若一个随机变量X服从参数为λ的指数分布,则其概率密度函数为f(x)=λe^(λx),x>0。
性质
指数分布具有无记忆性,即无论已经等待了多久,下一个事件发生的概率与刚 开始等待时相同。此外,指数分布的期望和方差分别为1/λ和1/λ^2。
制定提供依据。
03
可靠性试验设计
在可靠性试验设计中,指数分布可作为先验分布或假设检验的基础。例
如,在定时截尾试验中,可利用指数分布的性质对试验数据进行统计分
析,从而得出产品可靠性的相关结论。
04
正态分布
定义及性质
定义
正态分布是一种连续型概率分布,其 概率密度函数呈钟形曲线,具有对称 性和单峰性。
均匀分布在实际问题中应用
01
在实际问题中,均匀分布常被用来描述一些随机现象,如某段 时间内到达的顾客数、某段路程内行驶的车辆数等。
02
在统计学中,均匀分布可以作为其他更复杂分布的基础,如正
态分布、指数分布等。
在计算机模拟中,均匀分布的随机数生成器是其他更复杂随机
03
数生成器的基础。
03
指数分布
定义及性质
性质
连续型随机变量的取值是连续的,即任意两个相邻的实数之间都有无限多个实数。因此,对于连续型随机变量, 我们讨论其在某个区间内的概率,而不是具体某个点的概率(某点的概率为0)。
常见连续型随机变量类型
均匀分布
正态分布(高斯分布)
在某个区间[a, b]内,每个值出现的概率都相 等。其概率密度函数(PDF)是一个常数, 分布函数(CDF)是线性的。
指数分布概率计算
计算概率密度函数值
2.4连续型随机变量及其概率密度函数
-?
a b- a
连续型随机变量及概率密度函数
注
蝌 P{c < X ? c l} = c+l f ( x)dx = c+l 1 dx = l
c
c b- a b- a
随机变量 X 落在任一长度为 l 的子区间(c,c + l],(a ? c c + l ? b)
内的可能性是相同的.
均匀分布的分布函数为
2
解 (2)X的分布函数为
ì
0,
ï
ï
ò ï
x x dx = x2 ,
F
(
x
)
=
ï í
ï
蝌 ï
ï
3 x dx + 06
06
x 3
骣 琪 琪 桫2
-
x 2
12 x2
dx = - 3 + 2x - , 4
ï î
1,
x <0 0? x 3 3? x 4
x³ 4
连续型随机变量及概率密度函数
例 1 设随机变量 X 具有概率密度
f
(x)
=
ì ï í
1 5
,0
<
x
<
5,
ï î
0,
其他
ì 0,
ï
蝌 F ( x) =
x
ï f ( x)dx = í
x dt = x ,
-?
ï 05 5
ï î
1,
x£ 0 0< x <5
x³ 5
(2)随机变量 X 的取值不小于 2,即
蝌 ò P{ X ? 2} = +? f ( x)dx = 5 1 dx + ? 0dx 3
2.4随机变量函数的分布
P( X
yb
y
a
b
)
a
f X ( x)dx
fY ( y)
1 a
fX (
y
a
b
)
11
(2)
a<0 FY ( y)
P( X
y b) a
yb f X ( x)dx
a
fY ( y)
1 a
f
X
(
y
a
b
)
即
fY
( y)
|
1 a
|
fX
(
y a
b)
…(*)
12
对于上例: y=g(x)=ax+b 注意到y=g(x)=ax+b与y=ex都是单 调函数
13
定理: 连续型随机变量X的概率密度为 fX(x), x(, +),若y=g(x)为严格单调 函数,其反函数x=h(y)连续可导,Y=g(X) 的概率密度为:
fY
(
y
)
f
X
0,
[h(
y)]
|
h(
y
)
|,
y
其它
其中=min{g(),g(+)} =max{g(),g(+)}
14
当fX(x)在有限区间[a,b]之外取值 为零时,只需假设在[a,b]上g(x)严格单 调,反函数在相应区间可导,则上述定
2.4 随机变量函数 的分布
讨论如何根据已知的 随机变量X的分布,去求它 的函数Y=g(X)的分布
一、离散型随机变量函数的 分布
二、连续型随机变量函数的 分布
1
问题的提出
在实际中,人们常常对随机变量的函数 更感兴趣. 例如,已知圆轴截面直径 d 的分布,
2.4连续型随机变量的概率密度
λe −λx , x ≥ 0 ∴ f ( x) = 0 ,x <0
例6
已知随机变量X 已知随机变量X的概率密度为
0 ≤ x <1 x f ( x ) = 2 − x 1 ≤ x < 2 0 其他
1)求 的分布函数F(x), 1)求X的分布函数F(x), 解 由F ( x) = 2)求P{X∈ 2)求P{X∈(0.5,1.5)}
0
π
π
∴函数f ( x) = sin x不是某一随机变量ξ的分布密度函数.
(3)当x ∈ [0,3π / 2]时, ∵ f ( x) = sin x不满足非负性 ∴函数f ( x) = sin x不是某一随机变量ξ的分布密度函数.
例4.设随机变量ξ的分布密度为 A f ( x) = , (−∞ < x < +∞) 2 1+ x 求(1)常数A;(2)ξ的分布函数;(3) P(−1 ≤ ξ < 1)
∫
x
−∞
f ( x)dx,
x −∞
当x < 0时,F ( x) = ∫
f (u )du = ∫ 0du = 0,
0
x
x
当0 ≤ x < 1时,F ( x) = ∫
−∞
x2 f (u )du = ∫ udu = , 0 2
x
当1 ≤ x < 2时, x F ( x) = ∫ f (u)du = ∫ udu + ∫ (2 − u)du = 2x − −1 −∞ 0 1 2
∵ f ( x) = sin x ≥ 0;
且∫
π /2
0
sin xdx = − cos x |π / 2 = 1 0
∴函数f ( x) = sin x是某一随机变量ξ的分布密度函数.
随机变量的定义及分类
随机变量的定义及分类随机变量是概率论中的重要概念,它是指一种随机试验中可能发生的某种事件或结果。
下面将会从定义、分类两个方面来详细介绍随机变量。
一、定义随机变量可以用数学式子来表示,在一些可能发生的结果中,随机变量X可以代表某种结果的取值,比如抛硬币出现正面朝上的概率,X可以表示正面朝上时的取值为1;反面朝上时的取值为0。
换言之,随机变量X就是一个函数,用于描述随机事件中某种结果的取值。
二、分类2.1 离散型随机变量:如果随机变量X只能取有限个或可数个数值时,那么X就是离散型随机变量。
比如,抛一枚硬币正面朝上的概率为1/2,反面朝上的概率也为1/2,用0表示反面朝上,1表示正面朝上,那么X就是一个离散型随机变量。
2.2 连续型随机变量:如果随机变量X的取值可以是从一个范围内的任意数,那么X就是连续型随机变量。
比如,取人的身高作为X值,虽然人的身高并不是无限小数,但是因为可以无限分割人的身高,所以X是连续型随机变量。
2.3 二项分布随机变量:二项分布随机变量是指在重复的n次独立试验中,每次试验只有两种结局的事件(成功或失败),且每次试验成功的概率相等。
比如,在10次抛掷硬币的过程中,每次正面朝上的概率是相等的,试验结果可以用二项分布随机变量X表示。
2.4 正态分布随机变量:正态分布随机变量也叫高斯分布随机变量,通常被用于描述一些连续型随机变量。
其概率密度函数呈钟形,且均值、方差完全决定了正态分布曲线的性质。
此类随机变量在自然界的统计学中有广泛应用。
综上所述,随机变量是概率论中的一个基本概念,主要包含离散型随机变量、连续型随机变量、二项分布随机变量、正态分布随机变量等类型。
对不同类型的随机变量,需要采用不同的计算方法和应用方式。
连续型随机变量及其概率密度函数
一、连续型随机变量的概念 定义2.8 设随机变量 的分布函数为 F (x ) ,若存在非负可 设随机变量X的分布函数为 定义 积函数 f (x ),使得对于任意实数 x ,都有 x (2—15) ) F ( x ) = ∫ f ( x )dx
∞
则称X为连续型随机变量, 则称 为连续型随机变量, 称 f (x )为X的概率密度函数 的 (Probability Density Function),简称概率密度或密度 ),简称概率密度或密度. ),简称概率密度或密度 由定义可知,连续型随机变量X的分布函数 由定义可知,连续型随机变量 的分布函数 F (x)在x点的函 点的函 上的积分. 数值等于其概率密度函数 f (x )在区间( ∞, x] 上的积分. 类似于离散型随机变量, 类似于离散型随机变量,连续型随机变量 f (x )的概率密度 函数具有如下基本性质: 函数具有如下基本性质:
P { x1 < X ≤ x 2 } = Φ ( x2
σ
) Φ(
x1
σ
)
关于标准正态分布,一个重要的公式是: 关于标准正态分布,一个重要的公式是:对于任意实数 x . Φ ( x) + Φ ( x) = 1 (2-31) 的定义证明或由下图说明.这里就不做证明了. 这可用 Φ(x ) 的定义证明或由下图说明.这里就不做证明了
∞
σ x+
1 2π σ
( x )2
2σ
2
e
∫
x ∞
1 2π
e
t2 2
dt
(令 σ = t ) 令
x
所以 X * ~ N (0, 1).
这样我们便有如下定理: 这样我们便有如下定理: 2 定理2.2 若 X ~ N ( , σ ),其分布函数为F ( x ) ,则对任意 定理 实数 ,有 x (2—29) ) F (x) = Φ ( )
概率论2.4
x
x
1 e 2
z2 2
(t )2 2 2
z
dt
x
1 e 2
z2 2
dz
一般有
1 e 2
x dz
x1 X x2 x2 x1 P( x1 X x2 ) P 26
F ( x) P( X x)
x x 1 e f (t )dt 0
x0 x0
10
指数分布的另一种表示形式
f ( x)
e x , x 0 X ~ f ( x )= 0, x 0
则称X服从参数为>0的指数分布。 其分布函数为
3
【例】 (等待时间)公共汽车每10分钟按时通过
一车站,一乘客随机到达车站.求他等车时间不
超过3分钟的概率. 解 设X表示他等车时间(以分计),则X是 一个随机变量,且 X ~ U (0,10). X的概率密度为
1 , 0 x 10, f ( x ) 10 其 它. 0,
P(c X d ) f ( x)dx
c
d
d
c
x a, 0, x a , a x b, f(x),F(x)的图像分别为 X的分布函数 F ( x) b a x b. F(x) f(x) 1,
1
1 ba
1 d c l dx ba ba ba
1.5
16
例 某公路桥每天第一辆汽车过桥时刻为T,设 [0,t]时段内过桥的汽车数Xt服从参数为t的泊 松分布,求T的概率密度。 解
2.4 连续型随机变量的概率分布
p P{ X 10} 10
即: Y ~ B( 5, e 2 ).
1 e dx e 5
x 5
x 5 10
e 2
至少有一次未得到服务而离开的概率为:
P{Y 1} 1 P{Y 0}
1 C
0 5
e 1 e
2 0 2
a F ( x ) bx ln x cx d d
求:(1) 系数a,b,c,d ;
x1 1 x e xe
(2) X落在区间(2 , 3)内的概率。 (3) X的概率密度。
(1) 利用分布函数性质 F ( ) 1和 F ( ) 0 解: 以及连续型随机变量的分布函数的连续性计算
xe
xe
be e 1 1
由此得:a 0, b 1, c 1, d 1
0 F ( x ) x ln x x 1 1
x1 1 x e xe
(2)
P{2 X 3} F (3) F (2) 1 (2ln 2 1) 2 2ln 2
0 x
F ( x)
x
-
f ( t )dt
x 1 x 0
x 1
x
若x 1
-1 -
F( x )
0
x
-
f ( t )dt
1
= 0 dt -1 (1 t )dt 0 (1 t )dt 1 0 dt 1
所以
x
0 2 (1 x ) 2 F(x) 2 1 x x 2 2 1
(3)
f ( x ) F ( x )
连续型随机变量常见的几种分布 (2)
[证]: 设 (c,d)(a,b)
d
d
P(cXd) f(x)dx
1 dx
c
c ba
1
(d c)
ba
即 X 落在 (c, d ) 内的概率只与 (c, d) 的长度有关, 而与 (c, d) 在 (a,b) 中的位置无关.
均匀分布常见于下列情形:
比如: 在数值计算中,由于四舍五 入,小数点后某一位 小数引入的误差;公交线路上两辆公共汽车前后通过 某汽车停车站的时间,即乘客的候车时间等.
(三倍标准差原则)
33
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例3. 已知自动车床生产的零件的长度X(毫米)服从正
态分布 N(50,0.752),如果规定零件的长度在
501.5毫米之间为合格品.
求:生产零件是合格品的概率
解: X~ N(5,0 0.725) 所求的概率为:
P(X501.5)P (4.5 8 X5.5 1 )
P(Zx)
P(
x
x)
作一个线 P(Xx)
性变换
25
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令t u
1
e dt x (t22)2
2
1 x u2
e 2du (x)
2
即证得: Z~N (0, 1)
▲ 由此可得: 若 X~N(,2),则其分布函数 F ( x ) :
F(x)P((Xx x))P(Xx)
长,阻塞少)所需时间(分钟)Y~N(30,22)
若现在只有 30分钟.
问分别选择哪一条路为好?
解: 依题意,选择所需时间超过规定时间的概率较
小的路线为好.
当只有30分钟可用时:
A 路: P(X30)1P(X30 )1(3027) 5
连续型随机变量的分布与例题讲解
连续型随机变量的分布与例题讲解连续型随机变量的分布(一)连续型随机变量及其概率密度函数1.左义:对于随机变量X 的分布函数F(X),若存在非负函数f(x),使对于 任意的实数x,有F(x) = Lf(°df,则称X 为连续性随机变虽:,f(x)称为X的概率密度函数,简称概率密度。
注:F(x)表示曲线下x 左边的而积,曲线下的整个而积为1。
2 •密度函数f(x)的性质:注:几丫)不是概率。
1) f(x)MOf(x)clx=\ -OG3) P{X] <X <xj= f f(x)^/x =F(x,)-F(x l ) J Xj特别地,连续型随机变虽在某一点的概率为零,即P{X=x}=0.(但并不一左是不可能事件)因此 P(“WXWb)= P(avXvb)二 PgXvb) = P(xXWb)=F(b)・F(a)4)若几巧在点x 处连续,则F\x) = f(x).分布函数性质1) 0<F(.r)<l ; ii) F(-oc)=OJ(+oc)=l ;iii) 当“夕2 时,F(XI )<F(A -2):(单调性) iv) F(x)是连续函数注:iv)与离散型随机变量不同, 离散型随机变量的分布函数有有限个或无限可列个间断点。
例1设随机变量X 的分布函数为F(A )=A+B arctanx.求(1)系数 A, B (2) P(-1<X<1): (3)密度函数 f(x)分析:主要是应用分布函数的性质。
解(1)由 F(^o)=OT(+oo)=l 得A--B=02 A + -B = \2(2)由⑴知 F(x)= —+ — arctanx, 2兀基本内容 备注解之,得3 =丄n故得 P(-l<X< 1) =F( 1)-F(-1)= —+ — arctan 1—(—H ——arctan(—1)) 2 7T 2 7T1 7T 1 z 7T X 1 = ~4~^4)=2(3)f(x)=F‘(x) = ---------- !—— (-oo<x<4-oo)兀(1 + 2)kg —’x V > 0例2设随机变量X 的槪率密度为f(x)=' '试确左常数 0, x < 0,k,并求其分布函数F(x)和P{X>0」}・P{X>0.1} = l-P{X <1) = 1-F ⑴二 1_(1_0 心)=严=0.7408.(二〉正态分布(1) 设随机变量X 的概率密度函数为]一(x-呼f(x) = ‘ ] __ e & , Y > < x < -HO ,其中〃,b(b>0)为常数,则称X 为服从参数为“,b 的正态分布,记作X ~N(T)・其图象为(右图)。
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F ( x)
x
1 2
e
( x )2 2 2
dt
(2) 正态分布的密度函数 f(x) 的图形的性质
1 f ( x) e 2 ( x )2 2 2
, x
正态曲线
(1) f(x) 关于 是对称的.
1 在 点 f(x) 取得最大值 . 2
2.4 几种常见的连续型随机变 量的分布
(1) 均匀分布 (2) 指数分布
(3) 正态分布(重点)
1 、均匀分布
如果随机变量 X 的概率密度为
1 , a xb f ( x) b a 其它 0,
则称 X 在区间 [a, b]上服从均匀分布. 记为 X~U[a, b].
由于 P{c x d } f ( x)dx
b
x
abBiblioteka x例1 设随机变量 X ~ U(2, 5). 现在对 X 进行三次独立观测,
试求至少有两次观测值大于 3 的概率.
解: 记 A = { X > 3 },
则 P(A) = P( X> 3) = 2/3
设 Y 表示三次独立观测中 A 出现的次数, 则 Y~ B(3, 2/3),所求概率为
P (Y ≥ 2) = P(Y = 2) + P(Y = 3)
(2)该热水器能正常使用600 h以上的概率是多少?
解 (1)P{在100 h以内需要维修} P( X 100}
100 0
100
f ( x)dx
0.002e0.002 x dx 1 e0.2 0.1813
(2) P{能无故障使用600 h以上} P( X 600}
(2) 设 X ~ N( , 42), Y ~ N( , 52), 记 p1 = P{X ≤ 4},
p2 = P{Y ≥ +5}, 则( ① )
① ② ③ ④ 对任意的 对任意的 只个别的 对任意的
,都有 p1 = p2 ,都有 p1 < p2 ,才有 p1 = p2 ,都有 p1 > p2
解:可得 P{| X | 2 } 2(1) 1 0.6826 P{| X | 2 } 2(2) 1 0.9544 P{| X | 3 } 2(3) 1 0.9973
由此可看出,正态分布的随机变量 X 几乎全部落在区间
(-3, +3)内.从理论上讲,服从正态分布的随机变 量X的可能取值范围是( -∞, +∞),但事实上 X 的取值落在 (-3, +3)以外数值微乎其微,一般可以忽略不计.
600
0.002e0.002 xdx e1.2 0.3012
3. 正态分布
(1). 正态分布的定义
若X的概率密度为
1 f ( x) e 2
( x )2 2 2
, x
其中μ, σ(σ>0)为常数,则称X服从参数为μ, σ2的正态分布或高 斯 (Gauss)分布. 记作 X~ N(μ, σ2) 分布函数为:
f(x)
(2) 若 固定, 改变, f(x)左右移动, 形状保持不变.
0 μ σ大
σ 小 x
(3) 若 固定, 改变,
越大曲线越平坦; 越小曲线越陡峭.
标准正态分布N(0, 1)
它的概率密度和分布函数通常都用约定的符号
(x)
1 ( x )
密度函数记为
1 x2 /2 ( x) e 2
(3) 设 X ~ N( , 2), 则随 的增大,概率 P{| X | < } ( ③ ).
① 单调增大 ③ 保持不变 ② 单调减少 ④ 增减不定
•3) P{|X| ≤1.54}= Φ(1.54)- Φ(-1.54)
=2Φ(1.54)-1= 0.8764
· 4) P{|X| ≥1.54} = 1- P{|X| ≤1.54}=1-0.8764=0.1236
(4) 一般正态分布的标准化与计算
定理 若随机变量 X ~ N ( , ),则 X
c
d
d
c
1 d c dx ba ba
可知 X 落在[a, b]内任一小区间 [c, d] 内的概率与该小区间的位置 无关,只依赖于子区间的长度.可见概率分布在[a, b]内是均匀
的.
分布函数为:
f ( x) a
F( x)
xa 0, xa F ( x) a xb b a xb 1,
分布函数记为
( x )
x 0 x
x
1 ( x) 2
易见
x
e dt
t2 2
1 (1) (0) , 2
(2) ( x ) 1 (x)
(3) 查标准正态分布函数表计算概率
•例4 设 X~N(0,1) ,计算 P{X ≤ 2.35} ; P{-1.64 ≤ X<0 .82} ; P{ |X| ≤ 1.54}; P{ |X| ≥ 1.54} •1) P{X ≤ 2.35} =Φ(2.35)= 0.9906 •2) P{-1.64 ≤X<0 .82} = Φ(0.82)- Φ(-1.64) = Φ(0.82)- [1-Φ(1.64)] = 0.7434
例 2 设 X E ( 2) ,且 P ( X C ) 0.5 (C 0) , 求常数 C .
例3 假设某种热水器首次发生故障的时间X(单位:h)服 从指数分布,其概率密度为
0.002e0.002 x, x 0 f ( x) , x0 0
(1)该热水器在100 h内需要维修的概率是多少?
2
*
X
~ N (0,1) .
通常,我们把 X
*
X
称为 X 的标准化随机变量.
22 ) ,求 P8 X 14 及 P X 5 . 例5 设随机变量 X ~ N (10,
例6 (3原则) 设 X ~ N (, 2) ,求
P{ |X - |﹤ }, P{ |X - |﹤2}, P{|X - |﹤3}.
1 e x , F ( x) 0,
x0 x0
特别:指数分布具有无忆性,即:
P( X > s+t | X > s ) = P( X > t )
指数分布常用来作各种“寿命”分布的近似,如电子元件、 某些微生物及某些易损物品的使用寿命等. 指数分布中的参数 的倒数
1
的实际意义是使用寿命 X 的平均值.
2 C 3
2 3
2
1 32 C3 3 3
3
1 = 20/27 3
0
2. 指数分布
设连续型随机变量 X 具有概率密度
e x , f ( x) 0,
x0 x0
则称 X 服从参数为 的指数分布.记作 X ~E ( ). 其分布函数为
例7 设 X ~ N(, 2), P(X 5) = 0.045, P(X 3) = 0.618,
求 及 .
解:
5 1.69 3 0.3
= 1.76
=4
课堂练习
(1) 已知 X ~ N(3, 22), 且 P{X > k} = P{X ≤ k}, 则 k = ( 3 ).