概率论 第五章数学期望和方差
概率论与数理统计 第五章
Xn ⎯ ⎯→ X 2. 依概率收敛与依分布收敛的关系
依概率收敛 ⇒ 依分布收敛
L
3. 定义：中心极限定理 设随机变量 X ~ N(0,1)，{Xi }，i = 1, 2, … 相互独 立，且数学期望和方差都存在, 若标准化随机变量序列
∑
n
i =1
Xi −
∑ E(X
i =1
n
i
)
∑
n
i =1
D(X i)
所以结论成立。 由此有，若X ~ B( n, p )，对于足够大的n，有 ⎧ m1 − np X − np m2 − np ⎫ ⎪ ⎪ < ≤ P{m1 < X ≤ m2 }= P ⎨ ⎬ np(1 − p) np(1 − p) ⎪ ⎪ np(1 − p) ⎩ ⎭
⎧ Yn − np ⎫ ⎪ ⎪ ≤ x ⎬ = Φ( x ) lim P ⎨ n →∞ ⎪ np(1 − p ) ⎪ ⎩ ⎭
证明：对于任意正整数n，随机变量Yn 可表示为 证明：对于任意正整数n Yn = X1＋ X2＋…＋ Xn X1, X2,…, Xn 相互独立，Xi ~ B( 1, p )，且有 E( Xi ) = p , D( Xi ) = p(1-p) 所以随机变量序列{ Xi }, i =1,2,…满足独立同分布 中心极限定理条件。即有
切比雪夫不等式的应用 1）估计随机变量落在某个区间内的概率 (P125例5.5.2) 2）估计ε的值, 使 P(│X - E(X)│<ε) ≥ a (0<a<1) 3）证明大数定律。
二. 大数定律 定义： 依概率收敛 设{Xn}是一个随机变量序列，X 是一个随机变量 或常数，若对于任意的ε＞ 0，有 lim P{| X n − X |≥ ε } = 0
《数学期望与方差》课件
相关系数在统计学、金融等领域有广泛应用，如股票价格与市场指数的相关性分析、回归分析等。
相关系数的应用
数学期望的性质
数学期望具有线性性质、可加性质、可乘性质等，这些性质在概率论和统计学中有重要应用。
05
数学期望与方差的实例分析
总结词
数学期望和方差在投资组合的风险与回报分析中具有重要应用。
总结词
利用数学期望和方差可以对赌博游戏的概率进行分析。
详细描述
在赌博游戏中，玩家需要根据游戏规则和概率计算每种可能结果的数学期望和方差，以评估游戏的风险和潜在收益。通过比较不同赌博游戏的数学期望和方差，玩家可以做出更明智的决策。
数学期望
对于赌博游戏而言，数学期望计算的是长期玩家的平均收益。如果数学期望为正数，则表示长期玩家将获得正收益；如果数学期望为负数，则表示长期玩家将面临亏损。
方差
在赌博游戏中，方差反映了玩家实际收益与预期收益之间的波动范围。较小的方差表示实际收益相对稳定，而较大的方差则表示实际收益可能存在较大的波动。
01
02
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04
总结词：数学期望和方差可用于预测市场的表现。
THANK YOU
数学期望和方差在某些情况下可以相互转化，如当随机变量服从正态分布时。
变量同时变动的情况，即一个变量增加或减少时，另一个变量也相应地增加或减少的概率。
协方差的概念
协方差 = E[(X-E[X])(Y-E[Y])]，其中E[X]和E[Y]分别是X和Y的数学期望，X和Y是随机变量。
协方差的计算公式
协方差可以用于分析投资组合的风险，如果两个资产的收益率呈正相关，则它们的协方差为正；如果呈负相关，则协方差为负。
协方差的应用
1
概率论与数理统计(浙大版)第五章第六章课件大数定律和中心极限定理
Yn x
lim P i1 n
n
x
x
证明略。
在实用上，n≥30
1
t2
e 2 dt
2
此定理表明，当n充分大时，Yn近似服从N 0,1.
n
即： X（i 近似）～N (n, n 2 ), i＝1
从而，P(a
n i 1
Xi
b)
(b n ) ( a n ).
n
n
答案：N (, 2 )
关键词： 总体 个体 样本 统计量
2 分布 t 分布 F 分布
23
引言：数理统计学是一门关于数据收集、整理、分析 和推断的科学。在概率论中已经知道，由于大 量的 随机试验中各种结果的出现必然呈现它的 规律 性，因而从理论上讲只要对随机现象进行 足够多次观察，各种结果的规律性一定能清楚 地呈现，但是实际上所允许的观察永远是有限 的，甚至是 少量的。 例如：若规定灯泡寿命低于1000小时者 为次 品，如何确定次品率？由于灯泡寿命试验是 破坏性试验，不可能把整批灯泡逐一检测，只 能抽取一部分灯泡作为样本进行检验，以样本 的信 息来推断总体的信息，这是数理统计学研 究的问题之一。
24
§1 总体和样本
总体：研究对象的全体。如一批灯泡。 个体：组成总体的每个元素。如某个灯泡。 抽样：从总体X中抽取有限个个体对总体进行观察的取值过程。 随机样本：随机抽取的n个个体的集合(X1,X2,…,Xn), n为样本容量 简单随机样本：满足以下两个条件的随机样本(X1,X2,…,Xn)称
2. 用泊松分布近似计算
np 400 0.02 8 查表得
P X 2 1 P X 0 P X 1 1 0.000335 0.002684 0.9969
概率的期望与方差
概率的期望与方差概率是概率论中的重要概念，它描述了某个事件发生的可能性。
在概率论中，期望与方差是两个与概率密切相关的重要概念。
本文将就概率的期望与方差进行探讨。
一、期望期望是概率论中描述随机变量平均数的指标。
它代表了随机事件在一次试验中发生的长期平均结果。
概率的期望可以以数学期望的方式进行计算。
对于一个离散型随机变量X，其概率质量函数可以表示为：P(X=x1)=p1, P(X=x2)=p2, ..., P(X=xn)=pn其期望E(X)可以通过以下公式计算：E(X)=x1*p1 + x2*p2 + ... + xn*pn对于一个连续型随机变量X，其概率密度函数可以表示为：f(x)其期望E(X)可以通过以下公式计算：E(X)=∫xf(x)dx二、方差方差是衡量随机变量离散程度的指标。
它是随机变量与其期望的差值的平方的期望，用来描述随机事件的波动程度。
对于一个离散型随机变量X，其方差Var(X)可以通过以下公式计算：Var(X)=E[(X-E(X))^2]=∑(xi-E(X))^2 * P(X=xi)对于一个连续型随机变量X，其方差Var(X)可以通过以下公式计算：Var(X)=E[(X-E(X))^2]=∫(x-E(X))^2 * f(x)dx三、概率的期望与方差的意义1. 期望表示了一次试验中随机变量的平均结果，可以用来预测概率分布的中心位置。
2. 方差表示了一次试验中随机变量的波动程度，用来衡量随机事件的不确定性。
3. 期望和方差是概率分布的两个基本性质，可以通过它们来描绘随机事件的特征。
四、概率的期望与方差的应用1. 期望和方差在金融学中有着广泛的应用，用来衡量金融资产的收益和风险。
2. 在统计学中，期望和方差是估计参数和检验假设的重要工具。
3. 期望和方差也在工程、物理等领域中有广泛的应用，用来分析实验数据和优化系统性能。
总结：概率的期望与方差是概率论中重要的概念，用来描述随机事件的平均结果和波动程度。
数学期望与方差的计算
数学期望与方差的计算引言数学期望与方差是统计学中两个重要的概念。
它们是描述一个随机变量分布特征的常用指标，对于理解和分析数据具有重要意义。
本文将介绍数学期望与方差的概念、计算方法以及它们的应用。
数学期望数学期望又称平均值，是描述一个随机变量的平均水平的指标。
对于离散型随机变量，数学期望的计算公式为：$$ E(X)=\\sum_{i=1}^n x_i p_i $$其中，X为随机变量，x i为随机变量可能取的值，p i为随机变量取每个值的概率。
对于连续型随机变量，数学期望的计算公式为：$$ E(X)=\\int_{-\\infty}^{+\\infty} x f(x) dx $$其中，f(x)为随机变量的概率密度函数。
数学期望可以理解为在大量重复实验中，随机变量平均取值的水平。
方差方差是描述一个随机变量分散程度的统计指标。
方差越大，随机变量的取值越分散；方差越小，随机变量的取值越集中。
方差的计算公式为：Var(X)=E[(X−E(X))2]方差可以理解为每个随机变量与其期望的偏差的平方的加权平均。
数学期望与方差的计算方法离散型随机变量对于离散型随机变量，计算数学期望的方法如下：1.计算每个随机变量取值对应的概率。
2.将随机变量取值与对应的概率相乘。
3.将所有结果相加，得到数学期望。
计算方差可以使用以下方法：1.计算数学期望。
2.将每个随机变量取值与数学期望的差值的平方相乘。
3.将所有结果相加，得到方差。
连续型随机变量对于连续型随机变量，计算数学期望的方法如下：1.计算随机变量的概率密度函数。
2.将随机变量的取值与概率密度函数相乘。
3.对结果进行积分，得到数学期望。
计算方差可以使用以下方法：1.计算数学期望。
2.将随机变量的取值与数学期望的差值的平方与概率密度函数相乘。
3.对结果进行积分，得到方差。
数学期望与方差的应用数学期望与方差作为描述随机变量特征的指标，在统计学和概率论中有重要的应用。
数学期望在实际问题中可以用于计算平均值，如统计学中的样本均值就是数学期望的一种估计。
方差与期望
方差与期望期望公式：方差公式：方差=E(x²)-E(x)²，E(X)是数学期望。
在概率论和统计学中，数学期望(mean)（或均值，亦简称期望）是试验中每次可能结果的概率乘以其结果的总和，是最基本的数学特征之一。
它反映随机变量平均取值的大小。
概率论简介：期望值像是随机试验在同样的机会下重复多次，所有那些可能状态平均的结果，便基本上等同“期望值”所期望的数。
期望值可能与每一个结果都不相等。
换句话说，期望值是该变量输出值的加权平均。
期望值并不一定包含于其分布值域，也并不一定等于值域平均值。
赌博是期望值的一种常见应用。
例如，美国的轮盘中常用的轮盘上有38个数字，每一个数字被选中的概率都是相等的。
赌注一般押在其中某一个数字上，如果轮盘的输出值和这个数字相等，那么下赌者可以获得相当于赌注35倍的奖金（原注不包含在内），若输出值和下压数字不同，则赌注就输掉了。
考虑到38种所有的可能结果，然后这里我们的设定的期望目标是“赢钱”，则因此，讨论赢或输两种预想状态的话，以1美元赌注押一个数字上，则获利的期望值为：赢的“概率38分之1，能获得35元”，加上“输1元的情况3 7种”，结果约等于-0。
0526美元。
也就是说，平均起来每赌1美元就会输掉0。
0526美元，即美式轮盘以1美元作赌注的期望值为负0。
0526美元扩展资料：在概率论和统计方差衡量随机变量或一组数据时离散程度的度量。
概率论中方差用来度量随机变量和其数学期望（即均值）之间的偏离程度。
统计中的方差（样本方差）是每个样本值与全体样本值的平均数之差的平方值的平均数。
在许多实际问题中，研究方差即偏离程度有着重要意义。
方差刻画了随机变量的取值对于其数学期望的离散程度。
（标准差、方差越大，离散程度越大）若X的取值比较集中，则方差D（X）较小，若X的取值比较分散，则方差D （X）较大。
因此，D（X）是刻画X取值分散程度的一个量，它是衡量取值分散程度的一个尺度。
概率论中的期望与方差计算
假设检验
假设检验的基本思想是通过样本信息对总体参数进行检验 常见的假设检验方法有参数检验和非参数检验 参数检验方法包括t检验、Z检验和方差分析等 非参数检验方法包括卡方检验、秩和检验和K-W检验等
方差分析
方差分析的概念：通过比较不同组数据的离散程度，判断其稳定性。
方差分析的应用场景：在统计学中，方差分析常用于检验两组或多组数 据是否有显著性差异。
对于离散随机变量，期望值和方差 的具体计算公式分别为 E(X)=∑xp(x)和D(X)=∑x^2p(x)E(X)^2。
期望与方差的计算实例
第四章
离散型随机变量的期望与方差
定义：离散型随机变量的期望是所有可能取值的概率加权和，方差是各个取值与期望的差的 平方的平均值。
计算公式：期望E(X)=∑x*p(x)，方差D(X)=∑p(x)*(x-E(X))^2。
期望的定义基于概率和随机变量的取值，通过数学运算计算得出。
期望具有线性性质，即对于两个随机变量的和或差，其期望等于各自期望 的和或差。 期望的计算方法包括离散型和连续型两种情况，具体计算方法根据随机变 量的分布类型而有所不同。
期望的性质
无穷可加性：对 于任意个事件， 概率之和等于1
交换律：期望的 交换律满足 E(X+Y)=E(X)+E (Y)
概率论中的期望与 方差计算
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目录
CONTENTS
01 概率论中的期望 02 概率论中的方差 03 期望与方差的关系 04 期望与方差的计算实例
05 期望与方差在统计学中的应用
概率论中的期望
第一章
期望的定义
期望是概率论中的一个重要概念，它表示随机变量取值的平均值。
随机变量的数学期望与方差
随机变量的数学期望与方差随机变量在概率论中具有重要地位，它描述了随机事件的变化规律，数学期望和方差是衡量随机变量分布的重要指标。
一、数学期望数学期望是对随机变量取值的平均值的度量，记作E(X)，其中X为随机变量。
数学期望可以理解为长期重复试验中，随机变量取值的平均结果。
对于离散型随机变量，数学期望的计算公式为：E(X) = ∑(x * P(X=x))其中x为随机变量的取值，P(X=x)为该取值发生的概率。
对于连续型随机变量，数学期望的计算公式为：E(X) = ∫(x * f(x))dx其中f(x)为随机变量的概率密度函数。
二、方差方差是随机变量取值分散程度的度量，记作Var(X)或σ^2，其中X为随机变量。
方差描述的是随机变量取值与其数学期望之间的偏离情况。
对于离散型随机变量，方差的计算公式为：Var(X) = ∑((x - E(X))^2 * P(X=x))其中x为随机变量的取值，E(X)为该随机变量的数学期望。
对于连续型随机变量，方差的计算公式为：Var(X) = ∫((x - E(X))^2 * f(x))dx其中f(x)为随机变量的概率密度函数。
三、应用举例为了更好理解数学期望与方差的作用和计算方法，下面以骰子为例进行说明。
假设我们有一个六面骰子，其取值范围为1到6，每个面出现的概率相等。
我们可以定义骰子的随机变量X表示投掷后骰子的结果。
1. 计算数学期望：E(X) = (1 * 1/6) + (2 * 1/6) + (3 * 1/6) + (4 * 1/6) + (5 * 1/6) + (6 * 1/6) = 3.5所以，这个六面骰子的数学期望为3.5，即在长期重复的投掷中，平均每次的点数是3.5。
2. 计算方差：Var(X) = ((1-3.5)^2 * 1/6) + ((2-3.5)^2 * 1/6) + ((3-3.5)^2 * 1/6) + ((4-3.5)^2 * 1/6) + ((5-3.5)^2 * 1/6) + ((6-3.5)^2 * 1/6) ≈ 2.92所以，这个六面骰子的方差为2.92，即在长期重复的投掷中，每次投掷结果与平均值3.5偏离的程度。
陈国华等主编概率论与数理统计第五章习题解答
x>0 x≤0
(α > 0, β > 0)
a a 1 1 1 dx = ∫ cos(tx) ⋅ dx + ∫ sin(tx) ⋅ dx −a −a −a 2a 2a 2a 1 1 1 = ⋅ sin(tx) |a sin(at ) x =− a = at 2a t t −1 （2）参数为 λ 的指数分布的特征函数为， φ X (t ) = (1 − i ) ，参数为 λ 的指数分布可看做
1
π (1 + x 2 )
(−∞ < x < +∞) ；
⎧A ⎪ (D) X i 的概率函数为 ： g ( x) = ⎨ x 3 ⎪0 ⎩
x ≥1 x <1
(i = 1,2,3, ) ．
答案：CABAD 三．解答题
1．一颗骰子连续掷 4 次，点数总和记为 X ，估计 p (10 < X < 18) ．
3．已知随机变量 X 的数学期望为 10，方差 DX 存在且 P (−20 < X < 40) ≤ 0.1 ，则
DX ≥ ． 4．设 X 1 , X 2 , , X n， 为独立同分布的随机变量序列，且 X i (i = 1,2, ) 服从参数为 2 的
指数分布，则 n → ∞ 当时， Yn =
1 n 2 ∑ X i 依概率收敛于 n i =1
1 1 ln n + ln n = 0 2 2
n
DX n = EX n = ln n
n 1 1 D ( Xi) = 2 ∑ 2 n n i =1
2
∑ ln i → 0(n → ∞)
i =1
根据马尔可夫大数定律， {X n } 服从大数定律。
3 、 已 知 随 机 变 量 X 和 Y 的 数 学 期 望 、 方 差 以 及 相 关 系 数 分 别 为 E ( X ) = E (Y ) = 2 ,
概率论与数理统计第5章
2、定理以数学形式证明了随机变量X
1
,
X
的算术平均
n
X
1 n
n i 1
X i接近数学期望E( X k ) （k
1,2, n）,这种接近
说明其具有的稳定性
这种稳定性的含义说明算术平均值是依概率收敛的意义下 逼近某一常数.
1.(2010-1)设 n 为n次独立重复试验中事件A发生的次数,p是事件
10
3.(2009 1)
设X i
0, 1,
事件A不发生 事件A发生 (i 1, 2,
,100),且P(A) 0.8,
100
X1, X 2 , , X100相互独立,令Y Xi则由中心极限定理知Y 近似服从于 i 1
正态分布,其方差为________ .
4.(2008 -10)设总体X的分布律为P{X 1} p, P{X 0} 1- p, 其中0 p 1.
P{|
m n
p
|
}1
或
ln im
P{|
m n
p
|
}
0
注： 贝努里大数定律表明，当重复试验次数n充分 大时，事件A发生的频率m/n与事件A的概率p有较 大偏差的概率很小.
事件发生的频率可以代替事件的概率.
5.2.2 独立同分布随机变量的切比雪夫大数定律
定理5-3
设随机变量X
1
,
X
，
2
，X
n
,
是独立同分布随机变量序列,
E( Xi ) , D( Xi ) 2 (i 1, 2, )均存在,则对任意 0有
lim{|
n
概率论 第五章数学期望和方差
=
1 5λ
.
(b)Z = max(X1, X2, . . . , X5) 表示 5 台计算机都被感染病毒的时间, P (Z > z) = 1 − P (Z ≤ z) = 1 − P (X1 ≤ z, . . . , X5 ≤ z) = 1 − P (X1 ≤ z)5 = 1 − (1 − exp(−zλ))5, 故 5 台计算机都被病毒感染前的时间期望为
exp?t2exp?t20即得y?e120bey112020vary11202400537解设过生日的分摊的费用为x不过生日的分摊的费用为y则2x5y?要使得分摊公平故在这六次生日中每人分摊的费用是相等的即5?6xy4?6由以上两式可解得x?42y4?21
第五章 数学期望和方差
5.1 解 因为这个家庭是随机抽取的, 故这个小区的每个家庭的年平均收入也为 a 元.
EX
=
9
E(
i=1
Xi)
=
9 i=1
E(Xi)
=
9
×
(1
−
838 938
).
5.17 解 (a) 设 Xi 表示第 i 台计算机被感染病毒前的时间, i = 1, 2, 3, 4, 5
则 P (Xi > y) =
∞ y
λ
exp(−xλ)dx
=
exp(−yλ),
Y = min(X1, X2, X3, X4, X5) 表示首台计算机被感染病毒前的时间,
5.2 解 所以 E(X)
设X = [3 ×
表示盈利金额, 则 P (X = 3 × 106 × 0.8 − 1) =
106
×
0.8
−
1]
×
1 107
数学期望和方差公式
数学期望和方差公式数学期望和方差是概率论和统计学中重要的概念，在许多领域中有广泛的应用。
它们是度量随机变量分布的指标，可以帮助我们了解随机现象的平均值和离散程度。
本文将详细介绍数学期望和方差的定义、性质以及计算公式。
一、数学期望数学期望，也称为均值或平均值，是衡量随机变量平均值的指标。
对于离散型随机变量X，它的数学期望E(X)的定义如下：E(X) = Σx * P(X = x)其中，x代表随机变量X可能取到的值，P(X = x)表示随机变量取到x的概率。
对于连续型随机变量X，它的数学期望E(X)的定义如下：E(X) = ∫x * f(x) dx其中，f(x)表示X的概率密度函数。
数学期望具有以下性质：1. 线性性质：对于任意实数a和b，以及任意两个随机变量X和Y，有E(aX + bY) = aE(X) + bE(Y)。
2. 递推性质：对于离散型随机变量X，可以通过递推公式E(X) = Σx * P(X = x)来计算。
3. 位置不变性：对于随机变量X和常数c，有E(X + c) = E(X) + c。
数学期望的计算公式可以帮助我们求解随机变量的平均值，进而了解随机现象的集中程度。
二、方差方差是衡量随机变量取值的离散程度的指标，它表示随机变量与其均值之间的差异程度。
对于离散型随机变量X，其方差Var(X)的定义如下：Var(X) = Σ(x - E(X))^2 * P(X = x)对于连续型随机变量X，其方差Var(X)的定义如下：Var(X) = ∫(x - E(X))^2 * f(x) dx方差具有以下性质：1. 线性性质：对于任意实数a和b，以及任意随机变量X和Y，有Var(aX + bY) = a^2 * Var(X) + b^2 * Var(Y)。
2. 位置不变性：对于随机变量X和常数c，有Var(X + c) = Var(X)。
3. 零偏性：Var(X) >= 0，当且仅当X是一个常数时，等号成立。
数学期望与方差解析
数学期望与方差解析数学期望和方差是统计学中重要的概念，我们经常在数据分析和概率论中会用到这两个概念。
本文将对数学期望和方差进行详细解析，包括定义、性质、计算方法等内容，帮助读者更好地理解和运用这两个概念。
一、数学期望数学期望是随机变量的平均值的概念，用来衡量随机变量的集中趋势。
对于一个随机变量X，其数学期望E(X)定义为：E(X) = Σ x * P(X=x)其中，x为随机变量X的取值，P(X=x)为随机变量X取值为x的概率。
数学期望的计算方法是将随机变量所有可能取值与其对应的概率相乘，然后求和。
数学期望的意义在于它可以用来描述随机变量的平均水平。
数学期望有以下性质：1. 线性性质：对于任意常数a、b和随机变量X、Y，有E(aX + bY) = aE(X) + bE(Y)。
2. 非负性质：对于任意非负随机变量X，有E(X) ≥ 0。
3. 单调性质：若X和Y是两个随机变量，且X≤Y，则E(X) ≤ E(Y)。
二、方差方差是衡量随机变量离散程度的指标，计算随机变量与其数学期望之间的差异。
对于随机变量X，其方差Var(X)定义为：Var(X) = E[(X - E(X))^2]方差的计算方法是将随机变量与其期望之间的差值平方后取期望。
方差越大，表示随机变量的取值波动越大；方差越小，表示随机变量的取值趋于稳定。
方差是衡量随机变量分散程度的量，可以帮助我们更好地理解随机变量的变化情况。
方差的性质包括：1. 非负性质：方差永远不会小于0，即Var(X) ≥ 0。
2. 方差与数学期望之间的关系：Var(X) = E(X^2) - [E(X)]^2。
通过数学期望和方差的解析，我们可以更好地理解随机变量的特征和分布规律，为数据分析和概率推断提供有力支持。
掌握数学期望和方差的计算方法和性质，对于深入学习统计学和概率论具有重要意义。
愿本文对读者有所帮助，引发更多关于概率统计的思考和讨论。
概率分布的期望与方差
概率分布的期望与方差在概率论与统计学中，期望与方差是概率分布的两个重要的统计度量。
期望代表了随机变量的平均值，方差则衡量了其离散程度。
本文将详细探讨概率分布的期望与方差以及其在实际应用中的意义。
一、期望的定义与计算方法期望是对随机变量的平均值的度量。
对于离散随机变量X，其期望E(X)的计算方法为：E(X) = Σ( xi * P(xi) )，其中xi代表随机变量X的取值，P(xi)代表X取值为xi的概率。
也可以用数学期望符号表示为：E(X) = Σ( xi ) * P(xi)，即随机变量取值乘以对应的概率之后的总和。
以掷骰子为例，假设一枚骰子的取值范围为{1, 2, 3, 4, 5, 6}，每个值出现的概率都为1/6。
根据期望的计算公式，可以得到期望E(X) = (1*1/6) + (2*1/6) + (3*1/6) + (4*1/6) + (5*1/6) + (6*1/6) = 3.5。
因此，掷骰子的期望值为3.5。
二、方差的定义与计算方法方差是对随机变量离散程度的度量。
对于离散随机变量X，其方差Var(X)的计算方法为：Var(X) = Σ( (xi-E(X))^2 * P(xi) )，其中xi代表随机变量X的取值，E(X)代表X的期望。
也可以用数学符号表示为：Var(X) = Σ( xi^2 ) * P(xi) - (E(X))^2。
仍以掷骰子为例，已知掷骰子的期望值E(X)为3.5。
根据方差的计算公式，可以得到方差Var(X) = (1-3.5)^2 * 1/6 + (2-3.5)^2 * 1/6 + (3-3.5)^2 * 1/6 + (4-3.5)^2 * 1/6 + (5-3.5)^2 * 1/6 + (6-3.5)^2 * 1/6 = 35/12 ≈ 2.917。
因此，掷骰子的方差为2.917。
三、期望与方差的意义与应用期望和方差是概率分布的重要度量指标，对于理解和分析随机变量的分布特征十分关键。
概率论与数理统计数学期望与方差专项PPT课件
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定理：设Y是随机变量X的函数：Y g(X )g是连续函数,
X 是离散型随机变量，它的分布律为：
P( X xk ) pk , k 1, 2,
若 g(xk )pk绝对收敛，则有E(Y ) E[g( X )] g(度为f (x)
服
从
同
一
指
数
分
布，
其
概
率密
度
为
： f (x)
1
e
x
x0
0
若将这2个电子装置串联联接
0
x0
组成整机，求整机寿命N(以小时计)的数学期望。 是
解 ：X k
(k
1,
2)
的分布函数F ( x)
1
e
x
x0
0
x0
串联情况下，N min X1, X2 ,故N的分布函数为：
指 数 分 布 的
密
Fmin (x)
dx
1
x
1 x
2
3 x4
y3
dy
1
3 2x4
[
1 2y2
] |x1
x
dx
3 4
(
1
1 x6
1 x2
)dx
3 4
(
1 5
1)
3 5
考虑：先求E(Y )
yfY
(
y)dy，这里
你算对了吗？哪个更容易呢? 第14页/共66页
fY
(
y)
1 y
y
3 2x3 y2
3 2x3 y2
dx dx
0
2
2
2
sin (0 1) 0.25 sin (11) 0.2 sin (0 2) 0.15
概率论与数理统计 五大数定理
,
i
1,2, , n, .
设Yn
Xi,
i 1
n
n
则： E Yn
i , D Yn
2 i
sn2 .
i 1
i 1
Zn
Yn
Yn
EYn DYn
1 sn
n i1
Xi
n i 1
i
1 n
sn i1
Xi i ,
则有：E(Zn ) 0, D( Zn ) 1.
11
林德伯格定理:
显然， 当n 时，P(Bn ) 1.
[注] 小概率事件尽管在个别试验中不可能发生，但在大量试验
中几乎必然发生。 10
第二节 中心极限定理
概率论中有关论证随机变量的和的极限分布是正态分布的定
理叫做中心极限定理。
设
X1
,
X
, , X , 是独立随机变量，并各有
2
n
n
EX i
i ,
DX i
2 i
的频率作为事件 A 的概率近似值时, 误差小于0.01的概率.
解
设事件A 在每次试验中发生的概率为 p，
在这10000次试验
中发生了X 次, 因此，所求事件的概率为
则 EX np 10000 p, DX 10000 p1 p,
P
X 10000
p
0.01 P
X 10000 p
100
P X EX 100 1 DX 1002
DX n
1 n2
nK
K n
由此，
当 n 充分大时，
随机变量
也就是说，
X 的值较紧密地聚集在它的数学期望 n
分散程度是很小的，
Xn
概率论与数理统计第五章
第 ×× 次课 2学时本次课教学重点：常用的统计量 本次课教学难点：总体，简单随机样本，统计量的概念。
本次课教学内容：第五章 数理统计的基础知识 第一节 数理统计的基本概念 教学组织： 一、引言在前五章中我们学习了概率论的基本内容，因为随机变量及其所伴随的概率分布全面描述了随机现象的统计规律性，所以在概率论的许多问题中，概率分布通常都是已知的，或者假设是已知的，而一切计算与推理都是在此基础上得出来的。
然而，实际情况往往并非如此。
一个随机现象所服从的分布概型可能完全不知道，或者只知道其概型而不知其分布函数中所含的参数。
例如，某工厂生产的灯泡的寿命服从什么分布是不知道的。
再如，某厂生产的一件产品是合格品还是不合格品，我们知道它服从两点分布，但其参数p 却不知道。
那么怎样才能知道一个随机现象的分布或其参数呢？这就是数理统计所要解决的一个首要问题。
为了获得灯泡的寿命分布，我们从所有的灯泡中抽出一部分进行观察与测试以取得相关信息，从而做出推断。
由于观察和测试是随机现象，依据有限个观察与测试对整体所做出的推断不可能绝对准确，这个不确定性我们用概率来表达。
数理统计学的基本问题就是依据观测或试验所取得的有限信息对整体做出推断，每个推断必须伴有一定的概率来表明其可靠程度。
这种伴有一定概率的推断称为统计推断。
二、总体与随机样本 1、总体在数理统计中，我们往往研究有关对象的某一数量指标(如灯泡的寿命这一数量指标)。
为此，考虑与这一数量指标相联系的随机试验，对这一数量指标进行试验或观察。
我们把研究对象的全体所构成的一个集合称为总体，总体中的每个对象称为个体。
总体中所包含的个体的个数称为总体的容量。
容量有限的总体称为有限总体，容量无限的总体称为无限总体。
例如，考察某批灯泡的质量，如这一批灯泡共有5000只，每个灯泡的寿命是一个可能的观察值，是一个个体。
所有5000只灯泡的寿命是一个有限总体。
数学期望与方差的公式
数学期望与方差的公式数学中，期望和方差是两个重要的概念。
它们是统计学和概率论中的核心概念，用于描述和衡量概率分布的特性和不确定性。
在本文中，我们将详细介绍数学中期望和方差的定义和计算公式，并对其性质和应用进行详细讨论。
首先，让我们从期望开始。
期望是概率分布的平均值，表示对概率分布的中心位置的度量。
对于一个离散随机变量X，其期望E(X)可以用以下公式来计算：E(X)=Σ(x*P(X=x))其中，x是随机变量X可能取的值，P(X=x)是X取值为x的概率。
对于一个连续随机变量X，其期望E(X)可以用以下公式来计算：E(X) = ∫(x * f(x))dx其中，f(x)是X的概率密度函数。
期望有很多重要的性质。
首先，期望是线性的，即对于常数a和b，E(aX+b)=aE(X)+b。
这意味着我们可以将常数系数从一个随机变量中提取出来。
此外，期望还满足E(c)=c，其中c是一个常数。
这意味着一个常数的期望就是它本身。
接下来，让我们来讨论方差。
方差衡量了随机变量偏离其期望值的程度。
对于一个离散随机变量X，其方差Var(X)可以用以下公式来计算：Var(X) = Σ((x - E(X))^2 * P(X = x))同样，对于一个连续随机变量X，其方差Var(X)可以用以下公式来计算：Var(X) = ∫((x - E(X))^2 * f(x))dx方差也有一些重要的性质。
首先，方差可以用来度量概率分布的离散程度。
方差越大，随机变量的取值就越分散。
其次，方差是非负的，即Var(X) ≥ 0，且只有当X是常数时，方差才为0。
最后，方差具有一个重要的线性性质，即对于常数a和b，Var(aX + b) = a^2 * Var(X)。
这意味着我们可以通过常数系数的平方来调整随机变量的方差。
除了期望和方差，还有一些其他的重要的概念与它们相关。
例如，协方差是用来度量两个随机变量之间线性关系的程度。
Cov(X,Y) = E((X - E(X)) * (Y - E(Y)))协方差的符号可以表明随机变量之间的关系是正相关还是负相关。
数学期望和方差公式
数学期望和方差公式
数学期望和方差公式为：EX=npDX=np（1-p）、EX=1/PDX=p^2/q、DX=E（X）^2-（EX）^2。
对于2项分布（例子：在n次试验中有K次成功，每次成功概率为P，它的分布列求数学期望和方差）有EX=npDX=np（1-p）。
n为试验次数p为成功的概率，对于几何分布（每次试验成功概率为P，一直试验到成功为止）有EX=1/PDX=p^2/q。
还有任何分布列都通用的，DX=E（X）^2-（EX）^2。
关于数学期望的历史故事：
在17世纪，有一个赌徒向法国著名数学家帕斯卡挑战，给他出了一道题目：甲乙两个人赌博，他们两人获胜的机率相等，比赛规则是先胜三局者为赢家，一共进行五局，赢家可以获得100法郎的奖励。
当比赛进行到第四局的时候，甲胜了两局，乙胜了一局，这时由于某些原因中止了比赛，那么如何分配这100法郎才比较公平？用概率论的知识，不难得知，甲获胜的可能性大，乙获胜的可能性小。
因为甲输掉后两局的可能性只有(1/2)×(1/2）=1/4，也就是说甲赢得后两局或后两局中任意赢一局的概率为1－(1/4)=3/4，甲有75%的期望获得100法郎；而乙期望赢得100法郎就得在后两局均击败甲，乙连续赢得后两局的概率为(1/2)*(1/2)=1/4，即乙有25%的期望获得100法郎奖金。
可见，虽然不能再进行比赛，但依据上述可能性推断，甲乙双方最终胜利的客观期望分别为75%和25%，因此甲应分得奖金的100*75%=75(法郎)，乙应分得奖金的的100×
25%=25(法郎)。
这个故事里出现了“期望”这个词，数学期望由此而来。
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X1
+
Xn X2 + .
.
.
+
Xn
],
又
E[ X1
+
X1 X2 + . . .
+
Xn
+
X1
+
X2 X2 + . . .
+
Xn
+
···
+
X1
+
Xn X2 + . . .
+
Xn ]
=
E1
=
1,
故
E
[
Xi X1+X2+...+Xn
]
=
1 n
,
i
=
1, 2, . . . , n
从而
E[ ] X1+X2+...+Xk
4
从而
ρ(X
+ Y, X
−
Y)
=
√ Cov(X+√Y,X−Y )
V ar(X+Y ) V ar(X−Y )
=
V arX−V arY V arX+varY
.
5.27 解 由题意知 U = aX + bY + cZ + d 服从正态分布, 且 EU = aEX + bEY + cEZ + d = aµx + bµy + cµz + d, V arU = a2V arX + b2V arY + c2V arZ = a2σx2 + b2σy2 + c2σz2. 即 U ∼ N (aµx + bµy + cµz + d, a2σx2 + b2σy2 + c2σz2).
=
1 0
2 0
6x4+2x2y 5
dydx
=
56 75
.
5.16 解 设 Xi = 1 表示第 i 站有人下车, Xi = 0 表示第 i 站无人下车, i = 1, 2, . . . , 9
则
9
Xi
i=1
表示有人下车的站数,
且
P (Xi
=
1)
=
1
−
838 938
,
P
(Xi
=
0)
=
, 838
938
故有人下车的平均站数为
)
的联合密度为
f (x, y)
=
1 π
,
(x,
y)
∈
D
故
√ E X2 + Y 2 =
√
D
x2 + π
y2
dxdy
=
2π 0
1 0
r2 π
=
23 .
5.20 解
n E(Xj − µˆ)2 Eσˆ2 = j=1 n − 1
n
V ar(Xj − µˆ) = j=1 n − 1
=
n
V ar(Xj
j=1
−
则 P (Y > y) = P (X1 > y, X2 > y, . . . , X5 > y) = P (X1 > y)P (X2 > y) . . . P (X5 > y) = exp(−5yλ),
从而首台计算机被感染病毒前的时间的期望为
EY =
∞
P (Y > y)dy =
0
∞
exp(−5yλ)dy
cos(ak−aj) 2
.
5.14 解 E(XY )−1 =
EY = D yf (x, y)dxdy
D
1 xy
f
(x,
y)dxdy
=
∞ 1
=
∞ 1
x3
1 x
2x3y2
x
1
f
(x,
y)y
dy
dx
x
1 xy
dydx
=
3 5
.
=
3 4
,
5.15 解
EX =
xfX(x)dx =
1 0
x(
2 0
f
(x,
y)dy)dx
EZ =
∞
P (Z > z)dz =
0
∞
1
0
−
(1 − exp(−zλ))5dz
=
137 60λ
.
5.18 解 设 θ 为辐角, 则 θ ∼ U(0, 2π), 落点的横坐标为 X = R cos(θ),
从而落点的横坐标的数学期望为
EX =
2π 0
R cos 2π
θ dθ
=
0.
5.19 解
(X, Y
5.6 解 设 Xi 表示审稿后第 i 页的遗留错误的个数, Yi 表示第 i 页的审稿前的错误数, 则
∞
P (Xi = k) =
P (Xi = k|Yi = n)P (Yi = n)
n=k
=
∞ n=k
n k
×
0.15k
×
0.85n−k
×
2n n!
×
e−2
=
(0.15 × k!
2)k
e−2
×
∞
[
n=k
σj−2
n
时, V ar(Y ) 最小.
σj−2
j=1
5.23 解
设这个时间段内到达的乘客数为
X,
则乘
i
路车的人数为
i 15
X,
且由已知可得 X ∼ P(90), 故 EX = 90, V arX = 90,
故乘
i
路车的人数的数学期望为
E
(
i 15
X
)
=
i 15
E
X
=
6i,
方差为
V
ar(
i 15
X
)
=
i2 152
V
arX
=
2i2 5
.
5.24 解
由于指数分布无记忆性,
故剩余寿命的期望仍为
1 λ
,
方差仍为
1 λ2
.
∞
5.25 证明 (1)P (X > x) = P ( {X = xj}) = P (X = xj) = pj = pjI[x < xj],
xj >x
xj >x
xj >x
j=1
(2)EX =
(n
1 −
k)!
×
(2
×
0.85)n−k]
=
(0.15 × k!
2)k
e−2
×
e2×0.85
=
0.3k k!
×
e−0.3,
即 Xi ∼ P(0.3), i = 1, 2, . . . , 290 则 E(Xi) = 0.3, 从而该书校对后的平均遗留下的打印错误为
1
290
290
E( Xi) = E(Xi) = 290 × 0.3 = 87.
i=1
i=1
(b)E
(
Sn n
)
=
E(Sn) n
=
µ,
V
ar
(
Sn n
)
=
V ar(Sn) n2
=
σ2,
(c)E(T2n) = E[X1−X2+· · ·+(−1)2n−2X2n−1+(−1)2n−1X2n] = µ−µ+· · ·+(−1)2n−2µ+(−1)2n−1µ = 0, n = 1, 2, . . .
1 107
,
元.
P (X
=
−1)
=
1
−
1 107
,
5.3 解 设 X 表示玩家在一局中的获利金额, 则
P (X
=
1000)
=
13×C42 C522
=
1 17
,
所以期望获利为 EX = 1000
×
P (X = −100) = 1
1 17
+
(−100)
×
16 17
=
−
1 17
=
−35.29
16 17
,
元.
5.28 解
EX =
1 0
xfX
(x)dx
=
1 0
1 0
xf
(x,
y)dydx
=
由 X, Y
的对称性可得 EY
= EX =
7 12
,
1 0
1 0
x(x
+
y)dydx
=
7 12
,
EXY
=
1 0
1 0
xyf (x,
y)dxdy
=
1 0
1 0
故 Cov(X, Y ) = EXY − EXEY =
xy(x + y)dxdy =
E(T2n+1) = E(T2n + X2n+1) = E(T2n) + E(X2n+1) = µ, n = 1, 2, . . . V ar(Tn) = n V ar(Xi) = nσ2.
i=1
5.22 解
V
ar(Y
)
=
n j=1
V
ar(aj Xj )
=
n j=1
a2j σj2,
由拉格朗日乘数法可得, 当 aj =
5.11 解
E(sin(X)) =
π 2