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概率第五講——離散型隨機(jī)變量的常見(jiàn)分布

 博雅居308 2020-05-31
我們之前介紹了離散型隨機(jī)變量,本節(jié)我們將介紹幾種常用的離散分布。
1、兩點(diǎn)分布
例1  100件產(chǎn)品中有95件正品,5件次品,現(xiàn)從中任取1件,考查取出的次品數(shù)。試用變量描述該試驗(yàn)的結(jié)果并寫出概率分布。

一般地,只取兩個(gè)可能值 x1,x2 的隨機(jī)變量 X,其概率分布可寫為

稱 X服從兩點(diǎn)分布。

特別地,若x1=0,x2=1,這時(shí)稱X服從0-1分布。

0-1分布描述只有兩個(gè)可能的結(jié)果的隨機(jī)試驗(yàn),

0-1分布的概率分布一般寫為

其中參數(shù)p:0<p<1.

若以概率分布表表示,則為

注:兩點(diǎn)分布用于描述只有兩種對(duì)立結(jié)果的隨機(jī)試驗(yàn)。

2、二項(xiàng)分布(the Binomial Distribution)(記住這個(gè)英文單詞,后面要考的)

其中n是試驗(yàn)獨(dú)立重復(fù)的次數(shù), p是每一次基本試驗(yàn)中事件A發(fā)生的概率。  隨機(jī)變量 X 指n 次試驗(yàn)中事件A發(fā)生的次數(shù)。

注:二項(xiàng)分布的試驗(yàn)背景是n重Bernoulli試驗(yàn)模型: 

  

例2  設(shè)張三做某事的成功率為1%,他重復(fù)努力 100次,則至少成功1次的概率為多少?

這說(shuō)明,有百分之一的希望,就要做百分之百的努力。

這里,小伙伴會(huì)問(wèn)了,這里的二項(xiàng)分布表達(dá)式如此復(fù)雜,該怎么計(jì)算呢?我們可以借助Excel軟件來(lái)計(jì)算。
操作方法如下:打開(kāi)Excel→公式→插入函數(shù)(統(tǒng)計(jì))BINOM.DIST(你一定發(fā)現(xiàn)了,這就是前面提到的二項(xiàng)分布的單詞前面幾個(gè)字母)

例3  設(shè)一批產(chǎn)品共10000個(gè),其中廢品數(shù)為500個(gè),現(xiàn)從這批產(chǎn)品中任取10個(gè),求10個(gè)產(chǎn)品中恰有2個(gè)廢品的概率。

3、泊松分布

引例  觀察下列隨機(jī)試驗(yàn):

(1)某地區(qū)某一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的交通事故的次數(shù);

(2)北京某醫(yī)院一天內(nèi)的急診人數(shù);

(3)放射性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)的放射次數(shù);

(4)《新編線性代數(shù)與概率統(tǒng)計(jì)》教材一頁(yè)中印刷錯(cuò)誤數(shù);

(5)北京地區(qū)居民中活到百歲的人數(shù)。

這些試驗(yàn)有一個(gè)共同點(diǎn):描述在單位時(shí)間(空間)中隨機(jī)事件的發(fā)生次數(shù)。它們都服從或近似服從泊松分布。

泊松 (Poisson,Simeon-Denis)(1781—1840)法國(guó)數(shù)學(xué)家。泊松是法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和力學(xué)家。他改進(jìn)了概率論的運(yùn)用方法,特別是用于統(tǒng)計(jì)方面的方法,建立了描述隨機(jī)現(xiàn)象的一種概率分布——泊松分布。他推廣了大數(shù)定律,并導(dǎo)出了在概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方程中有重要應(yīng)用的泊松積分。

泊松分布應(yīng)用廣泛,為避免大量的計(jì)算,一般可通過(guò)查泊松分布表得到結(jié)果。

例4  電話交換臺(tái)每分鐘接到的呼喚次數(shù)X服從參數(shù)為3的泊松分布,求下列事件的概率:   

(1)在一分鐘內(nèi)恰好接到6次呼喚;   

(2)在一分鐘內(nèi)呼喚次數(shù)不超過(guò)5次;    

(3)在一分鐘內(nèi)呼喚次數(shù)超過(guò)5次。

看到這些繁瑣的計(jì)算,小伙伴肯定會(huì)想到,這里應(yīng)該也可以用軟件解決吧!讓我們來(lái)看看如何用Excel如何得到結(jié)果。

操作方法:打開(kāi)Excel→公式→插入函數(shù)(統(tǒng)計(jì))POISSON.DIST

4、泊松分布與二項(xiàng)分布的關(guān)系

當(dāng)我們把二項(xiàng)分布推而廣之后,就可以得到泊松分布。

可以這樣考慮:在一個(gè)特定時(shí)間內(nèi),某件事情會(huì)在任意時(shí)刻隨機(jī)發(fā)生(前提是,每次發(fā)生都是獨(dú)立的,且跟時(shí)間無(wú)關(guān))。當(dāng)我們把這個(gè)時(shí)間段分成非常小的時(shí)間片構(gòu)成時(shí),可以認(rèn)為,每個(gè)時(shí)間片內(nèi),該事件可能發(fā)生,也可能不發(fā)生。幾乎可以不考慮發(fā)生多于一次的情況(因?yàn)闀r(shí)間片可被分的足夠?。?。

當(dāng)時(shí)間片分的越小,該時(shí)間片內(nèi)發(fā)生這個(gè)事件的概率p 就會(huì)成正比的減少。即:特定時(shí)間段被分成的時(shí)間片數(shù)量n 與每個(gè)時(shí)間片內(nèi)事件發(fā)生的概率p 的乘積n*p 為一個(gè)常數(shù)。這個(gè)常數(shù)表示了該事件在指定時(shí)間段發(fā)生的頻度。

泊松分布與二項(xiàng)分布的關(guān)系:這兩個(gè)分布的數(shù)學(xué)模型都是Bernoulli概型。Poisson分布是二項(xiàng)分布當(dāng) n 很大 p很小時(shí)的近似計(jì)算。

泊松定理表明,泊松分布是二項(xiàng)分布的極限分布。當(dāng)n很大,p很小時(shí),二項(xiàng)分布就可近似地看成是參數(shù)λ=np的泊松分布

案例1   保險(xiǎn)公司里有2500個(gè)同一年齡且同一社會(huì)階層的人參加人壽保險(xiǎn), 在一年內(nèi)每個(gè)人死亡的概率為 0.002, 每個(gè)入保的人在一月一日付 12元保險(xiǎn)費(fèi), 而在死亡時(shí)家屬可向保險(xiǎn)公司領(lǐng) 2000元。問(wèn): 

(1)在一年內(nèi)保險(xiǎn)公司虧本的概率是多少? 

(2)在一年內(nèi)保險(xiǎn)公司至少獲利 10000元的概率是多少?

案例2   一家商店采用科學(xué)管理。為此,在每一個(gè)月的月底要制定出下一個(gè)月的商品進(jìn)貨計(jì)劃。為了不使商店的流動(dòng)資金積壓,月底的進(jìn)貨不宜過(guò)多,但是為了保證市場(chǎng)需求和完成每個(gè)月的營(yíng)業(yè)額,進(jìn)貨又不應(yīng)該太少。這樣的矛盾怎樣才能合理的解決呢?

由該商店過(guò)去的銷售記錄知道,某種商品每月的銷售件數(shù)可以用參數(shù)λ=10 的泊松分布來(lái)描述,為了以95%以上的把握保證不脫銷,問(wèn)商店在月底至少應(yīng)進(jìn)某種商品多少件?

今天我們介紹了幾種離散型隨機(jī)變量的常見(jiàn)分布,它們之間具有以下關(guān)系:

丨數(shù)學(xué)是對(duì)真理的探索,對(duì)矛盾的懷疑,它絕非晦澀難懂的學(xué)問(wèn),它是純粹而樸實(shí)的智慧。愿我們能發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)之美,發(fā)現(xiàn)美的本源源于數(shù)學(xué)。

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