Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

tvims_3

.pdf
Скачиваний:
1830
Добавлен:
15.03.2015
Размер:
676 Кб
Скачать
☆

и аналогично

∞

Z

fY (y) =

−∞

 

 

3

 

4y − 4y2

y3

, y (0, 2) ,

f (x, y) dx

4

X,Y

 

 

 

 

 

 

= (0, y / [0, 2].+

 

 

Заметим, что fX,Y (x, y) 6≡fX (x) fY (y), т. е. случайные величины X и Y зависимы.

4) Найдем математическое ожидание

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EX = 0

4

4x − 4x2 + x3 xdx = 0

 

4

4x2 − 4x3 + x4 dx =

 

 

 

 

 

= 43

 

34 x3 − x4 + x5

 

02

= 54

 

и аналогично EY = 54 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DX

. Имеем:

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дисперсию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) Найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EX2 = 0

 

4

 

4x − 4x2 + x3 x2 dx = 0

 

4

4x3 − 4x4 + x5 dx =

25 , и анало-

= 4

x4 − 5 x5

+

6

 

0

= 5

, и DX = EX2 − (EX)2 = 5 −

 

5

 

=

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

x6

 

2

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

2

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гично DY =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) Найдем ковариацию cov (X, Y). Имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2

2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E(XY) =

 

 

 

 

xyfX,Y (x, y) dxdy =

 

 

 

dx

 

 

 

3

x2y2 dy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

1

x2 (2 − x)3 dx =

1

Z

8x2 − 12x3 + 6x4 − x5 dx =

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

2

2

0

 

158 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 21 38 x3 − 3x4 + 56 x5 − 61 x6 02

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иcov (X, Y) = E(XY) − EX EY = 158 − 45 · 45 = − 758 .

7)Коэффициент корреляции

ρ (X, Y)

=

cov (X, Y)

= −

2

 

 

 

 

 

 

3 .

 

DX

DY

 

√

√

 

81

y

1 D pπ/2

0

x

Рис. 2.10. Область D из задачи 12.2.

12.2. Пусть случайный вектор (X, Y) имеет равномерное распределение в круге D : x2 + y2 6 π2 . Найти плотность и математическое ожидание случайной величины Z = sin X2 + Y2 .

 

Решение. Так как

случайный вектор

(X, Y)

равномерно распределен в круге

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D, то плотность

 

 

 

 

X,Y

 

= (0, (x, y) / D.

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

(x, y)

 

C, (x, y) D;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из свойства 2 плотности fX,Y (x, y) найдём константу C =

 

=

 

 

. Так как

 

S (D)

π2

 

(0, 1)

 

π

 

 

 

 

0 < z <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

6 X2 + Y2

6

2

, то

0 6 Z = sin X2 + Y2

 

6 1. Поэтому плотность fZ (z) = 0

для z /

. Рассмотрим

 

 

1. Тогда функция распределения

 

 

 

FZ (z) = P (Z < z) = P sin X2 + Y2

 

< z

= P X2 + Y2 < arcsin z =

 

 

Z Z

 

 

 

 

 

 

Z π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

√arcsin z

 

 

 

=

 

 

 

 

fX,Y (x, y) dxdy =

 

dφ

 

 

 

2

ρ dρ =

2

arcsin z,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π2

π

 

2

2

<arcsin z}

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{x

+y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а плотность fZ (z)

=

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F0 (z),

π√1 − z2 , 0 < z < 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

fZ (z)

 

 

2

=

0, z / (0, 1) .

Математическое ожидание

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

2z

 

2

 

 

 

1

 

2

EZ = 0

π√1 − z2

dz = −

π p1

− z2

 

0

=

π .

82

Можно найти EZ по другой формуле, используя плотность fX,Y (x, y):

EZ = Esin X2 + y2 =

Z Z

sin x2 + y2

2

dxdy =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

π2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

π

 

 

 

 

 

 

 

r

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2π

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

4

 

 

 

2

 

2

2

r

2

 

2

 

 

Z

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

=

 

dφ

 

 

 

 

 

 

ρ sin ρ

 

dρ =

 

 

 

 

 

ρ sin ρ dρ = −

 

cos ρ |0

 

 

=

 

.

0

0

 

 

π2

 

π

0

 

π

 

 

π

12.3. Пусть случайные величины X и Y независимы и имеют стандартное нормальное распределение. Найти плотность случайной величины Z = X2 + Y2.

Решение. Так как X и Y независимы, то совместная плотность их распределения имеет вид

 

 

 

 

1

e−

x2

 

1

e−

y2

 

 

1

e−

x2 + y2

fX,Y (x, y)

=

fX (x) fY (y)

=

2

 

2

 

=

 

2

.

√

 

√

 

2

 

 

 

 

 

2π

· 2π

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

Так как Z = X2 + Y2, то fZ (z) = 0 при z < 0. В случае z > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

+ y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z Z

e−

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FZ (z) = P (Z < z) = P X2 + Y2 < z =

 

 

 

 

 

 

2

 

dxdy =

 

 

 

 

2π

 

2π

Z

=

0

и

fZ

 

√

 

 

 

 

 

 

 

{x2+y2 <z}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dφ

z

 

2π e− 2

ρ dρ

 

 

 

e−

2

 

0

 

1 e− 2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

2

 

 

 

 

 

ρ

2

√z

 

z

 

Z

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

−

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

e−

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, z > 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(z)

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0, z < 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, величина Z = X2 + Y2 имеет показательное распределение. 12.4. Пусть случайные величины X и Y независимы и имеют показательное

распределение с одним и тем же параметром λ > 0. Найти плотность распределения случайной величины Z = X + Y.

Решение. Плотности распределения случайных величин X и Y имеют вид

fX (x) =

(0, x < 0;

fY (y) =

(0, y < 0.

 

λe−λx, x > 0;

 

λe−λy, y > 0;

83

Так как Z = X + Y > 0, то fZ (z) = 0 при z < 0. Рассмотрим случай z > 0. В этом

случае

∞

Z

fZ (z) = fX (x) fY (z − x) dx.

−∞

Подынтегральное выражение отлично от 0 при x > 0, z − x > 0, т. е. 0 6 x 6 z. Следовательно,

z

 

 

z

Z

 

 

Z

fZ (z) = λe−λxλe−λ(z−x) dx = λ2e−λz

dx = λ2ze−λz, z > 0.

0

 

 

0

Таким образом,

(0, z < 0.

 

 

fZ (z) =

 

 

 

λ2ze−λz,

z > 0;

12.5. Пусть случайные величины X и Y независимы и имеют равномерное распределение на отрезках [0, 1] и [1, 2] соответственно. Найти плотность распределения случайной величины Z = X + Y.

Решение. Плотности распределения случайных величин X и Y имеют вид

 

X

 

=

(0,

x /

[0,

1];

 

Y

 

=

(0,

y /

[1,

2].

f

 

(x)

 

1,

x

(0,

1) ;

f

 

(y)

 

1,

y

(1,

2) ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как 0 6 X 6 1, 1 6 Y 6 2, то 1 6 Z = X + Y 6 3, и fZ (z) = 0 при z / [1, 3]. Рассмотрим случай z (1, 3). В этом случае

∞

Z

fZ (z) = fX (x) fY (z − x) dx.

−∞

Подынтегральное выражение отлично от 0 при 0 6 x 6 1, 1 6 z − x 6 2, т. е. 0 6 x 6 1 и z − 2 6 x 6 z − 1. Следовательно,

{

− }

 

min 1,z 1

 

Z

1 dx.

 

fZ (z) =

 

max{0,z−2}

1

 

Z−

 

z

Если 1 < z 6 2, то max{0, z − 2} = 0, min{1, z − 1} = z − 1, и fZ (z) =

dx =

 

0

 

z − 1. Если 2 6 z < 3, то max{0, z − 2} = z − 2, min{1, z − 1} = 1, и fZ (z) =

84

y

1

x

0 1 3

Рис. 2.11. Плотность fZ(z) из задачи 12.5.

1

Z

dx = 3 − z. Таким образом,

z−2

z − 1, 1 < z 6 2;

fZ (z) = 3 − z, 2 6 z < 3;

0, z / [1, 3].

12.6.Случайный вектор (X, Y) имеет равномерное распределение в прямоугольнике с вершинами (−1, 0), (0, −1), (1, 0), (0, 1). Найти частные распределения и проверить, являются ли X, Y независимыми.

12.7.Случайный вектор (X, Y) имеет равномерное распределение в прямоугольнике с вершинами (−1, −1), (1, −1), (1, 1), (−1, 1). Найти частные распределения

ипроверить, являются ли X, Y независимыми.

12.8.Случайный вектор (X, Y) имеет равномерное распределение в треугольнике с вершинами (1, 0), (0, 1), (−1, 0). Найти частные распределения и проверить, являются ли X, Y независимыми. Найти EX, EY, DX, DY, cov (X, Y), ρ (X, Y).

12.9.Случайный вектор (X, Y) равномерно распределен в треугольнике D с вершинами A1 (0, 0), A2 (0, 4), A3 (−2, 0). Найти плотность совместного распределения случайных величин X и Y, вероятность P (X 6 −1, Y > 1), одномерные

плотности и функции распределения случайных величин X и Y. Найти EX, DX,

EY, DY, cov (X, Y), ρ (X, Y).

12.10. Задана плотность совместного распределения случайных величин X и

85

Y:

 

X,Y

 

=

(0,

−

(x, y) / D,

f

 

(x, y)

 

C (2x

 

y) , (x, y) D;

 

 

 

 

 

 

 

где D — прямоугольник, задаваемый неравенствами 0 6 x 6 1, −4 6 y 6 0. Найти коэффициент C, вероятность P (X > 0, Y > −1) и одномерные плотности распределения случайных величин X и Y. Найти EX, DX, EY, DY, cov (X, Y), ρ (X, Y).

12.11. Задана плотность совместного распределения случайных величин X и

Y:

X,Y

 

=

(0,

+

 

(x, y) / D,

f

 

(x, y)

 

C x2

 

2y

, (x, y) D;

где D — прямоугольник, задаваемый неравенствами −1 6 x 6 1, 0 6 y 6 5. Найти коэффициент C, вероятность P (X 6 0, Y > 2) и одномерные плотности распределения случайных величин X и Y. Найти EX, DX, EY, DY, cov (X, Y), ρ (X, Y).

12.12. Задана плотность совместного распределения случайных величин X и

Y:

X,Y

 

=

(0,

+

 

(x, y) / D,

f

 

(x, y)

 

C cos2 (x

 

y) ,

(x, y) D;

 

 

 

 

 

 

 

 

где D — прямоугольник, задаваемый неравенствами 0 6 x 6 π, 0 6 y 6 π. Найти коэффициент C, вероятность P X 6 π2 , π4 6 Y 6 34π и одномерные плотности распределения случайных величин X и Y. Найти EX, DX, EY, DY, cov (X, Y),

ρ(X, Y).

12.13.Случайные величины X1, X2, . . . , Xn независимы и имеют одинаковые распределения с плотностью

f (x)

8 2x,

если x [3, 4],

 

= (0,−

 

 

если x / [3, 4].

Найти плотность распределения случайной величины Y = min (X1, X2, . . ., Xn).

12.14.Случайные величины X и Y независимы и X = E (α), Y = E (α). Найти

3 .функцию

12.15. Случайная величина X равномерно распределена на отрезке [0, 1], случайная величина Y равномерно распределена на отрезке [0, 4]. Известно, что X и Y — независимые случайные величины. Найти функцию распределения случайной величины Z = XY.

86

12.16.Случайная величина X равномерно распределена на отрезке [5, 9], случайная величина Y равномерно распределена на отрезке [3, 6]. Известно, что X и Y — независимые случайные величины. Найти плотность распределения случайной величины Z = X + Y.

12.17.Незавимимые случайные величины X и Y заданы плотностями распре-

делений:

 

 

1

e−x/3, x > 0;

 

 

1

e−y/5, y > 0;

 

fX (x) =

 

 

, fY (y) =

 

.

(0, x < 0;

(0, y < 0;

 

3

 

 

5

 

 

Найти плотность распределения случайной величины Z = X + Y.

12.18. Незавимимые нормально распределенные случайные величины X и Y заданы плотностями распределений:

 

1

−

x2

 

1

−

y2

 

2

2

 

fX (x) = √

 

, fY (y) = √

 

.

2π

e

 

2π

e

 

Найти плотность распределения случайной величины Z = X + Y, убедиться, что величина Z имеет нормальное распределение.

12.19. Пусть случайные величины X и Y независимы и каждая имеет равномерное распределение на отрезке [0, 2]. Найти функции распределения и плотно-

д) max 3X, Y3

; е) X − Y2.|X − Y|

 

 

min X, Y

3

 

 

X − 3Y

 

max 2X, Y

2

 

сти следующих величин: а)

 

 

; б)

 

 

 

 

; в)

 

 

 

; г)

 

 

 

;

 

 

X

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

12.20. Случайные величины

 

и

 

независимы, причем случайная величина

X имеет абсолютно непрерывное распределение с плотностью f (x) =

 

 

,

π 1 + x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

два зна-

а случайная величина Y имеет дискретное распределение и принимает

 

 

 

чения 1 и 2 с вероятностями P (Y = 1) =

1

и P (Y = 2) =

3

. Найти плотность

4

4

распределения случайной величины X + Y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5Предельные теоремы

Пусть имеется последовательность независимых одинаково распределенных случайных величин X1, X2, . . ., Xn, . . .. Составим среднее арифметическое n первых слагаемых: 1n (X1 + . . . + Xn). Оказывается, что при больших n эта величина ведет себя не как случайная и приближается к математическому ожиданию каждого слагаемого. Это факт носит название закона больших чисел (ЗБЧ). Закон больших

87

чисел — это совокупность теорем. Доказательство теорем опирается на неравенство Чебышёва: пусть EX2 < ∞, тогда для любого ε > 0 справедливо неравенство

P (|X − EX| > ε) 6

DX

 

 

(2.5.1)

ε2

или равносильное ему

 

 

 

P (|X − EX| < ε) > 1 −

DX

.

(2.5.2)

ε2

Если случайная величина X > 0, то для любого ε > 0 справедливо неравен-

ство

 

 

 

P (X > ε) 6

EX

,

(2.5.3)

 

 

ε

 

 

 

которое чаще называют неравенством Маркова.

√

 

 

Применять неравенство Чебышёва имеет смысл, если ε > σ =

 

, иначе

 

DX

оно дает тривиальную оценку. Следует заметить, что оценка вероятности по неравенству Чебышёва несколько грубовата. Рассмотрим на примерах.

Задачи.

13.1. Пусть X = N (0, 1). Оценить снизу вероятности событий

A = {−3 < X < 3}, B = {−1 < X < 1}.

Решение. Так как X = N (0, 1), то EX = 0, DX = 1. Воспользуемся неравенством

(2.5.2):

P (−3 < X < 3) = P (|X − 0| < 3) > 1 − 19 = 89 .

Так как по условию распределение случайной величины известно, мы можем точно вычислить

P (|X| < 3) = Φ0,1 (3) − Φ0,1 (−3) = 2Φ0,1 (3) − 1 ≈ 0, 9974.

Оценим вероятность события B, используя неравенство (2.5.2):

P (|X| < 1) > 1 − 11 = 0.

Получили тривиальную оценку (почему?). А теперь вычислим точно:

P (|X| < 1) = 2Φ0,1 (1) − 1 ≈ 0, 6826.

13.2. Пусть известны числовые характеристики случайной величины X: EX = 0, 5; DX = 0, 1. Оценить снизу вероятности следующих событий:

A = {0, 1 < X < 0, 9}, B = {X < 1}.

88

Решение.

P (0, 1 < X < 0, 9) = P (−0, 4 < X − 0, 5 < 0, 4) =

0, 1

 

1

15

 

= P (|X − 0, 5| < 0, 4) > 1 −

 

=

1 −

 

 

=

 

,

(0, 4)2

16

16

P (X < 1) = P (−∞ < X < 1) > P (0 < X < 1) =

0, 1

 

 

 

 

= P (0, 5 − 0, 5 < X < 0, 5 + 0, 5) = P (|X − 0, 5| < 0, 5) > 1 −

 

= 0, 6.

 

 

 

(0, 5)2

 

13.3. Контролер проверяет партию лампочек накаливания — 1000 штук. С ве-

роятностью 0, 01 лампочка имеет дефект нити накала и независимо от этого с вероятностью 0, 03 дефект цоколя. В каких границах будет практически наверняка заключено число бракованных лампочек? За вероятность практической достоверности принять 0, 95.

Решение. Пусть νn — количество бракованных лампочек, νn = Bi (n, p). Найдем p — вероятность, что лампочка оказывается бракованной: p = 0, 01 · 0, 97 + 0, 99 · 0, 03 + 0, 01 · 0, 03 ≈ 0, 04. Тогда Eνn = np = 1000 · 0, 04 = 40, Dνn = npq =

1000 · 0, 04 · 0, 96 = 38, 4. Воспользуемся неравенством Чебышёва (2.5.2):

P (|νn − Eνn| < ε) = 1 − P (|νn − Eνn| > ε) > 1 − Dεν2n > 0, 95.

Теперь остается решить неравенство 1 − Dεν2n > 0, 95, т. е. 1 − 38,ε24 > 0, 95. Получим

ε2 > 38, 4 = 153, 6, т. е. ε > 13. Таким образом, |νn − 40| < 13, т. е. 27 < νn < 53.

0, 25

13.4. Суточный расход воды в типовом девятиэтажном доме составляет в среднем 1200 кубометров. Оценить вероятность того, что в ближайшие сутки расход воды не превысит 3000 кубометров.

Решение. Обозначим через X суточный расход воды. По условию EX = 1200. Так как случайная величина X > 0, то применим неравенство Маркова (2.5.3)

P (X > ε) 6 P (X > ε) 6 EεX ,

P (X > 3000) 6 P (X > 3000) 6 12003000 .

Тогда P (X 6 3000) = 1 − P (X > 3000) > 1 − 0, 4 = 0, 6, т. е. искомая вероятность не меньше, чем 0, 6.

89

2.5.1 Закон больших чисел

Рассмотрим последовательность случайных величин {Xn}∞n=1 и случайную величину X, заданные на одном вероятностном пространстве (Ω, F , P).

Определение. Последовательность {Xn} сходится по вероятности к случайной величине X, если для любого ε > 0

P (|Xn − X| > ε) → 0 при n → ∞.

Обозначается сходимость по вероятности так:

P

Xn → X, n → ∞.

К законам больших чисел относятся следующие теоремы:

Tеорема 2.5.1 (Чебышёва). Пусть X1, X2, . . ., Xn — последовательность неза-

висимых и одинаково распределенных случайных величин с EX1 = a и конечной

n

дисперсией DX1 = σ2, Sn = P Xi. Тогда для любого ε > 0 имеет место неравен-

i=1

ство

 

 

 

 

Snn − a > ε

2

 

 

Sn

P

P

 

 

6 nεσ 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

→

 

→ ∞

 

 

 

 

 

В частности,

 

 

a при n

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tеорема 2.5.2 (Бернулли). Пусть νn — число «успехов» в n независимых испытаниях Бернулли, p — вероятность «успеха» в каждом испытании. Тогда для

любого ε > 0

 

P

νn

 

 

 

 

ε

6 p (1 − p)

 

 

 

 

− p

>

 

 

νn

P

n

 

 

nε2

.

(2.5.4)

 

n

→

→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

В частности,

 

 

p при n

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорему 2.5.1 можно сформулировать и не для одинаково распределенных слагаемых:

Tеорема 2.5.3. Пусть X1, X2, . . ., Xn, . . . независимы и имеют конечные момен-

ты EXk = ak, DXk = σk2 , k = 1, 2, . . ., n, . . .. Обозначим Sn =

n

Xi. Тогда для

любого ε > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

P

n

 

 

n

 

!

 

P

σk2

 

− n k=1

ak

 

n ε

 

Sn

1

X

 

> ε

6 k=1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]