- •1. Случайный эксперимент. Пространство элементарных событий. Случайные события и операции над ними.
- •Свойства операций над событиями
- •2. Классическое определение вероятности. Урновая схема. Пример.
- •3. Геометрическое определение вероятности. Пример.
- •4. Аксиоматическое определение вероятности. Вероятностное пространство. Свойства вероятности.
- •5. Условная вероятность и ее свойства. Правило и теорема умножения вероятностей.
- •6. Независимость событий. Свойства независимых событий. Независимость в совокупности.
- •7. Формулы полной вероятности и Байеса. Пример.
- •8. Схема независимых испытаний Бернулли. Наивероятнейшее число успехов.
- •9. Понятие случайной величины (св). Функция распределения св и ее свойства.
- •10. Дискретные св. Закон распределения дискретной св.
- •11. Важнейшие дискретные св.
- •12. Непрерывные св. Плотность вероятностей и ее свойства.
- •13. Важнейшие непрерывные св.
- •14. Математическое ожидание (мо) дискретных и непрерывных св.
- •15. Основная теорема о мо. Свойства мо.
- •16. Моменты высших порядков. Дисперсия и среднеквадратическое отклонение. Свойства дисперсии.
- •17. Числовые характеристики важнейших св.
- •18. Случайные векторы. Функция распределения случайного вектора и ее свойства.
- •19. Дискретные случайные векторы. Закон распределения дискретного случайного вектора.
- •20. Непрерывные случайные векторы. Плотность вероятностей случайного вектора и ее свойства.
- •21.Равномерное распределение в области на плоскости. Равномерные распределения в прямоугольнике и в круге.
- •22. Независимость случайных величин. Условия независимости. Независимость в совокупности.
- •23.Условные законы распределения. Условная плотность вероятностей и ее свойства. Условные числовые характеристики.
- •24.Числовые характеристики случайных векторов. Корреляционная матрица и ее свойства. Понятие о моментах случайных векторов.
- •25. Теоремы о числовых характеристиках.
- •26. Некоррелированные св. Связь между некоррелированностью и независимостью. Пример.
- •27. Коэффициент корреляции, его свойства и вероятностный смысл.
- •28. Многомерное нормальное распределение и его свойства.
- •29. Функции от св и их законы распределения. Функции случайных аргументов
- •Функции от случайных величин
- •Функции от случайных векторов
- •30. Закон распределения суммы св. Композиция (свертка) законов распределения. Пример.
- •31. Неравенство Чебышева. Виды сходимости последовательностей св и связь между ними.
- •Неравенство Чебышева
- •Виды сходимости последовательностей случайных величин и связь между ними
- •32. Закон больших чисел (збч) для последовательностей св. Теоремы Маркова и Чебышева.
- •33. Збч для последовательностей независимых одинаково распределенных св. Задача об измерениях. Теорема Бернулли и ее применение.
- •34. Характеристическая функция св и ее свойства.
- •Свойства характеристических функций
- •35.Характеристические функции важнейших св. Устойчивость нормального закона распределения.
- •Характеристические функции случайных векторов
- •36. Сходимость распределений (слабая сходимость) и ее связь со сходимостью по вероятности. Теорема непрерывности.
- •37.Центральная предельная теорема (цпт) для независимых одинаково распределенных св. Интегральная теорема Муавра-Лапласа.
- •38.Цпт для независимых разнораспределенных св: теоремы Линдеберга и Ляпунова. Смысл условия Линдеберга. Асимптотическая нормальность.
- •39. Теорема Хинчина. Понятие об усиленном збч.
- •40. Статистическая модель. Генеральная совокупность (гс), выборка, объем выборки. Простейшие способы представления статистических данных.
- •41. Эмпирическая функция распределения и ее свойства.
- •42. Гистограмма и полигон частот.
- •43.Выборочные (эмпирические) числовые характеристики. Выборочное среднее и выборочная дисперсия.
- •44.Точечные оценки неизвестных параметров распределений. Требования, предъявляемые к точечным оценкам.
- •Точечные оценки. Методы нахождения точечных оценок.
- •45. Свойства выборочного среднего и выборочной дисперсии как точечных оценок мо и дисперсии соответственно.
- •46. Метод моментов получения точечных оценок. Свойства оценок, найденных по методу моментов. Пример. Метод моментов.
- •47. Метод максимального правдоподобия. Свойства оценок максимального правдоподобия. Пример.
- •48. Интервальные оценки неизвестных параметров распределений. Доверительные интервалы (ди) для мо нормально распределенной гс (при известной и неизвестной дисперсии).
- •49. Ди для дисперсии нормально распределенной гс (при известном и неизвестном мо).
- •50. Асимптотические ди для мо и дисперсии произвольно распределенной гс.
- •51. Статистические гипотезы. Критерии согласия и их характеристики.
- •52. Критерий хи-квадрат Пирсона для проверки простой гипотезы о виде распределения.
- •53. Критерий хи-квадрат Пирсона для проверки сложной гипотезы о виде распределения.
34. Характеристическая функция св и ее свойства.
Наряду
с вещественными случайными величинами
рассматриваются и комплекснозначные
случайные величины, под которыми
понимаются функции вида
,
где
,
и
- вещественнозначные случайные величины,
называемые действительной и мнимой
частями случайной величины
соответственно. По определению при этом
полагается, что
и считается, что математическое ожидание
существует, если существуют математические
ожидания
и
.
Отметим, что для математического ожидания
комплекснозначной случайной величины
остаются справедливыми все свойства
М1) – М6) с очевидными изменениями.
Определение.
Характеристической
функцией
вещественной случайной величины
с функцией распределения
называется комплекснозначная функция
действительной переменной, определяемая
для любого
равенством:
.
(4.21)
Вычисляется характеристическая функция в соответствии с основной теоремой о математическом ожидании по формулам:
если
- дискретная случайная величина,
принимающая значения
с вероятностями
,
то
;
(4.22)
если
- непрерывная случайная величина с
плотностью вероятностей
,
то
.
(4.23)
Характеристические функции представляют собой прекрасный аппарат для исследования свойств сумм независимых случайных величин и на их применении основаны доказательства многих предельных теорем.
Свойства характеристических функций
.
Характеристическая функция
любой случайной величины
удовлетворяет условиям:
,
для любого
.
▲
■.
В
частности, из свойства
следует, что характеристическая функция
существует у любой случайной величины
,
в то время как просто математическое
ожидание существует не всегда.
.
Характеристическая функция
любой случайной величины
обладает свойством:
.
▲
■.
В
частности, из свойства
следует, что характеристическая функция
случайной величины
,
имеющей симметричный относительно оси
ординат закон распределения, являетсявещественной
(в этом случае
и поэтому
).
.
Характеристическая функция
любой случайной величины
является неотрицательно определенной
функцией, то есть для любого
,
для любых
и любых комплексных чисел
.
▲ В
соответствии с определением
характеристической функции имеем:

■.
Замечание.
На самом деле справедливо более общее
утверждение, известное как теорема
Бохнера-Хинчина. Для того, чтобы
непрерывная функция
,
удовлетворяющая условию
,
была характеристической функцией,
необходимо и достаточно, чтобы она была
неотрицательно определенной (свойство
доказывает эту теорему в одну сторону).
.
Для любых вещественных чисел


(преобразование характеристической функции при линейном преобразовании).
▲ Действительно, в соответствии с определением характеристической функции имеем:
■.
.
Характеристическая функция суммы
независимых случайных величин равна
произведению характеристических функций
слагаемых:
если
- независимые случайные величины, а
,
то
.
Свойство
означает, что свертке законов распределения
независимых случайных величин
соответствует произведение их
характеристических функций.
▲ В
соответствии со свойствами математического
ожидания имеем:
■.
.
Если у случайной величины
при некотором
существует момент порядка
,
то есть
,
то характеристическая функция
случайной величины
раз непрерывно дифференцируема и ее
-я
производная в нуле
связана с моментом порядка
соотношением:
.
В
частности,
,
,
.
▲ Докажем
свойство в непрерывном случае, когда
случайная величина
имеет плотность вероятностей
и ее характеристическая функция
.
(в дискретном случае доказать самостоятельно).
Формальное
дифференцирование характеристической
функции
раз по
дает:
,
откуда
.
Законность дифференцирования под знаком интеграла определяется тем фактом, что

и
существованием момента
-го
порядка ■.
Замечание.
При четном
справедливо и обратное утверждение:
если характеристическая функция
случайной величины
имеет производную
-го
порядка в нуле
,
то у нее существуют моменты
всех порядков
до
включительно и
.
.
Если у случайной величины
существует момент порядка
,
то есть
,
то ее характеристическая функция
в окрестности точки
разлагается в ряд Тейлора:

.
▲ Свойство
следует из свойства
и определения ряда Тейлора ■.
(формула
обращения).
Если
- функция распределения случайной
величины
,
а
- ее характеристическая функция, то для
любых двух точек
,
в которых функция распределения
является непрерывной, справедливо
равенство:
.
▲ Докажем
свойство для непрерывной случайной
величины
с плотностью вероятностей
и абсолютно интегрируемой характеристической
функцией
:
(общий случай см. в учебнике А.А. Боровкова
«Теория вероятностей»).
Поскольку
в соответствии с (4.23) у непрерывной
случайной величины
характеристическая функция
является преобразованием Фурье от
плотности вероятностей
:
,
то
абсолютная интегрируемость
является достаточным условием
существования обратного преобразования
Фурье, в соответствии с которым
.
Интегрируя
обе части последнего равенства по
в пределах от
до
,
получаем:

,
что и доказывает формулу обращения в непрерывном случае ■.
Непосредственно
из свойства
вытекают следующие утверждения.
Следствие
1. Если
характеристическая функция
некоторой случайной величины
абсолютно интегрируема:
,
то эта случайная величина является
непрерывной и ее плотность вероятностей
есть обратное преобразование Фурье от
характеристической функции:
.
Следствие
2. Абсолютно
интегрируемая функция
:
,
удовлетворяющая свойствам
и
,
является характеристической тогда и
только тогда, когда ее преобразование
Фурье всюду неотрицательно:
для любого
.
▲ В
этом случае преобразование Фурье
,
где
- плотность вероятностей некоторой
непрерывной случайной величины
,
являющаяся функцией неотрицательной
для любого
■.
Замечание.
Фактически утверждение следствия 2
позволяет проверять свойство
неотрицательной определенности абсолютно
интегрируемой функции
.
Если функция
,
удовлетворяющая свойствам
и
,
абсолютно интегрируемой не является,
но допускает представление в виде ряда
Фурье
,
то она является характеристической
функцией (и, следовательно, обладает
свойством неотрицательной определенности)
дискретной случайной величины
,
принимающей значения
с вероятностями
.
Следствие 3 (теорема единственности).
Характеристическая
функция
случайной величины
однозначно определяет ее функцию
распределения
.
▲ Следует
из формулы обращения
и того, что разности
при любых
однозначно определяют функцию
распределения
■.
