Слайд 1Теория вероятностей и математическая статистика
Неравенства и предельные теоремы
ЛЕКЦИЯ 8
Слайд 2Неравенства
Неравенство Маркова.
Для любой случайной величины ξ и для любого ε
> 0
Слайд 4Неравенство Чебышёва
Для любой случайной величины ξ и для любого ε
>0
Слайд 5Доказательство
В неравенстве
Маркова (1)
подставим
вместо ξ
ξ –Mξ
и возьмем
k=2.
Слайд 6Пример применения неравенства Чебышёва
Оценить вероятность того, что сл.в. отклонится от
своего матожидания
на величину
≥ 2σ,
где σ – средне –квадратичное отклонение.
Слайд 7Неравенства
Неравенство Коши – Буняковского – Шварца.
Слайд 8Сходимость по вероятности
Определение. Последовательность случайных величин ξ1, ξ2 ,…, ξn
сходится по вероятности
к сл. в. ξ, если для
любого ε > 0
Слайд 9Сходимость по вероятности
Обозначение:
Замечание:
«p» есть сокращение от «probability»
Слайд 10Пример
Последовательность случайных величин
ξ1, ξ2 ,…, ξn задана законом:
Слайд 11Закон больших чисел (ЗБЧ)
Определение. Говорят, что к последовательности случайных величин
ξ1, ξ2 ,…, ξn с математическими ожиданиями Mξi = ai,
i=0,1,…,n, применим закон больших чисел, если
Слайд 12
Смысл: среднее значение случайных величин стремится по вероятности к среднему
их матожиданий (то есть, к постоянной величине).
Замечание. ЗБЧ справедлив при
некоторых условиях. Различные группы условий определяют разные формы закона больших чисел.
Слайд 13ЗБЧ в форме Чебышёва
Теорема. Если для последовательности случайных величин {ξn}
с математическими ожиданиями Mξi=ai
и с
дисперсиями Dξi=σ2i, i=0,1,…,n, выполняются условия:
сл.в. {ξn} независимы;
дисперсии всех сл.в. {ξn} ограничены одним и тем же числом, (σ2i ≤ A для всех i),
то к {ξn} применим ЗБЧ, то есть
Слайд 14
Доказательство основано на неравенстве Чебышёва. Надо показать, что выполняется определение
сходимости по вероятности.
Слайд 15Доказательство ЗБЧ в форме Чебышёва
Слайд 17ЗБЧ в форме Бернулли
Теорема. Пусть осуществляется серия из n независимых
опытов, проводимых по схеме Бернулли с параметром p, пусть m
– число успехов, m/n – частота успехов в данной серии испытаний. Тогда
Слайд 18Доказательство ЗБЧ в форме Бернулли
Рассмотрим случайную величину ξi, равную числу
успехов в i –ом испытании, i = 1, …, n.
Случайные величины ξi имеют распределение Бернулли. Число успехов в n испытаниях, равное m, можно представить как сумму успехов в отдельных испытаниях.
Слайд 19ai = Mξi = p.
Таким образом,
(*) можно записать
в
виде (**),
что представляет
из себя
формулировку
ЗБЧ.
Слайд 20
ξi независимы и их дисперсии ограничены одним числом
(Dξi = pq < 1)
следовательно,
выполняются
условия ЗБЧ
в форме
Чебышёва.
Слайд 21ЗБЧ в форме Пуассона
Теорема. Пусть осуществляется серия из n независимых
опытов, причем вероятность успеха в i –м опыте равна
pi. Пусть m – число успехов, m/n – частота успехов в данной серии испытаний. Тогда
Слайд 22Доказательство ЗБЧ в форме Пуассона
Рассмотрим случайную величину ξi, равную числу
успехов в i–м испытании, i =1, …, n.
Случайные
величины ξi имеют распределение Бернулли, ai = Mξi = pi.
Замечание. Единственное отличие от предыдущей теоремы – что величины имеют различные матожидания ai = Mξi = pi и различные дисперсии Dξi = piqi.
Доказательство проводится как в предыдущем случае.
Слайд 23ЗБЧ в форме Хинчина
Теорема. Для того, чтобы к последовательности
случайных величин
{ξn} был применим ЗБЧ,
достаточно, чтобы:
сл.в. {ξn} независимы;
сл.в. {ξn} одинаково распределены.
Тогда
Слайд 24Центральная предельная теорема (ЦПТ)
В теоремах этой группы выясняются условия, при
которых возникает нормальное распределение. Общим для этих теорем является следующее
обстоятельство: закон распределения суммы достаточно большого числа независимых случайных величин при некоторых условиях неограниченно приближается к нормальному.
Слайд 25Центральная предельная теорема для независимых одинаково распределенных сл. в.
Если случайные
величины {ξn} независимы, одинаково распределены и имеют конечные математические ожидания
Mξi=a и дисперсии Dξi=σ2,… i=0,1,…,n, то при n→∞
Слайд 26Смысл ЦПТ для н.о.р.сл.в.
Закон распределения суммы достаточно большого числа независимых
одинаково распределенных случайных величин приближается к нормальному закону.
При числе
слагаемых около 10 закон распределения суммы уже близок к нормальному.
Слайд 27ЦПТ
Теорема Ляпунова. Если случайная величина ξ представляет собой сумму
большого числа независимых случайных величин ξ1, ξ2,…,ξn, влияние каждой из
которых на всю сумму равномерно мало, то величина ξ имеет распределение, близкое к нормальному, и тем ближе, чем больше n.
Слайд 28Смысл ЦПТ в форме Ляпунова
Закон распределения суммы достаточно большого числа
независимых случайных величин, каждая из которых мало влияет на сумму,
приближается к нормальному закону.
При этом важно то, что законы распределения суммируемых случайных величин могут быть любыми, заранее не известными исследователю.
При числе слагаемых около 10 закон распределения суммы уже близок к нормальному.
Слайд 30Практическое значение ЦПТ
Многие случайные величины можно рассматривать как сумму отдельных
независимых слагаемых.
Например:
ошибки различных измерений;
отклонения размеров деталей, изготовляемых
при неизменном технологическом режиме;
распределение числа продаж некоторого товара, объемов прибыли от реализации однородного товара различными производителями;
Слайд 31
валютные курсы;
рост, вес животных и растений данного вида;
отклонение точки
падения снаряда от цели. Из ЦПТ следует, что они могут
рассматриваться как суммарный результат большого числа слагаемых и потому приближенно следовать нормальному закону распределения.