От большого числа факторов а. Закон больших чисел в форме чебышева. Слабый закон больших чисел

Функция распределения случайной величины и ее свойства.

Функцией распределения случайной величины Х называется функция F(Х), выражающая для каждого х вероятность того, что случайная величина Х примет значение, меньшее х: F(x)=P(X

Функцию F(x) иногда называют интегральной функцией распределения или интегральным законом распределения.

Свойства функции распределения:

1.Функция распределения случайной величины есть неотрицательная функция, заключенная между нулем и единицей:

0 ≤ F(x) ≤ 1.

2. Функция распределения случайной величины есть неубывающая функция на всей числовой оси.

3. На минус бесконечности функция распределения равна нулю, на плюс бесконечности равна единицы, т.е.: F(-∞)= , F(+∞)= .

4.Вероятность попадания случайной величины в интервал [х1,х2) (включая х1) равна прирощению ее функции распределения на этом интервале, т.е. Р(х 1 ≤ Х < х 2) = F(x 2) - F(x 1).

Неравенство Маркова и Чебышева

Неравенство Маркова

Теорема : Если случайная величина Х принимает только неотрицательные значения и имеет математическое ожидание, то для любого положительного числа А верно равенство: P(x>A) ≤ .

Так как события Х > А и Х ≤ А противоположные, то заменяя Р(Х >А) выражаем 1 - Р(Х ≤ А), придем к другой форме неравенства Маркова: P(X ≥ A) ≥1 - .

Неравенство Маркова к применимо к любым неотрицательным случайным величинам.

Неравенство Чебышева

Теорема: Для любой случайной величины, имеющей математическое ожидание и дисперсию, справедливо неравенство Чебышева:

Р (|Х – a| > ε) ≤ D(X)/ε 2 или Р (|Х – a| ≤ ε) ≥ 1 – DX/ε 2 ,где а= М(Х), ε>0.

Закон больших чисел « в форме» теоремы Чебышева.

Теорема Чебышева: Если дисперсии n независимых случайных величин Х1, Х2,…. Хn ограничены одной и той же постоянной, то при неограниченном увеличении числа n средняя арифметическая случайных величин сходится по вероятности к средней арифметической их математических ожиданий а 1 ,а 2 ….,а n , т.е .

Смысл закона больших чисел заключается в том, что средние значения случайных величин стремятся к их математическому ожиданию при n → ∞ по вероятности. Отклонение средних значений от математического ожидания становится сколь угодно малым с вероятностью, близкой к единице, если n достаточно велико. Другими словами, вероятность любого отклонения средних значений от а сколь угодно мала с ростом n .

30. Теорема Бернулли .

Теорема Бернулли: Частость события в n повторных независимых испытаниях, в каждом из которых оно может произойти с одной и той же вероятностью р, при неограниченном увеличении числа n сходиться по вероятности к вероятности р этого события в отдельном испытании: \

Теорема Бернулли является следствием теоремы Чебышева, ибо частость события можно представить как среднюю арифметическую n независимых альтернативных случайных величин, имеющих один и тот же закон распределения.

18.Математическое ожидание дискретной и непрерывной случайной величины и их свойства .

Математическим ожиданием называется сумма произведений всех ее значений на соответствующие им вероятности

Для дискретной случайной величины:

Для непрерывной случайной величины:

Свойства математического ожидания:

1. Математическое ожидание постоянной величины равно самой постоянной: М(С)=С

2. Постоянный множитель можно вынести за знак математического ожидания, т.е М(кХ)=кМ(Х).

3. Математическое ожидание алгебраической суммы конечного числа случайных величин равно такой же сумме их математических ожиданий, т.е. M(X±Y)=M(X)±M(Y).

4. Математическое ожидание произведения конечного числа независимых случайных величин равно произведению их математических ожиданий: M(XY)=M(X)*M(Y).

5. Если все значения случайной величины увеличить (уменьшить) на постоянную С, то на эту же постоянную С увеличиться (уменьшиться) математическое ожидание этой случайной величины: M(X±C)=M(X)±C.

6. Математическое ожидание отклонения случайной величины от ее математического ожидания равно нулю: M=0.

Если явление устойчивости средних имеет место в действительности, то в математической модели, с помощью которой мы изучаем случайные явления, должна существовать отражающая этот факт теорема.
В условиях этой теоремы введем ограничения на случайные величины X 1 , X 2 , …, X n :

а) каждая случайная величина Х i имеет математическое ожидание

M (Х i ) = a ;

б) дисперсия каждой случайной величины конечна или, можно сказать, что дисперсии ограничены сверху одним и тем же числом, например С , т. е.

D (Х i ) < C, i = 1, 2, …, n ;

в) случайные величины попарно независимы, т. е. любые две X i и X j при i ¹ j независимы.

Тогда, очевидно

D (X 1 + X 2 + … + X n )= D (X 1) + D (X 2) + ... + D (X n ).

Сформулируем закон больших чисел в форме Чебышева.

Теорема Чебышева: при неограниченном увеличении числа n независимых испытаний «средняя арифметическая наблюдаемых значений случайной величины сходится по вероятности к ее математическому ожиданию », т. е. для любого положительного ε

Р (| – а| < ε ) = 1. (4.1.1)

Смысл выражения «средняя арифметическая = сходится по вероятности к a» состоит в том, что вероятность того, что будет сколь угодно мало отличаться от a , неограниченно приближается к 1 с ростом числа n .

Доказательство. Для конечного числа n независимых испытаний применим неравенство Чебышева для случайной величины = :

Р (|– M ()| < ε ) ≥ 1 – . (4.1.2)

Учитывая ограничения а – в, вычислим M ( ) и D ( ):

M ( ) = = = = = = а ;

D ( ) = = = = = = .

Подставляя M ( ) и D ( ) в неравенство (4.1.2), получим

Р (| – а| < ε )≥1 – .

Если в неравенстве (4.1.2) взять сколь угодно малое ε >0и n ® ¥, то получим

что и доказывает теорему Чебышева.

Из рассмотренной теоремы вытекает важный практический вывод: неизвестное нам значение математического ожидания случайной величины мы вправе заменить средним арифметическим значением, полученным по достаточно большому числу опытов. При этом, чем больше опытов для вычисления, тем с большей вероятностью (надежностью) можно ожидать, что связанная с этой заменой ошибка ( – а )не превзойдет заданную величину ε .

Кроме того, можно решать другие практические задачи. Например, по значениям вероятности (надежности) Р = Р (| – а| < ε )и максимальной допустимой ошибке ε определить необходимое число опытов n ; по Р и п определить ε; по ε и п определить границу вероятности события | – а | < ε.

Частный случай . Пусть при n испытаниях наблюдаются n значений случайной величины X, имеющей математическое ожидание M (X ) и дисперсию D (X ). Полученные значения можно рассматривать как случайные величины Х 1 , Х 2 , Х 3 , ... , Х n ,. Это следует понимать так: серия из п испытаний проводится неоднократно, поэтому в результате i -го испытания, i = l, 2, 3, ..., п , в каждой серии испытаний появится то или иное значение случайной величины X , не известное заранее. Следовательно, i -e значение x i случайной величины, полученное в i -м испытании, изменяется случайным образом, если переходить от одной серии испытаний к другой. Таким образом, каждое значение x i можно считать случайной величиной X i .

Предположим, что испытания удовлетворяют следующим требованиям:

1. Испытания независимы. Это означает, что результаты Х 1 , Х 2 ,
Х 3 , ..., Х n испытаний – независимые случайные величины.

2. Испытания проводятся в одинаковых условиях – это означает, с точки зрения теории вероятностей, что каждая из случайных величин Х 1 , Х 2 , Х 3 , ... , Х n имеет такой же закон распределения, что и исходная величина X , поэтому M (X i ) = M (X )и D (X i ) = D (X ), i = 1, 2, .... п.

Учитывая вышеуказанные условия, получим

Р (| – а| < ε )≥1 – . (4.1.3)

Пример 4.1.1. X равна 4. Сколько требуется произвести независимых опытов, чтобы с вероятностью не менее 0,9 можно было ожидать, что среднее арифметическое значение этой случайной величины будет отличаться от математического ожидания менее чем на 0,5?

Решение .По условию задачи ε = 0,5; Р (| – а|< 0,5) ≥ 0,9. Применив формулу (4.1.3) для случайной величины Х , получим

P (|– M (X )| < ε ) ≥ 1 – .

Из соотношения

1 – = 0,9

определим

п = = = 160.

Ответ : требуется произвести 160 независимых опытов.

Если предположить, что средняя арифметическая распределена нормально, то получаем:

Р (| – а| < ε )= 2Φ () ≥ 0,9.

Откуда, воспользовавшись таблицей функции Лапласа, получим ≥
≥ 1,645, или ≥ 6,58, т. е. n ≥49.

Пример4.1.2. Дисперсия случайной величины Х равна D(Х ) = 5. Произведено 100 независимых опытов, по которым вычислено . Вместо неизвестного значения математического ожидания а принята . Определить максимальную величину ошибки, допускаемую при этом с вероятностью не менее 0,8.

Решение. По условию задачи n = 100, Р (| – а| < ε ) ≥0,8. Применим формулу (4.1.3)

Р (| – а| < ε ) ≥1 – .

Из соотношения

1 – = 0,8

определим ε :

ε 2 = = = 0,25.

Следовательно, ε = 0,5.

Ответ : максимальная величина ошибки ε = 0,5.

4.2. Закон больших чисел в форме Бернулли

Хотя в основе любого статистического вывода лежит понятие вероятности, мы лишь в немногих случаях можем определить вероятность события непосредственно. Иногда эту вероятность можно установить из соображений симметрии, равной возможности и т.п., но универсального метода, который позволял бы для произвольного события указать его вероятность, не существует. Теорема Бернулли дает возможность приближенной оценки вероятности, если для интересующего нас события А можно проводить повторные независимые испытания. Пусть произведено п независимых испытаний, в каждом из которых вероятность появления некоторого события А постоянна и равна р.

Теорема Бернулли. При неограниченном возрастании числа независимых испытаний п относительная частота появления события А сходится по вероятности к вероятности p появления события А ,т. е.

P (½ - p ½≤ ε) = 1, (4.2.1)

где ε – сколь угодно малое положительное число.

Для конечного n при условии, что , неравенство Чебышева для случайной величины будет иметь вид:

P (| – p| < ε ) ≥ 1 – .(4.2.2)

Доказательство. Применим теорему Чебышева. Пусть X i – число появлений события А в i -ом испытании, i = 1, 2, . . . , n . Каждая из величин X i может принять лишь два значения:

X i = 1 (событие А наступило) с вероятностью p ,

X i = 0 (событие А не наступило) с вероятностью q = 1– p .

Пусть Y n = . Сумма X 1 + X 2 + … + X n равна числу m появлений события А в n испытаниях (0 m n ), а, значит, Y n = – относительная частота появления события А в n испытаниях. Математическое ожидание и дисперсия X i равны соответственно:

M ( ) = 1∙p + 0∙q = p ,

Пример 4.2.1. С целью установления доли брака продукции было проверено по схеме возвратной выборки 1000 единиц. Какова вероятность того, что установленная этой выборкой доля брака по абсолютной величине будет отличаться от доли брака по всей партии не более чем на 0,01, если известно, что в среднем на каждые 10000 изделий приходится 500 бракованных?

Решение. По условию задачи число независимых испытаний n = 1000;

p = = 0,05; q = 1 – p = 0,95; ε = 0,01.

Применяя формулу (4.2.2), получим

P (| – p| < 0,01) ≥ 1 – = 1 – = 0,527.

Ответ : с вероятностью не менее 0,527 можно ожидать, что выборочная доля брака (относительная частота появления брака) будет отличаться от доли брака во всей продукции (от вероятности брака) не более чем на 0,01.

Пример 4.2.2. При штамповке деталей вероятность брака составляет 0,05. Сколько нужно проверить деталей, чтобы с вероятностью не менее 0,95 можно было ожидать, что относительная частота бракованных изделий будет отличаться от вероятности брака менее чем на 0,01?

Решение. По условию задачи р = 0,05; q = 0,95; ε = 0,01;

P (| – p| <0,01) ≥ 0,95.

Из равенства 1 – = 0,95 находим n :

n = = =9500.

Ответ : необходимо проверить 9500 деталей.

Замечание. Оценки необходимого числа наблюдений, получаемые при применении теоремы Бернулли (или Чебышева), очень преувеличены. Существуют более точные оценки, предложенные Бернштейном и Хинчиным, но требующие более сложного математического аппарата. Чтобы избежать преувеличения оценок, иногда пользуются формулой Лапласа

P (| – p| < ε ) ≈ 2Φ .

Недостатком этой формулы является отсутствие оценки допускаемой погрешности.
ЛЕКЦИЯ 5
Повторение пройденного
Часть 1 - ГЛАВА 9. ЗАКОН БОЛЬШИХ ЧИСЕЛ. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ
При статистическом определении
вероятности она трактуется как некоторое
число, к которому стремится относительная
частота случайного события. При
аксиоматическом определении вероятность –
это, по сути, аддитивная мера множества
исходов, благоприятствующих случайному
событию. В первом случае имеем дело с
эмпирическим пределом, во втором – с
теоретическим понятием меры. Совсем не
очевидно, что они относятся к одному и тому же
понятию. Связь разных определений
вероятности устанавливает теорема Бернулли,
являющаяся частным случаем закона больших
чисел.
При увеличении числа испытаний
биномиальный закон стремится к
нормальному распределению. Это теорема
Муавра–Лапласа, которая является
частным случаем центральной предельной
теоремы. Последняя гласит, что функция
распределения суммы независимых
случайных величин с ростом числа
слагаемых стремится к нормальному
закону.
Закон больших чисел и центральная
предельная теорема лежат в основании
математической статистики.
9.1. Неравенство Чебышева
Пусть случайная величина ξ имеет
конечные математическое ожидание
M[ξ] и дисперсию D[ξ]. Тогда для
любого положительного числа ε
справедливо неравенство:
Примечания
Для противоположного события:
Неравенство Чебышева справедливо для
любого закона распределения.
Положив
факт:
, получаем нетривиальный
9.2. Закон больших чисел в форме Чебышева
Теорема Пусть случайные величины
попарно независимы и имеют конечные
дисперсии, ограниченные одной и той же
постоянной
Тогда для
любого
имеем
Таким образом, закон больших чисел говорит о
сходимости по вероятности среднего арифметического случайных величин (т. е. случайной величины)
к среднему арифметическому их мат. ожиданий (т. е.
к не случайной величине).
9.2. Закон больших чисел в форме Чебышева: дополнение
Теорема (Маркова): закон больших
чисел выполняется, если дисперсия
суммы случайных величин растет не
слишком быстро с ростом n:
10. 9.3. Теорема Бернулли
Теорема: Рассмотрим схему Бернулли.
Пусть μn – число наступлений события А в
n независимых испытаниях, р – вероятность наступления события А в одном
испытании. Тогда для любого
Т.е. вероятность того, что отклонение
относительной частоты случайного события от
его вероятности р будет по модулю сколь угодно
мало, оно стремится к единице с ростом числа
испытаний n.
11.
Доказательство: Случайная величина μn
распределена по биномиальному закону, поэтому
имеем
12. 9.4. Характеристические функции
Характеристической функцией случайной
величины называется функция
где exp(x) = ex.
Таким образом,
представляет собой
математическое ожидание некоторой
комплексной случайной величины
связанной с величиной. В частности, если
– дискретная случайная величина,
заданная рядом распределения {xi, pi}, где i
= 1, 2,..., n, то
13.
Для непрерывной случайной величины
с плотностью распределения
вероятности
14.
15. 9.5. Центральная предельная теорема (теорема Ляпунова)
16.
Повторили пройденное
17. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ
ЧАСТЬ II. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
СТАТИСТИКА
18. Эпиграф
«Существует три вида лжи: ложь,
наглая ложь и статистика»
Бенджамин Дизраэли
19. Введение
Две основные задачи математической
статистики:
сбор и группировка статистических
данных;
разработка методов анализа
полученных данных в зависимости от
целей исследования.
20. Методы статистического анализа данных:
оценка неизвестной вероятности события;
оценка неизвестной функции
распределения;
оценка параметров известного
распределения;
проверка статистических гипотез о виде
неизвестного распределения или о
значениях параметров известного
распределения.
21. ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ
22. 1.1. Генеральная совокупность и выборка
Генеральная совокупность - все
множество исследуемых объектов,
Выборка – набор объектов, случайно
отобранных из генеральной совокупности
для исследования.
Объем генеральной совокупности и
объем выборки - число объектов в генеральной совокупности и выборке - будем
обозначать соответственно как N и n.
23.
Выборка бывает повторной, когда
каждый отобранный объект перед
выбором следующего возвращается в
генеральную совокупность, и
бесповторной, если отобранный
объект в генеральную совокупность не
возвращается.
24. Репрезентативная выборка:
правильно представляет особенности
генеральной совокупности, т.е. является
репрезентативной (представительной).
По закону больших чисел, можно утверждать,
что это условие выполняется, если:
1) объем выборки n достаточно большой;
2) каждый объект выборки выбран случайно;
3) для каждого объекта вероятность попасть
в выборку одинакова.
25.
Генеральная совокупность и выборка
могут быть одномерными
(однофакторными)
и многомерными (многофакторными)
26. 1.2. Выборочный закон распределения (статистический ряд)
Пусть в выборке объемом n
интересующая нас случайная величина ξ
(какой-либо параметр объектов
генеральной совокупности) принимает n1
раз значение x1, n2 раза – значение x2,... и
nk раз – значение xk. Тогда наблюдаемые
значения x1, x2,..., xk случайной величины
ξ называются вариантами, а n1, n2,..., nk
– их частотами.
27.
Разность xmax – xmin есть размах
выборки, отношение ωi = ni /n –
относительная частота варианты xi.
Очевидно, что
28.
Если мы запишем варианты в возрастающем порядке, то получим вариационный ряд. Таблица, состоящая из таких
упорядоченных вариант и их частот
(и/или относительных частот)
называется статистическим рядом или
выборочным законом распределения.
-- Аналог закона распределения дискретной
случайной величины в теории вероятности
29.
Если вариационный ряд состоит из очень
большого количества чисел или
исследуется некоторый непрерывный
признак, используют группированную
выборку. Для ее получения интервал, в
котором заключены все наблюдаемые
значения признака, разбивают на
несколько обычно равных частей
(подинтервалов) длиной h. При
составлении статистического ряда в
качестве xi обычно выбирают середины
подинтервалов, а ni приравнивают числу
вариант, попавших в i-й подинтервал.
30.
40
- Частоты -
35
30
n2
n3
ns
n1
25
20
15
10
5
0
a
a+h/2 a+3h/2
- Варианты -
b-h/2
b
31. 1.3. Полигон частот, выборочная функция распределения
Отложим значения случайной величины xi по
оси абсцисс, а значения ni – по оси ординат.
Ломаная линия, отрезки которой соединяют
точки с координатами (x1, n1), (x2, n2),..., (xk,
nk), называется полигоном
частот. Если вместо
абсолютных значений ni
на оси ординат отложить
относительные частоты ωi,
то получим полигон относительных частот
32.
По аналогии с функцией распределения
дискретной случайной величины по
выборочному закону распределения можно
построить выборочную (эмпирическую)
функцию распределения
где суммирование выполняется по всем
частотам, которым соответствуют значения
вариант, меньшие x. Заметим, что
эмпирическая функция распределения
зависит от объема выборки n.
33.
В отличие от функции
,найденной
для случайной величины ξ опытным
путем в результате обработки статистических данных, истинную функцию
распределения
,связанную с
генеральной совокупностью, называют
теоретической. (Обычно генеральная
совокупность настолько велика, что
обработать ее всю невозможно, т.е.
исследовать ее можно только
теоретически).
34.
Заметим, что:
35. 1.4. Свойства эмпирической функции распределения
Ступенчатый
вид
36.
Еще одним графическим представлением
интересующей нас выборки является
гистограмма – ступенчатая фигура,
состоящая из прямоугольников, основаниями которых служат подинтервалы
шириной h, а высотами – отрезки длиной
ni/h (гистограмма частот) или ωi/h
(гистограмма относительных частот).
В первом случае
площадь гистограммы равна объему
выборки n, во
втором – единице
37. Пример
38. ГЛАВА 2. ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫБОРКИ
39.
Задача математической статистики –
по имеющейся выборке получить
информацию о генеральной
совокупности. Числовые характеристики репрезентативной выборки -оценка соответствующих характеристик
исследуемой случайной величины,
связанной с генеральной
совокупностью.
40. 2.1. Выборочное среднее и выборочная дисперсия, эмпирические моменты
Выборочным средним называется
среднее арифметическое значений
вариант в выборке
Выборочное среднее используется для
статистической оценки математического
ожидания исследуемой случайной величины.
41.
Выборочной дисперсией называется
величина, равная
Выборочным средним квадратическим
отклонением –
42.
Легко показать, что выполняется
следующее соотношение, удобное для
вычисления дисперсии:
43.
Другими характеристиками
вариационного ряда являются:
мода M0 – варианта, имеющая
наибольшую частоту, и медиана me –
варианта, которая делит вариационный
ряд на две части, равные числу
вариант.
2, 5, 2, 11, 5, 6, 3, 13, 5 (мода = 5)
2, 2, 3, 5, 5, 5, 6, 11,13 (медиана = 5)
44.
По аналогии с соответствующими
теоретическими выражениями можно
построить эмпирические моменты,
применяемые для статистической
оценки начальных и центральных
моментов исследуемой случайной
величины.
45.
По аналогии с моментами
теории
вероятностей начальным эмпирическим
моментом порядка m называется величина
центральным эмпирическим моментом
порядка m -
46. 2.2. Свойства статистических оценок параметров распределения: несмещен-ность, эффективность, состоятельность
2.2. Свойства статистических оценок
параметров распределения: несмещенность, эффективность, состоятельность
После получения статистических оценок
параметров распределения случайной
величины ξ: выборочного среднего, выборочной дисперсии и т. д., необходимо убедиться,
что они являются хорошим приближением
для соответствующих параметров
теоретического распределения ξ.
Найдем условия, которые должны для этого
выполняться.
47.
48.
Статистическая оценка A* называется
несмещенной, если ее математическое
ожидание равно оцениваемому параметру
генеральной совокупности A при любом
объеме выборки, т.е.
Если это условие не выполняется, оценка
называется смещенной.
Несмещенность оценки не является достаточным
условием хорошего приближения статистической
оценки A* к истинному (теоретическому) значению
оцениваемого параметра A.
49.
Разброс отдельных значений
относительно среднего значения M
зависит от величины дисперсии D.
Если дисперсия велика, то значение
найденное по данным одной выборки,
может значительно отличаться от
оцениваемого параметра.
Следовательно, для надежного
оценивания дисперсия D должна
быть мала. Статистическая оценка
называется эффективной, если при
заданном объеме выборки n она имеет
наименьшую возможную дисперсию.
50.
К статистическим оценкам
предъявляется еще требование
состоятельности. Оценка называется
состоятельной, если при n → она
стремится по вероятности к
оцениваемому параметру. Заметим, что
несмещенная оценка будет
состоятельной, если при n → ее
дисперсия стремится к 0.
51. 2.3. Свойства выборочного среднего
Будем полагать, что варианты x1, x2,..., xn
являются значениями соответствующих
независимых одинаково распределенных случайных величин
,
имеющих математическое ожидание
и дисперсию
. Тогда
выборочное среднее можно
рассматривать как случайную величину
52.
Несмещенность. Из свойств
математического ожидания следует, что
т.е. выборочное среднее является
несмещенной оценкой математического
ожидания случайной величины.
Можно также показать эффективность
оценки по выборочному среднему математического ожидания (для нормального
распределения)
53.
Состоятельность. Пусть a – оцениваемый
параметр, а именно математическое
ожидание генеральной совокупности
– дисперсия генеральной совокупности
.
Рассмотрим неравенство Чебышева
У нас:
тогда
. При n → правая часть
неравенства стремится к нулю для любого ε > 0, т.е.
и, следовательно, величина X, представляющая выборочную
оценку, стремится к оцениваемому параметру a по вероятности.
54.
Таким образом, можно сделать вывод,
что выборочное среднее является
несмещенной, эффективной (по
крайней мере, для нормального
распределения) и состоятельной
оценкой математического ожидания
случайной величины, связанной с
генеральной совокупностью.
55.
56.
ЛЕКЦИЯ 6
57. 2.4. Свойства выборочной дисперсии
Исследуем несмещенность выборочной дисперсии D* как
оценки дисперсии случайной величины
58.
59.
60. Пример
Найти выборочное среднее, выборочную
дисперсию и среднее квадратическое
отклонение, моду и исправленную выборочную
дисперсию для выборки, имеющей следующий
закон распределения:
Решение:
61.
62. ГЛАВА 3. ТОЧЕЧНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗВЕСТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
63.
Будем считать, что общий вид закона
распределения нам известен и
остается уточнить детали –
параметры, определяющие его
действительную форму. Существует
несколько методов решения этой
задачи, два из которых мы
рассмотрим: метод моментов и метод
наибольшего правдоподобия
64. 3.1. Метод моментов
65.
Метод моментов, развитый Карлом
Пирсоном в 1894 г., основан на
использовании этих приближенных равенств:
моменты
рассчитываются
теоретически по известному закону
распределения с параметрами θ, а
выборочные моменты
вычисляются
по имеющейся выборке. Неизвестные
параметры
определяются в
результате решения системы из r уравнений,
связывающих соответствующие
теоретический и эмпирический моменты,
например,
.
66.
Можно показать, что оценки
параметров θ, полученные методом
моментов, состоятельны, их
математические ожидания отличаются
от истинных значений параметров на
величину порядка n–1, а средние
квадратические отклонения являются
величинами порядка n–0,5
67. Пример
Известно, что характеристика ξ объектов
генеральной совокупности, являясь случайной
величиной, имеет равномерное распределение, зависящее от параметров a и b:
Требуется определить методом моментов
параметры a и b по известному выборочному
среднему
и выборочной дисперсии
68. Напоминание
α1 – мат.ожидание β2 - дисперсия
69.
(*)
70.
71. 3.2. Метод наибольшего правдоподобия
В основе метода лежит функция правдоподобия
L(x1, x2,..., xn, θ), являющаяся законом
распределения вектора
, где
случайные величины
принимают значения
вариант выборки, т.е. имеют одинаковое
распределение. Поскольку случайные величины
независимы, функция правдоподобия имеет вид:
72.
Идея метода наибольшего
правдоподобия состоит в том, что мы
ищем такие значения параметров θ, при
которых вероятность появления в
выборке значений вариант x1, x2,..., xn
является наибольшей. Иными словами,
в качестве оценки параметров θ
берется вектор,при котором функция
правдоподобия имеет локальный
максимум при заданных x1, x2, …, xn:
73.
Оценки по методу максимального
правдоподобия получаются из
необходимого условия экстремума
функции L(x1,x2,..., xn,θ) в точке
74. Примечания:
1. При поиске максимума функции правдоподобия
для упрощения расчетов можно выполнить
действия, не изменяющие результата: во-первых,
использовать вместо L(x1, x2,..., xn,θ) логарифмическую функцию правдоподобия l(x1, x2,..., xn,θ) =
ln L(x1, x2,..., xn,θ); во-вторых, отбросить в выражении
для функции правдоподобия не зависящие от θ
слагаемые (для l) или положительные
сомножители (для L).
2. Оценки параметров, рассмотренные нами,
можно назвать точечными оценками, так как для
неизвестного параметра θ определяется одна
единственная точка
, являющаяся его
приближенным значением. Однако такой подход
может приводить к грубым ошибкам, и точечная
оценка может значительно отличаться от истинного
значения оцениваемого параметра (особенно в
случае выборки малого объема).
75. Пример
Решение. В данной задаче следует оценить
два неизвестных параметра: a и σ2.
Логарифмическая функция правдоподобия
имеет вид
76.
Отбросив в этой формуле слагаемое, которое не
зависит от a и σ2, составим систему уравнений
правдоподобия
Решая, получаем:
77. ГЛАВА 4. ИНТЕРВАЛЬНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗВЕСТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
78.

(*)

79.
(*)
80. 4.1. Оценивание математического ожидания нормально распределенной величины при известной дисперсии

выборочное среднее
как значение случайной

81.
Имеем:
(1)
(2)
82.
(2)
(1)
(*)
(*)
83. 4.2. Оценивание математического ожидания нормально распределенной величины при неизвестной дисперсии
84.

степенями свободы. Плотность

величины есть
85.
86. Плотность распределения Стьюдента c n – 1 степенями свободы
87.
88.
89.

находить по формулам
90. 4.3. Оценивание среднего квадратического отклонения нормально распределенной величины

отклонением σ.

неизвестным математическим
ожиданием.
91. 4.3.1. Частный случай известного математического ожидания

Используя величины
,

выборочной дисперсии D*:
92.

величины
имеют нормальное

93.

условия
где
– плотность распределения χ2

94.
95.
96.
97. 4.3.2. Частный случай неизвестного математического ожидания

(где случайная величина

χ2 с n–1 степенями свободы.
98.
99. 4.4. Оценивание математического ожидания случайной величины для произвольной выборки

выборке большого объема (n >> 1).
100.

величин
, имеющих

дисперсию
, а полученное
выборочное среднее
как значение
случайной величины

величина
имеет асимптотически

.
101.

использовать формулу
102.
103.
Лекция 7
104.
Повторение пройденного
105. ГЛАВА 4. ИНТЕРВАЛЬНОЕ ОЦЕНИВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗВЕСТНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
106.
Задачу оценивания параметра известного
распределения можно решать путем
построения интервала, в который с заданной
вероятностью попадает истинное значение
параметра. Такой метод оценивания
называется интервальной оценкой.
Обычно в математике для оценки
параметра θ строится неравенство
(*)
где число δ характеризует точность оценки:
чем меньше δ, тем лучше оценка.
107.
(*)
108. 4.1. Оценивание математического ожидания нормально распределенной величины при известной дисперсии
Пусть исследуемая случайная величина ξ распределена по нормальному закону с известным
средним квадратическим отклонением σ и
неизвестным математическим ожиданием a.
Требуется по значению выборочного среднего
оценить математическое ожидание ξ.
Как и ранее, будем рассматривать получаемое
выборочное среднее
как значение случайной
величины, а значения вариант выборки x1, x2, …,
xn – соответственно как значения одинаково
распределенных независимых случайных величин
, каждая из которых имеет мат. ожидание a и среднее квадратическое отклонение σ.
109.
Имеем:
(1)
(2)
110.
(2)
(1)
(*)
(*)
111. 4.2. Оценивание математического ожидания нормально распределенной величины при неизвестной дисперсии
112.
Известно, что случайная величина tn,
заданная таким образом, имеет
распределение Стьюдента с k = n – 1
степенями свободы. Плотность
распределения вероятностей такой
величины есть
113.
114. Плотность распределения Стьюдента c n – 1 степенями свободы
115.
116.
117.
Примечание. При большом числе степеней
свободы k распределение Стьюдента
стремится к нормальному распределению с
нулевым математическим ожиданием и
единичной дисперсией. Поэтому при k ≥ 30
доверительный интервал можно на практике
находить по формулам
118. 4.3. Оценивание среднего квадратического отклонения нормально распределенной величины
Пусть исследуемая случайная величина
ξ распределена по нормальному закону
с математическим ожиданием a и
неизвестным средним квадратическим
отклонением σ.
Рассмотрим два случая: с известным и
неизвестным математическим
ожиданием.
119. 4.3.1. Частный случай известного математического ожидания
Пусть известно значение M[ξ] = a и требуется
оценить только σ или дисперсию D[ξ] = σ2.
Напомним, что при известном мат. ожидании
несмещенной оценкой дисперсии является
выборочная дисперсия D* = (σ*)2
Используя величины
,
определенные выше, введем случайную
величину Y, принимающую значения
выборочной дисперсии D*:
120.
Рассмотрим случайную величину
Стоящие под знаком суммы случайные
величины
имеют нормальное
распределение с плотностью fN (x, 0, 1).
Тогда Hn имеет распределение χ2 с n
степенями свободы как сумма квадратов n
независимых стандартных (a = 0, σ = 1)
нормальных случайных величин.
121.
Определим доверительный интервал из
условия
где
– плотность распределения χ2
и γ – надежность (доверительная
вероятность). Величина γ численно равна
площади заштрихованной фигуры на рис.
122.
123.
124.
125. 4.3.2. Частный случай неизвестного математического ожидания
На практике чаще всего встречается ситуация,
когда неизвестны оба параметра нормального
распределения: математическое ожидание a и
среднее квадратическое отклонение σ.
В этом случае построение доверительного
интервала основывается на теореме Фишера, из
кот. следует, что случайная величина
(где случайная величина
принимающая значения несмещенной
выборочной дисперсии s2, имеет распределение
χ2 с n–1 степенями свободы.
126.
127. 4.4. Оценивание математического ожидания случайной величины для произвольной выборки
Интервальные оценки математического
ожидания M[ξ], полученные для нормально
распределенной случайной величины ξ ,
являются, вообще говоря, непригодными для
случайных величин, имеющих иной вид
распределения. Однако есть ситуация, когда
для любых случайных величин можно
пользоваться подобными интервальными
соотношениями, – это имеет место при
выборке большого объема (n >> 1).
128.
Как и выше, будем рассматривать варианты
x1, x2,..., xn как значения независимых,
одинаково распределенных случайных
величин
, имеющих
математическое ожидание M[ξi] = mξ и
дисперсию
, а полученное
выборочное среднее
как значение
случайной величины
Согласно центральной предельной теореме
величина
имеет асимптотически
нормальный закон распределения c
математическим ожиданием mξ и дисперсией
.
129.
Поэтому, если известно значение дисперсии
случайной величины ξ, то можно
пользоваться приближенными формулами
Если же значение дисперсии величины ξ
неизвестно, то при больших n можно
использовать формулу
где s – исправленное ср.-кв. отклонение
130.
Повторили пройденное
131. ГЛАВА 5. ПРОВЕРКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ
132.
Статистической гипотезой называют гипотезу о
виде неизвестного распределения или о параметрах
известного распределения случайной величины.
Проверяемая гипотеза, обозначаемая обычно как
H0, называется нулевой или основной гипотезы.
Дополнительно используемая гипотеза H1,
противоречащая гипотезе H0, называется
конкурирующей или альтернативной.
Статистическая проверка выдвинутой нулевой
гипотезы H0 состоит в ее сопоставлении с
выборочными данными. При такой проверке
возможно появление ошибок двух видов:
а) ошибки первого рода – случаи, когда отвергается
правильная гипотеза H0;
б) ошибки второго рода – случаи, когда
принимается неверная гипотеза H0.
133.
Вероятность ошибки первого рода будем
называть уровнем значимости и обозначать
как α.
Основной прием проверки статистических
гипотез заключается в том, что по
имеющейся выборке вычисляется значение
статистического критерия – некоторой
случайной величины T, имеющей известный
закон распределения. Область значений T,
при которых основная гипотеза H0 должна
быть отвергнута, называют критической, а
область значений T, при которых эту гипотезу
можно принять, – областью принятия
гипотезы.
134.
135. 5.1. Проверка гипотез о параметрах известного распределения
5.1.1. Проверка гипотезы о математическом
ожидании нормально распределенной случайной
величины
Пусть случайная величина ξ имеет
нормальное распределение.
Требуется проверить предположение о том,
что ее математическое ожидание равно
некоторому числу a0. Рассмотрим отдельно
случаи, когда дисперсия ξ известна и когда
она неизвестна.
136.
В случае известной дисперсии D[ξ] = σ2,
как и в п. 4.1, определим случайную
величину, принимающую значения
выборочного среднего. Гипотеза H0
изначально формулируется как M[ξ] =
a0. Поскольку выборочное среднее
является несмещенной оценкой M[ξ], то
гипотезу H0 можно представить как
137.
Учитывая несмещенность исправленных
выборочных дисперсий, нулевую гипотезу можно
записать следующим образом:
где случайная величина
принимает значения исправленной выборочной
дисперсии величины ξ и аналогична случайной
величине Z, рассмотренной в п. 4.2.
В качестве статистического критерия выберем
случайную величину
принимающую значение отношения бóльшей
выборочной дисперсии к меньшей.
145.
Случайная величина F имеет
распределение Фишера – Снедекора с
числом степеней свободы k1 = n1 – 1 и k2
= n2 – 1, где n1 – объем выборки, по
которой вычислена бóльшая
исправленная дисперсия
, а n2 –
объем второй выборки, по которой
найдена меньшая дисперсия.
Рассмотрим два вида конкурирующих
гипотез
146.
147.
148. 5.1.3. Сравнение математических ожиданий независимых случайных величин
Сначала рассмотрим случай нормального
распределения случайных величин с известными
дисперсиями, а затем на его основе – более общий
случай произвольного распределения величин при
достаточно больших независимых выборках.
Пусть случайные величины ξ1 и ξ2 независимы и
распределены нормально, и пусть их дисперсии D[ξ1]
и D[ξ2] известны. (Например, они могут быть найдены
из какого-то другого опыта или рассчитаны
теоретически). Извлечены выборки объемом n1 и n2
соответственно. Пусть
– выборочные
средние для этих выборок. Требуется по выборочным
средним при заданном уровне значимости α
проверить гипотезу о равенстве математических
ожиданий рассматриваемых случайных величин сделать из априорных соображений,
основываясь на условиях эксперимента, и
тогда предположения о параметрах
распределения исследуются, как показано
ранее. Однако весьма часто возникает
необходимость проверить выдвинутую
гипотезу о законе распределения.
Статистические критерии, предназначенные
для таких проверок, обычно называются
критериями согласия.
154.
Известно несколько критериев согласия. Достоинством
критерия Пирсона является его универсальность. С его
помощью можно проверять гипотезы о различных
законах распределения.
Критерий Пирсона основан на сравнении частот,
найденных по выборке (эмпирических частот), с
частотами, рассчитанными с помощью проверяемого
закона распределения (теоретическими частотами).
Обычно эмпирические и теоретические частоты
различаются. Следует выяснить, случайно ли
расхождение частот или оно значимо и объясняется
тем, что теоретические частоты вычислены исходя из
неверной гипотезы о распределении генеральной
совокупности.
Критерий Пирсона, как и любой другой, отвечает на
вопрос, есть ли согласие выдвинутой гипотезы с
эмпирическими данными при заданном уровне
значимости.
155. 5.2.1. Проверка гипотезы о нормальном распределении
Пусть имеется случайная величина ξ и сделана
выборка достаточно большого объема n с большим
количеством различных значений вариант. Требуется
при уровне значимости α проверить нулевую гипотезу
H0 о том, что случайная величина ξ распределена
нормально.
Для удобства обработки выборки возьмем два числа
α и β:
и разделим интервал [α, β] на s
подинтервалов. Будем считать, что значения вариант,
попавших в каждый подинтервал,приближенно равны
числу, задающему середину подинтервала.
Подсчитав число вариант, попавших в каждый Квантилью порядка α (0 < α < 1) непрерывной
случайной величины ξ называется такое число xα,
для которого выполняется равенство
.
Квантиль x½ называется медианой случайной
величины ξ, квантили x¼ и x¾ – ее квартилями, a
x0,1, x0,2,..., x0,9 – децилями.
Для стандартного нормального распределения (a =
0, σ = 1) и, следовательно,
где FN (x, a, σ) – функция распределения нормально
распределенной случайной величины, а Φ(x) –
функция Лапласа.
Квантиль стандартного нормального распределения
xα для заданного α можно найти из соотношения
162. 6.2. Распределение Стьюдента
Если
– независимые
случайные величины, имеющие
нормальное распределение с нулевым
математическим ожиданием и
единичной дисперсией, то
распределение случайной величины
называют распределением Стьюдента
с n степенями свободы (W.S. Gosset).
Зако́н больши́х чи́сел в теории вероятностей утверждает, что эмпирическое среднее (среднее арифметическое) достаточно большой конечной выборки из фиксированного распределения близко к теоретическому среднему (математическому ожиданию) этого распределения. В зависимости от вида сходимости различают слабый закон больших чисел, когда имеет место сходимость по вероятности , и усиленный закон больших чисел, когда имеет место сходимость почти всюду .
Всегда найдётся такое конечное число испытаний, при котором с любой заданной наперёд вероятностью меньше 1 относительная частота появления некоторого события будет сколь угодно мало отличаться от его вероятности.
Общий смысл закона больших чисел: совместное действие большого числа одинаковых и независимых случайных факторов приводит к результату, в пределе не зависящему от случая.
На этом свойстве основаны методы оценки вероятности на основе анализа конечной выборки. Наглядным примером является прогноз результатов выборов на основе опроса выборки избирателей.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5
✪ Закон больших чисел

✪ 07 - Теория вероятностей. Закон больших чисел

✪ 42 Закон больших чисел

✪ 1 - Закон больших чисел Чебышёва

✪ 11 класс, 25 урок, Гауссова кривая. Закон больших чисел

Субтитры

Давайте разберем закон больших чисел, который является, пожалуй, самым интуитивным законом в математике и теории вероятностей. И поскольку он применим ко многим вещам, его иногда используют и понимают неправильно. Давайте я вначале для точности дам ему определение, а потом уже мы поговорим об интуиции. Возьмем случайную величину, например Х. Допустим, мы знаем ее математическое ожидание или среднее для совокупности. Закон больших чисел просто говорит, что, если мы возьмем пример n-ого количества наблюдений случайной величины и выведем среднее число всех этих наблюдений… Давайте возьмем переменную. Назовем ее Х с нижним индексом n и с чертой наверху. Это среднее арифметическое n-ого количества наблюдений нашей случайной величины. Вот мое первое наблюдение. Я провожу эксперимент один раз и делаю это наблюдение, затем я провожу его еще раз и делаю вот это наблюдение, я провожу его снова и получаю вот это. Я провожу этот эксперимент n-ое количество раз, а затем делю на количество моих наблюдений. Вот мое выборочное среднее значение. Вот среднее значение всех наблюдений, которые я сделала. Закон больших чисел говорит нам, что мое выборочное среднее будет приближаться к математическому ожиданию случайной величины. Либо я могу также написать, что мое выборочное среднее будет приближаться к среднему по совокупности для n-ого количества, стремящегося к бесконечности. Я не буду четко разделять понятия «приближение» и «сходимость», но надеюсь, вы интуитивно понимаете, что, если я возьму довольно большую выборку здесь, то я получу математическое ожидание для совокупности в целом. Думаю, большинство из вас интуитивно понимает, что, если я сделаю достаточное количество испытаний с большой выборкой примеров, в конце концов, испытания дадут мне ожидаемые мною значения, принимая во внимание математическое ожидание, вероятность и все такое прочее. Но, я думаю, часто бывает непонятно, почему так происходит. И прежде, чем я начну объяснять, почему это так, давайте я приведу конкретный пример. Закон больших чисел говорит нам, что... Допустим, у нас есть случайная величина Х. Она равна количеству орлов при 100 подбрасываниях правильной монеты. Прежде всего, мы знаем математическое ожидание этой случайной величины. Это количество подбрасываний монеты или испытаний, умноженное на шансы успеха любого испытания. Значит, это равно 50-ти. То есть, закон больших чисел говорит, что, если мы возьмем выборку, или если я приведу к среднему значению эти испытания, я получу... В первый раз, когда я провожу испытание, я подбрасываю монету 100 раз или возьму ящик с сотней монет, тряхну его, а потом сосчитаю, сколько у меня выпадет орлов, и получу, допустим, число 55. Это будет Х1. Затем я снова встряхну ящик и получу число 65. Затем еще раз – и получу 45. И я проделываю это n-ое количество раз, а затем делю это на количество испытаний. Закон больших чисел говорит нам, что это среднее (среднее значение всех моих наблюдений) будет стремиться к 50-ти в то время, как n будет стремиться к бесконечности. Теперь я бы хотела немного поговорить о том, почему так происходит. Многие считают, что если после 100 испытаний, у меня результат выше среднего, то по законам вероятности у меня должно выпасть больше или меньше орлов для того, чтобы, так сказать, компенсировать разницу. Это не совсем то, что произойдет. Это часто называют «заблуждением азартного игрока». Давайте я покажу различие. Я буду использовать следующий пример. Давайте я изображу график. Поменяем цвет. Это n, моя ось Х – это n. Это количество испытаний, которые я проведу. А моя ось Y будет выборочным средним. Мы знаем, что математическое ожидание этой произвольной переменной равно 50-ти. Давайте я это нарисую. Это 50. Вернемся к нашему примеру. Если n равно… Во время моего первого испытания я получила 55, это мое среднее значение. У меня только одна точка ввода данных. Затем, после двух испытаний, я получаю 65. Значит, мое среднее значение будет 65+55, деленное на 2. Это 60. И мое среднее значение немного возросло. Затем я получила 45, что вновь снизило мое среднее арифметическое. Я не буду наносить на графике 45. Теперь мне нужно привести все это к среднему значению. Чему равно 45+65? Давайте я вычислю это значение, чтобы обозначить точку. Это 165 делить на 3. Это 53. Нет, 55. Значит, среднее значение снова опускается до 55-ти. Мы можем продолжить эти испытания. После того, как мы проделали три испытания и получили это среднее, многие люди думают, что боги вероятности сделают так, что у нас выпадет меньше орлов в будущем, что в следующих нескольких испытаниях результаты будут ниже, чтобы уменьшить среднее значение. Но это не всегда так. В дальнейшем вероятность всегда остается такой же. Вероятность того, что у меня выпадет орел, всегда будет 50-ти %. Не то, что у меня изначально выпадает определенное количество орлов, большее, чем я ожидаю, а дальше внезапно должны выпасть решки. Это «заблуждение игрока». Если у вас выпадает несоразмерно большое количество орлов, это не значит, что в определенный момент у вас начнет выпадать несоразмерно большое количество решек. Это не совсем так. Закон больших чисел говорит нам, что это не имеет значения. Допустим, после определенного конечного количества испытаний, ваше среднее... Вероятность этого достаточно мала, но, тем не менее... Допустим, ваше среднее достигло этой отметки – 70-ти. Вы думаете: «Ого, мы основательно отошли от математического ожидания». Но закон больших чисел говорит, что ему все равно, сколько испытаний мы провели. У нас все равно осталось бесконечное количество испытаний впереди. Математическое ожидание этого бесконечного количества испытаний, особенно в подобной ситуации, будет следующим. Когда вы приходите к конечному числу, которое выражает какое-нибудь большое значение, бесконечное число, которое сойдется с ним, снова приведет к математическому ожиданию. Это, конечно, очень свободное толкование, но это то, что говорит нам закон больших чисел. Это важно. Он не говорит нам, что, если у нас выпало много орлов, то каким-то образом вероятность выпадения решки увеличится, чтобы это компенсировать. Этот закон говорит нам, что неважно, каков результат при конечном количестве испытаний, если у вас еще осталось бесконечное количество испытаний впереди. И если вы сделаете достаточное их количество, вы вернетесь снова к математическому ожиданию. Это важный момент. Подумайте о нем. Но это не используется ежедневно на практике с лотереями и в казино, хотя известно, что, если вы сделаете достаточное количество испытаний... Мы даже можем это посчитать... чему равна вероятность того, что мы серьезно отклонимся от нормы? Но казино и лотереи каждый день работают по тому принципу, что если взять достаточное количество людей, естественно, за короткий срок, с небольшой выборкой, то несколько человек сорвут куш. Но за большой срок казино всегда останется в выигрыше из-за параметров игр, в которые они приглашают вас играть. Это важный принцип вероятности, который является интуитивным. Хотя иногда, когда вам его формально объясняют со случайными величинами, все это выглядит немного запутанно. Все, что этот закон говорит, – это что чем больше выборок, тем больше среднее арифметическое этих выборок будет стремиться к истинному среднему. А если быть более конкретной, то среднее арифметическое вашей выборки сойдется с математическим ожиданием случайной величины. Вот и все. До встречи в следующем видео!

Слабый закон больших чисел

Слабый закон больших чисел также называется теоремой Бернулли , в честь Якоба Бернулли , доказавшего его в 1713 году .
Пусть есть бесконечная последовательность (последовательное перечисление) одинаково распределённых и некоррелированных случайных величин . То есть их ковариация c o v (X i , X j) = 0 , ∀ i ≠ j {\displaystyle \mathrm {cov} (X_{i},X_{j})=0,\;\forall i\not =j} . Пусть . Обозначим через выборочное среднее первых n {\displaystyle n} членов:
.
Тогда X ¯ n → P μ {\displaystyle {\bar {X}}_{n}\to ^{\!\!\!\!\!\!\mathbb {P} }\mu } .
То есть для всякого положительного ε {\displaystyle \varepsilon }
lim n → ∞ Pr (| X ¯ n − μ | < ε) = 1. {\displaystyle \lim _{n\to \infty }\Pr \!\left(\,|{\bar {X}}_{n}-\mu |<\varepsilon \,\right)=1.}
Усиленный закон больших чисел

Пусть есть бесконечная последовательность независимых одинаково распределённых случайных величин { X i } i = 1 ∞ {\displaystyle \{X_{i}\}_{i=1}^{\infty }} , определённых на одном вероятностном пространстве (Ω , F , P) {\displaystyle (\Omega ,{\mathcal {F}},\mathbb {P})} . Пусть E X i = μ , ∀ i ∈ N {\displaystyle \mathbb {E} X_{i}=\mu ,\;\forall i\in \mathbb {N} } . Обозначим через X ¯ n {\displaystyle {\bar {X}}_{n}} выборочное среднее первых n {\displaystyle n} членов:
X ¯ n = 1 n ∑ i = 1 n X i , n ∈ N {\displaystyle {\bar {X}}_{n}={\frac {1}{n}}\sum \limits _{i=1}^{n}X_{i},\;n\in \mathbb {N} } .
Тогда X ¯ n → μ {\displaystyle {\bar {X}}_{n}\to \mu } почти всегда.
Pr (lim n → ∞ X ¯ n = μ) = 1. {\displaystyle \Pr \!\left(\lim _{n\to \infty }{\bar {X}}_{n}=\mu \right)=1.} .
Как и любой математический закон, закон больших чисел может быть применим к реальному миру только при известных допущениях, которые могут выполняться лишь с некоторой степенью точности. Так, например, условия последовательных испытаний часто не могут сохраняться бесконечно долго и с абсолютной точностью . Кроме того, закон больших чисел говорит лишь о невероятности значительного отклонения среднего значения от математического ожидания .

Похожие статьи

Отгадав ребусы узнаешь персонажей басни

Примечание. Правильные ответы отмечены знаком «+» Викторина для младших школьников с ответами. Викторина по басням И. А. Крылова 1. Кого просила Стрекоза «накормить и обогреть» ее? б) Муравьеда в) Таракана г) Муравья + 2. В какой басне...

Деление 1 на 3. Деление. Игра "Быстрое сложение"

Вот сижу что-то ночью опять… Решил написать своё мнение о популярном сейчас вопросе: один или девять? Я думаю, по изображению сверху стало уже понятно, о чём идёт речь. Знак умножения – он опущен перед скобками, и… как считать? Посмотрим с...

Симонов был у майора деева

БАЛЛАДА СЫН АРТИЛЛЕРИСТА Был у майора Деева Товарищ - майор Петров, Дружили еще с гражданской, Ещё с двадцатых годов. Вместе рубали белых Шашками на скаку, Вместе потом служили В артиллерийском полку.А у майора Петрова Был Лёнька,...

Производные чисел: методы вычисления и примеры

Наверное, понятие производной знакомо каждому из нас ещё со школы. Обычно у учеников возникают трудности с пониманием этой, несомненно, очень важной вещи. Она активно применяется в различных областях жизни людей, и многие инженерные...

Закон больших чисел в форме чебышева

Функция распределения случайной величины и ее свойства. Функцией распределения случайной величины Х называется функция F(Х), выражающая для каждого х вероятность того, что случайная величина Х примет значение, меньшее х: F(x)=P(XA) ≤...

«Сказки моей матушки Гусыни, или Истории и сказки былых времён с поучениями

Шарль Перро «Сказки моей матушки Гусыни, или Истории и сказки былых времён с поучениями» Ослиная шкура Стихотворная сказка начинается с описания счастливой жизни блистательного короля, его прекрасной и верной жены и их прелестной...