第一章 随机事件和概率 *My9r.F5o
第一节 基本概念 4[kyzz x
V3cKdlu Na
1、排列组合初步 T+B-R\@t
(1)排列组合公式 _{#K
从m个人中挑出n个人进行排列的可能数。 qyVARy
从m个人中挑出n个人进行组合的可能数。 J!~kqNI
例1.1:方程 的解是 ]9w8[T:O
A. 4 B. 3 C. 2 D. 1 `^^t#sT
例1.2:有5个队伍参加了甲A联赛,两两之间进行循环赛两场,试问总共的场次是多少? F7b%
x7b
2(~Zl\
(2)加法原理(两种方法均能完成此事):m+n =X5w=(&
某件事由两种方法来完成,第一种方法可由m种方法完成,第二种方法可由n种方法来完成,则这件事可由m+n 种方法来完成。 $,/E"G`
cH5
(3)乘法原理(两个步骤分别不能完成这件事):m×n (2Lmu[
某件事由两个步骤来完成,第一个步骤可由m种方法完成,第二个步骤可由n 种方法来完成,则这件事可由m×n 种方法来完成。 6S{F4v2/0
例1.3:从5位男同学和4位女同学中选出4位参加一个座谈会,要求与会成员中既有男同学又有女同学,有几种不同的选法? H?Sv6W.~
例1.4:6张同排连号的电影票,分给3名男生和3名女生,如欲男女相间而坐,则不同的分法数为多少? #T>?g5I
例1.5:用五种不同的颜色涂在右图中四个区域里,每一区域涂上一种颜色,且相邻区域的颜色必须不同,则共有不同的涂法 2BF455e
A.120种 B.140种 C.160种 D.180种 1twpOZ>
O>nMeU
k=9+"4:
z^tzP~nI
0',buJncV
(4)一些常见排列 T*#M'H7LSQ
① 特殊排列 "?aI
相邻 hG#2}K_
彼此隔开 ]ke9ipj]:
顺序一定和不可分辨 &{<hY|%
例1.6:晚会上有5个不同的唱歌节目和3个不同的舞蹈节目,问:分别按以下要求各可排出几种不同的节目单? /8l@ndZf
①3个舞蹈节目排在一起; &v;fK$=2C
②3个舞蹈节目彼此隔开; UNiK6h_%
③3个舞蹈节目先后顺序一定。 .s4v*bng
例1.7:4幅大小不同的画,要求两幅最大的排在一起,问有多少种排法? :5j+^/
例1.8:5辆车排成1排,1辆黄色,1辆蓝色,3辆红色,且3辆红车不可分辨,问有多少种排法? F Xr\
ZQKo ]Kdr
② 重复排列和非重复排列(有序) pi#a!Quf\
例1.9:5封不同的信,有6个信箱可供投递,共有多少种投信的方法? n^|xp;] :
u0=&_Q(=
③ 对立事件 JCBX?rM/
例1.10:七人并坐,甲不坐首位,乙不坐末位,有几种不同的坐法? l/nBin&YGv
例1.11:15人中取5人,有3个不能都取,有多少种取法? )nj fqg
例1.12:有4对人,组成一个3人小组,不能从任意一对中取2个,问有多少种可能性? )hQ]>o@i{
>2),HZp^I
④ 顺序问题 #*y.C[^5{
例1.13:3白球,2黑球,先后取2球,放回,2白的种数?(有序) l"`VvW[
例1.14:3白球,2黑球,先后取2球,不放回,2白的种数?(有序) 7 qn=W
例1.15:3白球,2黑球,任取2球,2白的种数?(无序) _e>N3fT
=Gzs+6A8
2、随机试验、随机事件及其运算 vuY X0&
(1)随机试验和随机事件 M1NdlAAf
如果一个试验在相同条件下可以重复进行,而每次试验的可能结果不止一个,但在进行一次试验之前却不能断言它出现哪个结果,则称这种试验为随机试验。试验的可能结果称为随机事件。 |1A0YjOD
例如:掷一枚硬币,出现正面及出现反面;掷一颗骰子,出现"1"点、"5"点和出现偶数点都是随机事件;电话接线员在上午9时到10时接到的电话呼唤次数(泊松分布);对某一目标发射一发炮弹,弹着点到目标的距离为0.1米、0.5米及1米到3米之间都是随机事件(正态分布)。 ZD|F"v.
在一个试验下,不管事件有多少个,总可以从其中找出这样一组事件,它具有如下性质: 0`WFuFi^o
(1) 每进行一次试验,必须发生且只能发生这一组中的一个事件; H$WD7/?j
(2) 任何事件,都是由这一组中的部分事件组成的。 $n!5JS@40
这样一组事件中的每一个事件称为基本事件,用 来表示,例如 (离散)。基本事件的全体,称为试验的样本空间,用 表示。 k+"7hf=C|
一个事件就是由 中的部分点(基本事件 )组成的集合。通常用大写字母A,B,C,…表示事件,它们是 的子集。 J|
wk})?
如果某个 是事件A的组成部分,即这个 在事件A中出现,记为 。如果在一次试验中所出现的 有 ,则称在这次试验中事件A发生。 wnQy
如果 不是事件A的组成部分,就记为 。在一次试验中,所出现的 有 ,则称此次试验A没有发生。 FF^h(Ea
为必然事件,?为不可能事件。 SYsO>`/ )
1Vz^?t:
(2)事件的关系与运算 WH39=)D%u
①关系: NhNd+SCZ@
如果事件A的组成部分也是事件B的组成部分,(A发生必有事件B发生): i
g7|kl
如果同时有 , ,则称事件A与事件B等价,或称A等于B:A=B。 y!x[N!a
A、B中至少有一个发生的事件:A B,或者A+B。 mP6}$D
属于A而不属于B的部分所构成的事件,称为A与B的差,记为A-B,也可表示为A-AB或者 ,它表示A发生而B不发生的事件。 M"p%CbcI]
A、B同时发生:A B,或者AB。A B=?,则表示A与B不可能同时发生,称事件A与事件B互不相容或者互斥。基本事件是互不相容的。 5+oY c-
-A称为事件A的逆事件,或称A的对立事件,记为 。它表示A不发生的事件。互斥未必对立。 CC3i@
②运算: 8:S+*J[gSn
结合率:A(BC)=(AB)C A∪(B∪C)=(A∪B)∪C WW6-oQs_#*
分配率:(AB)∪C=(A∪C)∩(B∪C) (A∪B)∩C=(AC)∪(BC) C:^
:^y
德摩根率: , )h0>e9z>Y
t$t'{*t(
T
例1.16:一口袋中装有五只乒乓球,其中三只是白色的,两只是红色的。现从袋中取球两次,每次一只,取出后不再放回。写出该试验的样本空间 。若 表示取到的两只球是白色的事件, 表示取到的两只球是红色的事件,试用 、 表示下列事件: 1c]{rO=taN
(1)两只球是颜色相同的事件 , ND.(N'/O
(2)两只球是颜色不同的事件 , u]O}Ub`
(3)两只球中至少有一只白球的事件 。 CFW Hih
例1.17:硬币有正反两面,连续抛三次,若Ai表示第i次正面朝上,用Ai表示下列事件: GKF!GbGR@
(1)前两次正面朝上,第三次正面朝下的事件 , W"vkmk
(2)至少有一次正面朝上的事件 , u$5.GmKm
(3)前两次正面朝上的事件 。 >m!Z$m([J
3、概率的定义和性质 8Ara^Xh}q
(1)概率的公理化定义 `\"<%CCe
设 为样本空间, 为事件,对每一个事件 都有一个实数P(A),若满足下列三个条件: pYAKA1F
1° 0≤P(A)≤1, *}#HBZe(9
2° P(Ω) =1 .L%pWRxA[
3° 对于两两互不相容的事件 , ,…有 [!3cWJCt
,38M6yD
常称为可列(完全)可加性。 >cmz JS
则称P(A)为事件 的概率。 3$P
&3"ODAp'
(2)古典概型(等可能概型) $iy!:Did
1° , 7\yh(+ kN
2° 。 y1}2hT0,
设任一事件 ,它是由 组成的,则有 :XAyMK7
P(A)= = +IbV
yN `&oya
例1.18:集合A中有100个数,B中有50个数,并且满足A中元素与B中元素关系a+b=10的有20对。问任意分别从A和B中各抽取一个,抽到满足a+b=10的a,b的概率。 _s0)Dl6K
例1.19:5双不同颜色的袜子,从中任取两只,是一对的概率为多少? 45[,LJaMd
例1.20:在共有10个座位的小会议室内随机地坐上6名与会者,则指定的4个座位被坐满的概率是 [) >Yp-n
A. B. C. D. <Dgf'GrJ
例1.21:3白球,2黑球,先后取2球,放回,2白的概率?(有序) C}3a^j
例1.22:3白球,2黑球,先后取2球,不放回,2白的概率?(有序) ?F$ #t6Q
例1.23:3白球,2黑球,任取2球,2白的概率?(无序) AsuugcN*
G;wh).jG5
注意:事件的分解;放回与不放回;顺序问题。 z(.,BB[
-Q<OSa='
4、五大公式(加法、减法、乘法、全概、贝叶斯) :a2[d1
(1)加法公式 -!5l4
P(A+B)=P(A)+P(B)-P(AB) G~u$BV'
当P(AB)=0时,P(A+B)=P(A)+P(B) MxX)&327
例1.24:从0,1,…,9这十个数字中任意选出三个不同的数字,试求下列事件的概率: nr&|
A="三个数字中不含0或者不含5"。 HfH_jnR*
keD?#yY
(2)减法公式 9SA %'
P(A-B)=P(A)-P(AB) ju;OQC~[L]
当B A时,P(A-B)=P(A)-P(B) >}NnzZ
当A=Ω时,P( )=1- P(B) iumwhb
例1.25:若P(A)=0.5,P(B)=0.4,P(A-B)=0.3,求P(A+B)和P( + ). N+ ]O#Js?
例1.26:对于任意两个互不相容的事件A与B, 以下等式中只有一个不正确,它是: |unvDXx-
(A) P(A-B)=P(A) (B) P(A-B)=P(A) +P( ∪ )-1 @Z#h?:
(C) P( -B)= P( )-P(B) (D)P[(A∪B)∩(A-B)]=P(A) ,/V~T<FI
(E)p[ ]=P(A) -P( ∪ ) \/SOpC
pnx^a}|px
(3)条件概率和乘法公式 #l-zY}&
定义 设A、B是两个事件,且P(A)>0,则称 为事件A发生条件下,事件B发生的条件概率,记为 。 zx:;0Z:S6>
条件概率是概率的一种,所有概率的性质都适合于条件概率。 D'ZUbAh!
例如P(Ω/B)=1 P( /A)=1-P(B/A) 6+ptL-Zt<
乘法公式: ~fL`aU&
更一般地,对事件A1,A2,…An,若P(A1A2…An-1)>0,则有 "x;FE<I
… …… … 。 [hH>BEtm
~(tt.l#
例1.27:甲乙两班共有70名同学,其中女同学40名,设甲班有30名同学,而女生15名,问在碰到甲班同学时,正好碰到一名女同学的概率。 Uj 4HVd
例1.28:5把钥匙,只有一把能打开,如果某次打不开就扔掉,问以下事件的概率? Y$Rte.?
①第一次打开;②第二次打开;③第三次打开。 1uKIO{d@
bxL'k/Y$
(4)全概公式 ,+h<qBsV@
设事件 满足 t(PA+~sIp
1° 两两互不相容, , m;xa}b{(i
2° , *w^!\
则有 Lh-Y5(c
o
。 1/ j>|
此公式即为全概率公式。 SCMvq?9
seAEv0YWz
%q;y74
例1.29:播种小麦时所用的种子中二等种子占2%,三等种子占1.5%,四等种子占1%,其他为一等种子。用一等、二等、三等、四等种子播种长出的穗含50颗以上麦粒的概率分别为0.5,0.15,0.1,0.05,试求种子所结的穗含有50颗以上麦粒的概率。 <Pe'&u
例1.30:甲盒内有红球4只,黑球2只,白球2只;乙盒内有红球5只,黑球3只;丙盒内有黑球2只,白球2只。从这三只盒子的任意一只中任取出一只球,它是红球的概率是: {0fQE@5@
A.0.5625 B.0.5 C.0.45 D.0.375 E. 0.225 #"TYk@whWf
例1.31:100个球,40个白球,60个红球,不放回先后取2次,第2次取出白球的概率?第20次取出白球的概率? iI'ib-d
d^tY?*n
(5)贝叶斯公式 ?G!p4u?C
设事件 , ,…, 及 满足 '
i5}`\
1° , ,…, 两两互不相容, >0, 1,2,…, , b W/T}FND
2° , , 4)}>dxv
则 7 u Q +]d
,i=1,2,…n。 l]t^MEoc8
此公式即为贝叶斯公式。 RZq_}-P,.c
,( , ,…, ),通常叫先验概率。 ,( , ,…, ),通常称为后验概率。如果我们把 当作观察的"结果",而 , ,…, 理解为"原因",则贝叶斯公式反映了"因果"的概率规律,并作出了"由果朔因"的推断。 9+<A7PM1T
Yg&/^
例1.32:假定用甲胎蛋白法诊断肝癌。设 表示被检验者的确患有肝癌的事件, 表示诊断出被检验者患有肝癌的事件,已知 , , 。现有一人被检验法诊断为患有肝癌,求此人的确患有肝癌的概率 。 ABp8PD
2{l|<'
5、事件的独立性和伯努利试验 p^w)@^f
(1)两个事件的独立性 W;!V_-:
设事件 、 满足 ,则称事件 、 是相互独立的(这个性质不是想当然成立的)。 rbv
若事件 、 相互独立,且 ,则有 P<[)
qq@;
J~`!@!
所以这与我们所理解的独立性是一致的。 @~7au9.V=X
若事件 、 相互独立,则可得到 与 、 与 、 与 也都相互独立。(证明) wK fq'W{
由定义,我们可知必然事件 和不可能事件?与任何事件都相互独立。(证明) :wRfk*Ly
同时,?与任何事件都互斥。 @QnKaZ8jW
I(&N2L$-
(2)多个事件的独立性 }LX!dDuwA
设ABC是三个事件,如果满足两两独立的条件, *M`,#
P(AB)=P(A)P(B);P(BC)=P(B)P(C);P(CA)=P(C)P(A) #fx"tx6
并且同时满足P(ABC)=P(A)P(B)P(C) Si23w'T
那么A、B、C相互独立。 uuh._H}-
对于n个事件类似。 9)=bBQyr:
两两互斥→互相互斥。 IS[q'Cv*
两两独立→互相独立? doX`NbA
例1.33:已知 ,证明事件 、 相互独立。 dikX_ Q>D
例1.34:A,B,C相互独立的充分条件: v5?)J91
(1)A,B,C两两独立 x@O)QaBN!
(2)A与BC独立 LB$0'dZU
例1.35:甲,乙两个射手彼此独立地射击同一目标各一次,甲射中的概率为0.9,乙射中的概率为0.8,求目标没有被射中的概率。 lF46W
RHvKWt
(3)伯努利试验 [z7]@v6b
定义 我们作了 次试验,且满足 #7:ah
u 每次试验只有两种可能结果, 发生或 不发生; z,dFDl$
u 次试验是重复进行的,即 发生的概率每次均一样; "9hD4R
u 每次试验是独立的,即每次试验 发生与否与其他次试验 发生与否是互不影响的。 W:w SM*
这种试验称为伯努利概型,或称为 重伯努利试验。 `e7vSp
用 表示每次试验 发生的概率,则 发生的概率为 ,用 表示 重伯努利试验中 出现 次的概率, k+i0@G'C(
, 。 %M8Q6
m8b-\^eP7
例1.36:袋中装有α个白球及β个黑球,从袋中任取a+b次球,每次放回,试求其中含a 6kR3[]:16v
个白球,b个黑球的概率(a≤α,b≤β)。 f0%'4t
例1.37:做一系列独立试验,每次试验成功的概率为p,求在第n次成功之前恰失败m次的概率。 Dh#5-Kf%
YaQ5Z-c
H0lW gJmi|
wpQp1){%Q
+5R8mbD!
?=_w5D.3J
n) HV:8j~
IvQuxs&a
fh1-]$z`~
qyy. &+
DW7Jk"\GH
第二节 练习题 MZX@Gi<S[
1、事件的运算和概率的性质 As^eL/m2L
例1.38:化简 (A+B)(A+ )( +B) C~.\2D`zy
例1.39:ABC=AB(C∪B) 成立的充分条件为: ;F%EW`7
(1)AB C (2)B C cR55,DR,#W
例1.40:已知P(A)=x,P(B)=2x,P(C)=3x,P(AB)=P(BC),求x的最大值。 B 2_fCSlg
例1.41:当事件A与B同时发生时,事件C必发生,则下列结论正确的是 [;-;{
*{G
(A) P(C)=P(AB)。 oL>o*/
(B) P(C)=P(A B)。 L9,GUtK{
(C) P(C)≥P(A)+P(B)-1 ]JmE(Y1(1
(D) P(C)≤P(A)+P(B)-1。 [ ] gth_Sz5!#
I`g&>
2、古典概型 zt|1tU:
例1.42:3男生,3女生,从中挑出4个,问男女相等的概率? Q=[ IO,f
例1.43:电话号码由四个数字组成,每个数字可以是0,1,2,…,9中的任一个数,求电话号码是由完全不同的数字组成的概率。 tOk=m'aUK
例1.44:袋中有6只红球、4只黑球,今从袋中随机取出4只球,设取到一只红球得2分,取到一只黑球得1分,则得分不大于6分的概率是 l`X?C~JhJ
A. B. C. D. Abmi=]\bx
例1.45:10个盒子,每个装着标号为"1-6"的卡片。每个盒子任取一张,问10张中最大数是4的概率? r~,3
例1.46:将n个人等可能地分到N(n≤N)间房间中去,试求下列事件的概率。 `s=Z{bw
A="某指定的n间房中各有1人"; 9]G~i`QQ
B="恰有n间房中各有1人" 0/z$W.!
C="某指定的房中恰有m(m≤n)人" -<T>paE9
例1.47:有5个白色珠子和4个黑色珠子,从中任取3个,问全是白色的概率? vt(}8C+
3、条件概率和乘法公式 xa?auv!
例1.48:假设事件A和B满足P(B | A)=1,则 } 21!b :a
(A) A是必然事件。 (B) 。 %g>k0~TRf#
(C) 。 (D) 。 [ ] EUgKJ=jw
例1.49:设A,B为两个互斥事件,且P(A)>0, P(B)>0,则结论正确的是 vs$.i
(A) P(B | A)>0。 Dcs O~mg
(B) P(A | B)=P(A)。 x|^p9m"=%
(C) P(A | B)=0。 #-"C_~-MH
(D) P(AB)=P(A)P(B)。 [ ] YReI|{O$c
例1.50:某种动物由出生而活到20岁的概率为0.7,活到25岁的概率为0.56,求现龄为20岁的这种动物活到25岁的概率。 ,}>b\(Lk
例1.51:某人忘记三位号码锁(每位均有0~9十个数码)的最后一个数码,因此在正确拨出前两个数码后,只能随机地试拨最后一个数码,每拨一次算作一次试开,则他在第4次试开时才将锁打开的概率是 ?TW? 2+
A. B. C. D. \>j@!W
例1.52:在空战训练中,甲机先向乙机开火,击落乙机的概率为0.2;若乙机未被击落,就进行还击,击落甲机的概率是0.3;若甲机未被击落,则再进攻乙机,击落乙机的概率是0.4,求在这几个回合中:①甲机被击落的概率;②乙机被击落的概率。 "_BWUY
例1.53:为防止意外事故,在矿井内同时安装两种报警系统A与B,每种系统单独使用时,其有效率A为0.92,B为0.93,在A失灵条件下B有效概率为0.85。求:(1)这两种警报系统至少有一个有效的概率;(2)在B失灵条件下,A有效的概率。 UIIsgNca
!VudZ]Sg
4、全概和贝叶斯公式 `@6y Wb:X
例1.54:甲文具盒内有2支蓝色笔和3支黑色笔,乙文具盒内也有2支蓝色笔和3支黑色笔.现从甲文具盒中任取2支笔放入乙文具盒,然后再从乙文具盒中任取2支笔.求最后取出的2支笔都是黑色笔的概率。 Aq'~'hS`1
例1.55:三个箱子中,第一箱装有4个黑球1个白球,每二箱装有3个黑球3个白球,第三箱装有3个黑球5个白球。现先任取一箱,再从该箱中任取一球,问:(1)取出的球是白球的概率?(2)若取出的为白球,则该球属于第二箱的概率? +>u 8r&Jw.
例1.56:袋中有4个白球、6个红球,先从中任取出4个,然后再从剩下的6个球中任取一个,则它恰为白球的概率是 。 kxA T
QJx<1#
5、独立性和伯努利概型 5OFB[
例1.57:设P(A)>0,P(B)>0,证明 #!yX2lR
(1) 若A与B相互独立,则A与B不互斥; D^];6\=.i
(2) 若A与B互斥,则A与B不独立。 .p'McCV=
例1.58:设两个随机事件A,B相互独立,已知仅有A发生的概率为 ,仅有B发生的概率为 ,则P(A)= ,P(B)= 。 D6yE/QeK4
例1.59:若两事件A和B相互独立,且满足P(AB)=P( ), P(A)=0.4,求P(B). q/@r#
:y{@=E=XSC
例1.60:设两两相互独立的三事件A,B和C满足条件;ABC=Ф,P(A)=P(B)=P(C)< ,且已知 ,则P(A)= 。 H#nJWe_9A
例1.61:A发生的概率是0.6,B发生的概率是0.5,问A,B同时发生的概率的范围? { VM^K1
例1.62:设某类型的高炮每次击中飞机的概率为0.2,问至少需要多少门这样的高炮同时独立发射(每门射一次)才能使击中飞机的概率达到95%以上。 &!'R'{/?X
例1.63:由射手对飞机进行4次独立射击,每次射击命中的概率为0.3,一次命中时飞机被击落的概率为 0.6,至少两次命中时飞机必然被击落,求飞机被击落的概率。 C\bJ_vl;'
例1.64:将一骰子掷m+n次,已知至少有一次出6点,求首次出6点在第n次抛掷时出现的概率。 G(F=6L~;
例1.65:两只一模一样的铁罐里都装有大量的红球和黑球,其中一罐(取名"甲罐")内的红球数与黑球数之比为2:1,另一罐(取名"乙罐")内的黑球数与红球数之比为2:1 。今任取一罐并从中取出50只球,查得其中有30只红球和20只黑球,则该罐为"甲罐"的概率是该罐为"乙罐"的概率的 ,%V%g!6{
(A) 154倍 (B)254倍 (C)798倍 (D)1024倍 Gcxz$.(
Y|/,*,u+
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第二章 随机变量及其分布 aE:$ N#|Qa
第一节 基本概念 -B7X;{
在许多试验中,观察的对象常常是一个随同取值的量。例如掷一颗骰子出现的点数,它本身就是一个数值,因此P(A)这个函数可以看作是普通函数(定义域和值域都是数字,数字到数字)。但是观察硬币出现正面还是反面,就不能简单理解为普通函数。但我们可以通过下面的方法使它与数值联系起来。当出现正面时,规定其对应数为"1";而出现反面时,规定其对应数为"0"。于是 n{m[
j+UG
#&K}w0}k
称 为随机变量。又由于 是随着试验结果(基本事件 )不同而变化的,所以 实际上是基本事件 的函数,即X=X(ω)。同时事件A包含了一定量的ω(例如古典概型中A包含了ω1,ω2,…ωm,共m个基本事件),于是P(A)可以由P(X(ω))来计算,这是一个普通函数。 sVnpO$
定义 设试验的样本空间为 ,如果对 中每个事件 都有唯一的实数值X=X(ω)与之对应,则称X=X(ω)为随机变量,简记为 。 &t6SI'
有了随机变量,就可以通过它来描述随机试验中的各种事件,能全面反映试验的情况。这就使得我们对随机现象的研究,从前一章事件与事件的概率的研究,扩大到对随机变量的研究,这样数学分析的方法也可用来研究随机现象了。 Eh9{n,5-
一个随机变量所可能取到的值只有有限个(如掷骰子出现的点数)或可列无穷多个(如电话交换台接到的呼唤次数),则称为离散型随机变量。像弹着点到目标的距离这样的随机变量,它的取值连续地充满了一个区间,这称为连续型随机变量。 /;}o0
DYeW
1、随机变量的分布函数 8f'r_,"
(1)离散型随机变量的分布率 {irl}EeyC
设离散型随机变量 的可能取值为Xk(k=1,2,…)且取各个值的概率,即事件(X=Xk)的概率为 v.,D,6qZ
P(X=xk)=pk,k=1,2,…, Nh4&3"g|
则称上式为离散型随机变量 的概率分布或分布律。有时也用分布列的形式给出: 1^WkW\9kO
。 CzDg?w b
显然分布律应满足下列条件: :F"NF
(1) , , &RHx8zScP
(2) 。 cvtn,Ml6
例2.1:投骰子,出现偶数的概率? rC/z8m3z
例2.2:4黑球,2白球,每次取一个,不放回,直到取到黑为止,令X(ω)为"取白球的数",求X的分布律。 7s0y.i~
例2.3:若干个容器,每个标号1-3,取出某号容器的概率与该号码成反比,令X(ω)表示取出的号码,求X的分布律。 oHV!>K_D
Y31e1
(2)分布函数 {p(6bsn_#]
对于非离散型随机变量,通常有 ,不可能用分布率表达。例如日光灯管的寿命 , 。所以我们考虑用 落在某个区间 内的概率表示。 >oAXS\Ts
定义 设 为随机变量, 是任意实数,则函数 NVf_#p"h
Q+U" %
称为随机变量X的分布函数。 [8WG
可以得到X落入区间 的概率。也就是说,分布函数完整地描述了随机变量X随机取值的统计规律性。 SU~ljAF4
分布函数 是一个普通的函数,它表示随机变量落入区间(- ∞,x]内的概率。 ?xQm_
91X^
的图形是阶梯图形, 是第一类间断点,随机变量 在 处的概率就是 在 处的跃度。 \K
Kt&bKL
分布函数具有如下性质: H:16aaMn(
1° ; 4a.8n!sys
2° 是单调不减的函数,即 时,有 ; v//Drj
3° , ; LTb#1JC
4° ,即 是右连续的; LzEH&y_O
5° 。 iWe'|Br
THCvcU?X
例2.4:设离散随机变量 的分布列为 ~qA\u5sB9@
, WE
/1h
求 的分布函数,并求 , , 。 o6:]Hvqjr
例2.5:设随机变量X的分布函数为 zx?|5=+!
~sWXd~\
其中A是一个常数,求 .=Uu{F
(1) 常数A zrC1/%T
(2)P(1≤X≤2) uF
D
A5ckosYyNA
(3)连续型随机变量的密度函数 >ca`0gu
定义 设 是随机变量 的分布函数,若存在非负函数 ,对任意实数 ,有 /}d)g4\j
, I "R<XX
则称 为连续型随机变量。 称为 的概率密度函数或密度函数,简称概率密度。 的图形是一条曲线,称为密度(分布)曲线。 H$zD k
由上式可知,连续型随机变量的分布函数 是连续函数。 d=g,s[FMm
所以, 73ABop
!(j<Y0xo:
密度函数具有下面4个性质: m^tf=O<
1° 。 iE
,"YCK
2° 。 %~lTQCPE
的几何意义;在横轴上面、密度曲线下面的全部面积等于1。 2ryg3%+O
如果一个函数 满足1°、2°,则它一定是某个随机变量的密度函数。 nIUts?mB
3° = = 。 9wC='
4° 若 在 处连续,则有 。 ,v9*|>4
u*7>0o|H:
它在连续型随机变量理论中所起的作用与 在离散型随机变量理论中所起的作用相类似。 i>pUTT
_[
z<cPy)F]"
mJVru0
对于连续型随机变量 ,虽然有 ,但事件 并非是不可能事件?。 yOk]RB<'r
]qk`Yi
令 ,则右端为零,而概率 ,故得 。 vsB3n$2@u
不可能事件(?)的概率为零,而概率为零的事件不一定是不可能事件;同理,必然事件(Ω)的概率为1,而概率为1的事件也不一定是必然事件。 og*ti!Z
例2.6:随机变量X的概率密度为f(x), ,求A和F(x)。 @]V_%,
例2.7:随机变量X的概率密度为 >T\^dHtz
Orlf5{P
求X的分布函数 和 . 2aUE<@RU[
eQ=6< ^KZ
2、常见分布 dA(+02U/.
①0-1分布 9A\\2Zz6F
P(X=1)=p, P(X=0)=q i$!K{H1{9
例如树叶落在地面的试验,结果只能出现正面或反面。 AC?a:{./
U[ogtfv`m
②二项分布 +KP&D.wIo
在 重贝努里试验中,设事件 发生的概率为 。事件 发生的次数是随机变量,设为 ,则 可能取值为 。 qvJQbo[.9P
, 其中 , 2>^jMln
则称随机变量 服从参数为 , 的二项分布。记为 。 Y)AHM0;g
[bBPs&7u
容易验证,满足离散型分布率的条件。 gm: xtN
当 时, , ,这就是(0-1)分布,所以(0-1)分布是二项分布的特例。 ?,eq86-M
"Z-YZ>2
例2.8:某人进行射击,设每次射击的命中率为0.001,若独立地射击5000次,试求射中的次数不少于两次的概率。 [F,s=,S'M
2P|j<~JS
③泊松分布 xu'b@G}12
设随机变量 的分布律为 --7@rxv
, , , v/Xz.?a\jF
则称随机变量 服从参数为 的泊松分布,记为 或者P( )。 'f7s*VKG
泊松分布为二项分布的极限分布(np=λ,n→∞)。 j4(f1
如飞机被击中的子弹数、来到公共汽车站的乘客数、机床发生故障的次数、自动控制系统中元件损坏的个数、某商店中来到的顾客人数等,均近似地服从泊松分布。 3#`Sk`z<
VY!A]S"
例2.9:某人进行射击,设每次射击的命中率为0.001,若独立地射击5000次,试求射中的次数不少于两次的概率,用泊松分布来近似计算。 Te>m9Pav
4%SA%]a L1
sA,2gbW
④超几何分布 }$3pS:_N~
PiNf;b^9
随机变量X服从参数为n,N,M的超几何分布。 \LM{.gzT
~yRKNH*M
例2.10:袋中装有α个白球及β个黑球,从袋中任取a+b个球,试求其中含a个白球,b个黑球的概率(a≤α,b≤β)。 (非重复排列) .;:dG
例2.11:袋中装有α个白球及β个黑球,从袋中连续地取a+b个球(不放回),试求其中含a个白球,b个黑球的概率(a≤α,b≤β)。 (非重复排列) _G^ 4KwYp
例2.12:袋中装有α个白球及β个黑球,从袋中连续地取a+b个球(放回),试求其中含a个白球,b个黑球的概率(a≤α,b≤β)。 (重复排列) J
p0j
-x>2Wb~%
⑤几何分布 |1+mHp
,其中p≥0,q=1-p。 lt0byn$vz
随机变量X服从参数为p的几何分布。 rGQ([e
LdX'V]ITh
例2.13:5把钥匙,只有一把能打开,如果某次打不开不扔掉,问以下事件的概率? GM0pHmC
①第一次打开;②第二次打开;③第三次打开。 vH"^a/95|
t RTJ Q
⑥均匀分布 x^ Y sXzu
设随机变量 的值只落在[a,b]内,其密度函数 在[a,b]上为常数k,即 0 \o5+
j>hBNz
其他, XpT~]q}
其中k= , <M,=(p{
则称随机变量 在[a,b]上服从均匀分布,记为X~U(a,b)。 _=I&zUF
分布函数为 ,esUls'nz'
]L\]Ll;
[O3)s] |
[ofZ1hB4
&&sm7F%
% )}rQqQ
<7MxI@\
当a≤x1<x2≤b时,X落在区间( )内的概率为 (/_w23rr
P( 。 <$`
^
[](] "r
例2.14:设电阻R是一个均匀在900~1100Ω的随机变量,求R落在1000~1200Ω之间的概率。 ;xu&%n[6@
C'joJEo
⑦指数分布 Uee$5a>(
设随机变量X的密度函数为 AIM<mU
zhI"++
'W p~8}i@
0T:U(5Y9
mbIHzzW>
L5]uT`Twa
其中 ,则称随机变量X服从参数为 的指数分布。 (+bt{Ma
X的分布函数为 qI2&a$Zb$
Lhxg5cd
WG5)-;>q|
&?APY9\.
.DhB4v&
*MXE>
记住几个积分: ooN?x31
05YsLNh
, >#5jO9
9u_D@A"aC`
例2.15:一个电子元件的寿命是一个随机变量 。它的分布函数 的含义是,该电子元件的寿命不超过 的概率。通常我们都假定电子元件的寿命服从指数分布。试证明服从指数分布的随机变量具有"无记忆性": 。 l+^4y_
⑧正态分布 7<93n`byM
设随机变量 的密度函数为 Qf@ha
, , (S63:q&g
其中 、 为常数,则称随机变量 服从参数为 、 的正态分布或高斯(Gauss)分布,记为 。 !<0 `c
具有如下性质: VzuU0
1° 的图形是关于 对称的; ,GF(pCZzG
2° 当 时, 为最大值; nS^,Sq\Ak
3° 以 轴为渐近线。
A4TW`g_zm
特别当 固定、改变 时, 的图形形状不变,只是集体沿 轴平行移动,所以 又称为位置参数。当 固定、改变 时, 的图形形状要发生变化,随 变大, 图形的形状变得平坦,所以又称 为形状参数。 QM=Y}
x0dBg~I
若 ,则 的分布函数为 U~8, N[
。。 .JWN\\
#sf1,k5'
参数 、 时的正态分布称为标准正态分布,记为 ,其密度函数记为 R& HkWe
, , TA"gU8YQ
分布函数为 ,Y0qGsV
。 是不可求积函数,其函数值,已编制成表可供查用。 x\Kt}/9 7e
φ(x)和Φ(x)的性质如下: _6\"U5*Y
1° φ(x)是偶函数,φ(x)=φ(-x); U1=\ `)u;
2° 当x=0时,φ(x)= 为最大值; nX+c
HF
3° Φ(-x)=1-Φ(x)且Φ(0)= 。 |u^~Z-.
如果 ~ ,则 ~ 。 3?wL)6Uj8J
所以我们可以通过变换将 的计算转化为 的计算,而 的值是可以通过查表得到的。 :LTjV"f
。 L\t?^u
分位数的定义。 B5#>ieM*
AK$i0Rn;pm
Y\9zjewc
例2.16:设 ,求 , ;求常数c,使P(X>c)=2P(X≤c)。 }Y3*X:i7
例2.17:某人需乘车到机场搭乘飞机,现有两条路线可供选择。第一条路线较短,但交通比较拥挤,到达机场所需时间X(单位为分)服从正态分布N(50,100)。第二条路线较长,但出现意外的阻塞较少,所需时间X服从正态分布N(60,16)。(1)若有70分钟可用,问应走哪一条路线?(2)若有65分钟可用,又应选择哪一条路线? Rw`64 L_
JuRx>F4
3、随机变量函数的分布 wG&rkg";#
随机变量 是随机变量 的函数 ,若 的分布函数 或密度函数 知道,则如何求出 的分布函数 或密度函数 。 *7yrm&@nG
(1) 是离散型随机变量 <im<0;i&e
已知 的分布列为 SA,+oq(
Ce@"+k+w
, ded:yho
poS=8mN8;
显然, 的取值只可能是 ,若 互不相等,则 的分布列如下: N9PEn[t@
, ;fm>
\f
若有某些 相等,则应将对应的 相加作为 的概率。 yO J|t#
m]ALW0
例2.18:已知随机变量 的分布列为 j=PM]
, _Q\<|~
求 的分布列。 <*HsJwr)u
Q.l3F3;
>q1rdq
(2) 是连续型随机变量 <s (o?U
先利用X的概率密度fX(x)写出Y的分布函数FY(y),再利用变上下限积分的求导公式求出fY(y)。 Y]"lcr}
%VO>6iVn
例2.19:已知随机变量 ,求 的密度函数 。 tAS[T9B
yOm#c>X
第二节 练习题 -N1X=4/fg
1、常见分布 sbq:8P#
例2.20:一个袋中有5只球,编号为1,2,3,4,5,在其中同时取3只,以X表示取出的3个球中的最大号码,试求X的概率分布。 h&EF)~G
例2.21:设非负随机变量X的密度函数为f(x)=A ,x>0,则A= 。 \|R\pS}4
例2.22: 是概率密度函数的充分条件是: h"ATRr^
(1) 均为概率密度函数 k6|/ ik9C
(2) sl G%o5|m
例2.23:一个不懂英语的人参加GMAT机考,假设考试有5个选择题,每题有5个选项(单选),试求:此人答对3题或者3题以上(至少获得600分)的概率? 7,R
~2ss5z
例2.24:设随机变量X~U(0,5),求方程 有实根的概率。 _qSVYVJ u
例2.25:设随机变量X的概率密度为 na]
9-~4
XlxM.;i0H
其使得 ,则k的取值范围是 。 /9
|BAQ:v;
例2.26:已知某种电子元件的寿命(单位:小时)服从指数分布,若它工作了900小时而未损坏的概率是 ,则该种电子元件的平均寿命是 LP//\E_]
A. 990小时 B. 1000小时 C. 1010小时 D. 1020小时 s[u*~A
例2.27:设随机变量X的概率密度为: 则其分布函数F(x)是
75T+6u
(A) 8 v<*xy
(B) :gx]zxK
(C) )bB
Va^
(D) [ ] i [2bz+Z?
例2.28:X~N(1,4),Y~N(2,9),问P(X≦-1)和P(Y≧5)谁大? H :`H4S}
例2.29:X~N(μ,σ2),μ≠0,σ>0,且P( )= ,则α=? 3\a VZx!
2、函数分布 n wO5<b;
例2.30:设随机变量X具有连续的分布函数F(x),求Y=F(X)的分布函数F(y)。 BBRZlx
(或证明题: TA!6|)BUW
设X的分布函数F(x)是连续函数,证明随机变量Y=F(X)在区间(0,1)上服从均匀分布。) ?p &Xf>K
例2.31:设随机变量X的分布函数为F(x),则Y=-2lnF(X)的概率分布密度函数fY(y)= . 3^Z@fC
例2.32:设X~U ,并且y=tanx,求Y的分布密度函数f(y)。 J L2g!n=
K
例2.33:设随机变量X服从指数分布,则随机变量Y=min{X, 2}的分布函数 R"O,2+@<.
(A)是连续函数 (B)至少有两个间断点 'LLpP#(
(C)是阶梯函数 (D)恰好有一个间断点 '6f)^DYA'?
+-MieiKv
Zy^ wS1io
;^so;>F
m/aA
q8
M HKnHPv
xPP]Ro PR
f(*iagEy
tx}=c5
<-=g)3_
第三章 二维随机变量及其分布 x Z`h8
第一节 基本概念 _16r8r$V
1、二维随机变量的基本概念 -y8>c0u
(1)二维离散型随机变量联合概率分布及边缘分布 D#d
\1g
'M%uw85
如果二维随机向量 (X,Y)的所有可能取值为至多可列个有序对(x,y)时,则称 为离散型随机量。理解:(X=x,Y=y)≡(X=x∩Y=y) 'TDp%s*;
设 =(X,Y)的所有可能取值为 ,且事件{ = }的概率为pij,,称 Wf-P a9
A=BT2j'l)
为 =(X,Y)的分布律或称为X和Y的联合分布律。联合分布有时也用下面的概率分布表来表示: NrfAr}v'E
z_nY>_L83*
YX y1 y2 … yj … pi· g,\O}jT\'
x1 p11 p12 … p1j … p1· IMHt#M`
x2 p21 p22 … p2j … p2· }_9yemP
c#8@>;
xi pi1 … … pi· {:`XhPS<B
Qa,$_,E
p·j p·1 p·2 … p·j … 1 ~{{@m]P
这里pij具有下面两个性质: k$w#:Sx
(1)pij≥0(i,j=1,2,…); l#3jJn
(2) 0Q:l,\lY
对于随机向量(X,Y),称其分量X(或Y)的分布为(X,Y)的关于X(或Y)的边缘分布。上表中的最后一列(或行)给出了X为离散型,并且其联合分布律为 #}C6}};
, O+ J0X*&x
则X的边缘分布为 ; 6@=ipPCR
Y的边缘分布为 。 ;1Q@d
例3.1:二维随机向量(X,Y)共有六个取正概率的点,它们是:(1,-1),(2,-1),(2,0),2,2),(3,1),(3,2),并且(X,Y)取得它们的概率相同,则(X,Y)的联合分布及边缘分布为 _/h<4G6A
YX -1 0 1 2 p1· ST[E$XL6
1 0 0 0 a} :2lL%
2 0 ?2Sm
f
3 0 0 C&RZdh,$
p·j 1 'OsRQ)E
pw=o}-P{
(2)二维连续型随机向量联合分布密度及边缘分布 '2ACZcjDSv
对于二维随机向量 ,如果存在非负函数 ,使对任意一个其邻边分别平行于坐标轴的矩形区域D,即D={(X,Y)|a<x<b,c<y<d}有 CjmF2[|
ryt`yO
则称 为连续型随机向量;并称f(x,y)为 =(X,Y)的分布密度或称为X和Y的联合分布密度。 &