随机变量及其分布函数
随机变量
将样本空间中的每一个事件 按照一定的的法则 对应到一个实数,则称 上的单值实值函数 为 随机变量。
随机变量是 上的一个映射:
定义域 样本空间 .
随机性 随机变量的取值不能预测.
概率特性 随机变量以一定的概率取某个值或某些值.
分布函数
设 为一随机变量,对于任意实数 ,称 为 的 分布函数。
分布函数的性质:
取 的概率:
设 相互独立,分布函数分别为 ,则 必为某一随机变量 的分布函数。
证明,
也可以:
若 与 是分布函数,则 是分布函数的充要条件是 .
离散型随机变量及其分布律
离散型随机变量概率分布的一般概念
设离散型随机变量 的所有可能取值为 ,不妨设 ,称
为 的 分布律,满足 ;.
离散型随机变量分布函数和分布律的关系
常见的离散型随机变量
0-1 分布
也可以写成
二项分布(Bernoulli 分布)
Bernoulli 试验
重 Bernoulli 试验的分布律:
事件至少发生一次的概率为 .
如果知道事件至少发生一次的概率,就可以推出 .
定义最可能成功次数 为 ,满足:
则称 是 次独立实验中最可能成功次数,在一般情况下:
访客对广告的点击率为 , 表示点击这个广告(第) 次时该网站的访问量,写出 的分布律。
最后一次一定完成点击,因此
称为 负二项分布。
当 时(第一次点击),有
称为 几何分布。
Poisson 分布
将某一时间段划分为 段,每一时间段发生事件的概率和时间段的时长成正比,不妨记作 ,那么这段发生事件数目的数量 满足二项分布:
当 时,
使用 Stirling 公式证明:
Stirling 公式:. ……
代入化简得到
接下来计算:
换元 ,
于是得到最终:
实际计算可以拿这个公式做近似。
设随机变量 的所有可能取值为 ,并且分布律为:
其中 ,则称随机变量 服从参数为 的 Poisson 分布,记为 . 也就是:
即计算
接下来换元 ,求:
这其实是一个级数的形式,因为 , 所以上式等于 .
然后最后化简得到
直觉上很好理解。
连续型随机变量及其概率密度
概率密度函数及其性质
概率密度函数由分布函数定义.
设 是一随机变量, 是其分布函数,若存在一个非负可积函数 ,使得:
则称 为 连续型随机变量, 是它的 概率密度函数,满足以下性质:
常见的连续型随机变量
均匀分布
满足
记为,.
分布函数为:
指数分布
满足
记为,.
分布函数为:
如果在单位时间内出现的质点数符合 Poisson 分布,则任意两个质点出现的时间间隔服从指数分布。
正态分布
满足
其中 为常数,,则称 服从参数为 的正态分布,记为 。
特点:
参数 称为 标准正态分布。这里记为 ,概率密度为
分布函数:
一般的正态分布可以通过线性变换 转换为标准正态分布。还具有以下性质(由图像得出)
.
.
推出:
随机变量函数的分布
离散型随机变量的分布
问题:求 的概率特性。
一般地, 随机变量 为离散型随机变量,其分布律为:
又设函数 ,求 的概率分布的一般方法如下:
确定随机变量 的所有可能取值。
的概率分布为:
已知随机变量 的概率分布律为:
其中 ,求随机变量 的概率分布,
连续型随机变量函数的分布
一般地,设 为连续型随机变量,如果已知 的概率密度为 (或分布函数),又设函数 ,求 的概率密度(或分布函数)的步骤如下:
也就是:
注意范围需要讨论。
Problem:气体分子的运动速度 是一个随机变量,其概率密度为:
表示分子的动能,求随机变量 的概率分布。
Solution:
这个例子的应用:设 ,则:
则 .
当 时
当 时
先求 :
for 0<y<1, 其他情况 .
一般性结论:
设随机变量 具有概率密度 , 为 内的严格单调递增(或递减)的可导函数,则随机变量 的概率密度为:
其中 是 的反函数,.
往年题目
18-10
首先,因为 相互独立,由泊松分布的可加性,有:
因此:
而: