概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì) (15).ppt

1、,4.2 方差,一、方差的概念 引例： 現(xiàn)有甲、乙兩位射手，甲射手射擊中命中的環(huán)數(shù) 用X表示，乙射手射擊中命中的環(huán)數(shù)用Y表示，甲、乙兩射 手射擊中命中的環(huán)數(shù)分布分別為： 現(xiàn)在問(wèn)甲、乙兩位射手誰(shuí)的射擊水平誰(shuí)更穩(wěn)定些？ 易知，甲、乙兩位射手每次射擊命中的平均環(huán)數(shù)分別為 ， ,可見，甲、乙兩位射手每次射擊命中的平均環(huán)數(shù)相等，這 表明這兩位射手的射擊水平相當(dāng)?shù)?，誰(shuí)的射擊水平誰(shuí)更穩(wěn) 定呢？通常的想法是，看誰(shuí)命中的環(huán)數(shù) 與其平均環(huán)數(shù) 的 偏差絕對(duì)值 的平均值最小,即 最小. 愈小，X的值就愈集中于 附近，表明此射手發(fā)揮愈穩(wěn)定; 愈大，X的值在 附近就愈分散，表明此射手發(fā)揮 愈不穩(wěn)定然而在實(shí)際中 帶有絕對(duì)

2、值，在數(shù)學(xué)運(yùn)算 上不方便，因而，通常用 來(lái)表達(dá)隨機(jī)變量X取值的 分散程度或集中程度 據(jù)此分析，我們可以算得 ， 由于 ,因此,我們認(rèn)為乙的射擊水平更 穩(wěn)定一些,可以看出， 是用來(lái)描述隨機(jī)變量X與其平均值 偏 離程度的一種量，為此我們給出如下定義 定義4.3 設(shè)X是一個(gè)隨機(jī)變量，若 存在，則稱 為X的方差（Variance），記為 或 ，即 ， （412） 而稱 為X的標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation）或均方差,記為 ,即 ，它與X有相同的量綱 隨機(jī)變量X的方差 刻畫的是X的取值關(guān)于其數(shù)學(xué)期望 的分散或集中程度， 愈小，X的取值關(guān)于 愈集中； 愈大，X的取值關(guān)于 愈分散 由定義可知，

3、隨機(jī)變量X的方差是其函數(shù) 的數(shù)學(xué) 期望，因此，從計(jì)算上講，方差與數(shù)學(xué)期望沒(méi)有質(zhì)的區(qū)別，通 常用下列公式計(jì)算方差： （413） 這是因?yàn)?，所以,二、離散型隨機(jī)變量的方差 設(shè)X為離散型隨機(jī)變量，其分布列為 若 存在，且 收斂，則 （414） 或 （415）,三、連續(xù)型隨機(jī)變量的方差 設(shè)X為連續(xù)型隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)為 ， 存在, 若 收斂，則 （416） 或 （417） 四、方差的性質(zhì) 設(shè)X是一個(gè)隨機(jī)變量,c為常數(shù)，則有 性質(zhì)1. ； 性質(zhì)2. ；,性質(zhì)3. 若 相互獨(dú)立，則 ;特別地 證明1. ； 2. ； 3. 因?yàn)?相互獨(dú)立，所以 與 也相互獨(dú)立,于是 （418） 因此 ,此性質(zhì)可以推

4、廣到n維隨機(jī)變量的情形. 設(shè) 相互 獨(dú)立， 是常數(shù)，則 （419） 性質(zhì)4. 的充分必要條件是X以概率1取常數(shù) 即 （證略） 五、幾類重要隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望和方差 1.( 0 1 )分布 設(shè)X的分布列為 由例4.8知： ， ,2. 二項(xiàng)分布 設(shè) ,由二項(xiàng)分布的定義,X是n重貝努里試驗(yàn)中事件 A發(fā)生的次數(shù),且在每次試驗(yàn)中A發(fā)生的概率為p,引入隨機(jī)變量 則 相互獨(dú)立，且均服從分布列 顯然 ，又 ， 因此 = = = ； 利用定義也可以直接求得二項(xiàng)分布的數(shù)學(xué)期望和方差，但 過(guò)程較繁瑣，有興趣的讀者不妨一試,3 . 泊松分布 設(shè) ,由于 ,因此， ； ， . 4. 均勻分布 設(shè) ，則其概率密度函數(shù) 根據(jù)定義，, 5