概率论与数理统计 第二章 随机变量的分布

第二章 随机变量的分布

2.1 随机变量的分布函数

定义 是随机试验 的样本空间,若对于每一个样本点 ,都有唯一的实数 与之对应,且对于任意实数 ,都有确定的概率 与之对应,则称 随机变量,简记为

随机变量有如下的特点

  1. 它们是由随机实验的结果所确定的量
  2. 随机变量取各值的可能性大小有确定的统计规律性

引进分布函数来描述随机变量的统计规律

定义 是随机试验 的样本空间, 是任意实数,称函数 为随机变量 分布函数 也可记为

可将随机变量 看成实数轴上随机点的坐标, 称为随机点

定理 为随机变量 的分布函数,则

  1. 为单调不降函数,即 ,有
  2. ,且
  3. 是右连续函数,即

2.2 离散型随机变量

一、离散型随机变量及其分布律

定义 如果随机变量 只取有限个或可列无穷多个数值 ,记 ,它满足

则称 离散型随机变量,并称

分布律,并用如下表格表示

某射手一次射击命中目标的概率为 ,射击进行到第一次命中目标位置,求射击次数 的分布律

的分布律为

则称随机变量 服从几何分布

若一个试验的样本空间只有两个样本点,则只有两个可能的对立结果 ,则称之为伯努利试验

在伯努利试验中, 为伯努利试验的基本事件,若 ,令 的分布律为

或者

则称 服从(0-1)分布(或两点分布

二、伯努利试验与二项分布

定义 将一个试验在相同条件下重复进行 次,如果在每次试验中,任一事件出现的概率与其他各次试验结果无关,则称这 次试验是 重复的独立的试验

次重复独立的伯努利试验称为 重伯努利试验,或称伯努利概型

定理 重伯努利试验中,事件 在每次试验中发生的概率为 ,则 恰好发生 次的概率为 注意到 ,显然 ,并由二项式定理有 则称 服从二项分布,记为

特别若 ,则其分布律为

服从(0-1)分布

三、泊松分布

设随机变量 的分布律为 则称随机变量 服从参数为 泊松分布,记为

泊松定理

设随机变量序列 ,即 若满足

则有 很大, 很小时,可用泊松定理近似计算二项分布的概率 其中

2.3 连续型随机变量

一、概率密度函数

定义 是随机变量 的分布函数,若存在非负函数 ,对任意实数 ,有 则称 连续型随机变量,称 概率密度

连续性随机变量的概率密度具有如下性质

  1. 在点 处连续,则

  2. 连续型随机变量的分布函数 是一个在 上的连续函数

  3. 为连续型随机变量,则对任一指定实数 ,有

二、几种连续型分布

  1. 均匀分布

    设连续型随机变量 具有概率密度 则称 在区间 上服从均匀分布,记为

    可得 的分布函数为

  2. 指数分布

    设随机变量 ​ 的概率密度为 则称随机变量 服从参数为 指数分布

三、正态分布

定义 若连续型随机变量 的概率密度为 其中 均为实数,且 ,则称 服从参数为 正态分布(或高斯分布),记为

特别地当 ,即 时,称 服从标准正态分布,其概率密度简记为 正态概率密度 具有以下性质

  1. 处处大于 ,且具有各阶连续的导函数

  2. 内单调增加,在 达到最大值 ,在 上单调减少,当 时,

  3. ​ 关于直线 ​ 是对称的,即对任意实数 ​,有 ​,从而 服从标准正态分布,其分布函数记为

有如下常用计算式

  1. 若随机变量 ,则

  2. 若随机变量 ,则

设随机变量 ,若 则称 是标准正态分布的上侧分位数