數(shù)學期望與方差

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1、概率論與數(shù)理統(tǒng)計引入隨機變量的分布函數(shù)能完整的描述隨機變量的統(tǒng)計規(guī)律性。但在許多實際問題中,并不需要去全面考察隨機變量的變化情況。如大致了解全班同學的身高情況,其實我們只要知道全班同學的平均身高、大家身高對平均身高的平均偏離程度就可以大致了解全班同學的身高情況。平均身高和平均偏離程度就是X的兩個數(shù)字特征,我們分別稱之為數(shù)學期望、方差。數(shù)學期望、方差、協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)因此,在對隨機變量的研究中,確定某些數(shù)字特征是重要的.在這些數(shù)字特征中,最常用的是第四章隨機變量的數(shù)字特征第一節(jié)隨機變量的 數(shù)學期望一、數(shù)學期望的概念二、隨機變量函數(shù)的數(shù)

2、學期望三、數(shù)學期望的性質(zhì)四、應(yīng)用實例一、數(shù)學期望的概念1.問題的提出1654年,一個名叫德.梅爾的貴族就“兩個賭徒約定賭若干局,且誰先贏c局便算贏家,若在一賭徒勝a局(a

3、,很容易設(shè)想出以下兩種分法:(1)A得200*(1/2)元、B得200*(1/2)元;(2)A得200*(2/3)元、B得200*(1/3)元;第1種分法考慮到A、B兩人賭技相同,就平均分配,沒有照顧到A已經(jīng)比B多贏1局這一現(xiàn)實,顯然對A是不公平的。第2種分法不但照顧到“A、B兩人賭技相同”這一前提,還尊重了已經(jīng)進行的三局比賽結(jié)果,當然更公平一些。但是,第2種分法還是沒有考慮到如果繼續(xù)比賽下去的話會出現(xiàn)什么情形,即沒有照顧到兩人在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對比賽結(jié)果的一種期待。A勝2局B勝1局前三局:后二局:把已賭過的三局(A勝2局、B勝1局)與上

4、述結(jié)果相結(jié)合,即A、B賭完五局:AAABBABBA勝B勝分析假設(shè)繼續(xù)賭兩局,則結(jié)果有以下四種情況:AAABBABBA勝B負A勝B負A勝B負B勝A負B勝A負A勝B負B勝A負B勝A負因此,A能“期望”得到的數(shù)目應(yīng)為而B能“期望”得到的數(shù)目,則為故有,在賭技相同的情況下,A、B最終獲勝的可能性大小之比為3:1.即A應(yīng)獲得賭金的而B只能獲得賭金的這種分法自然比前兩種方法都更為合理,使雙方都樂于接受。這就是“數(shù)學期望”這個名字的由來。因而A期望所得的賭金即為X的“期望”值,等于X的可能值與其概率之積的累加.即為若設(shè)隨機變量X為:在A勝2局B勝

5、1局的前提下,繼續(xù)賭下去A最終所得的賭金.則X所取可能值為:其概率分別為:引例2加權(quán)平均成績?yōu)樵撋鏖T課程的算術(shù)平均成績.設(shè)某學生四年大學各門功課成績分別為其學分分別為,則稱這是以頻率為權(quán)的加權(quán)平均顯然算術(shù)平均成績是加權(quán)平均成績的一種為該生的加權(quán)平均成績.,可見加權(quán)平均才充分的體現(xiàn)了特例,即平均值的意義.這是以概率為權(quán)的加權(quán)平均通過上述2個引例,我們可以給出如下定義2.離散型隨機變量的數(shù)學期望若級數(shù),則稱絕對收斂,即級數(shù)的和為隨機變量X的數(shù)學期望,記為E?X?,即定義1設(shè)離散型隨機變量X?的分布律為X的分布律為E(X)=比如0-1分

6、布的期望為p注1oE?X?是一個實數(shù),而非變量,它是一種加權(quán)平均,它從本質(zhì)上體現(xiàn)了隨機變量X取可能值的真正的平均值,也稱均值.注2o級數(shù)的絕對收斂性保證了級數(shù)的和不隨級數(shù)各項次序的改變而改變,之所以這樣要求是因為數(shù)學期望是反映隨機變量X取可能值的平均值,它不因可能值的排列次序而改變.設(shè)某教練員有甲、乙兩名射擊運動員,現(xiàn)需要選拔其中的一名參加運動會,根據(jù)過去的記錄顯示,二人的技術(shù)水平如下:乙射手甲射手試問哪個射手技術(shù)較好?例1選拔運動員解運動員的水平是通過其平均水平來衡量的,故甲射手的技術(shù)比較好.因而甲、乙兩射手的平均水平分別為甲射手

7、乙射手解則有例2(泊松分布)因而泊松分布P???的數(shù)學期望為?.設(shè)X?,且其分布律為設(shè)隨機變量X?P(?),求E?X?.連續(xù)型隨機變量的數(shù)學期望的引出設(shè)X是連續(xù)型隨機變量,其密度函數(shù)為f(x),在數(shù)軸上取很密的分點x0

8、連續(xù)型隨機變量數(shù)學期望的定義定義2設(shè)連續(xù)型隨機變量X的概率密度為則稱為隨機變量X的數(shù)學期望,f?x?,記為E?X?,即例3(均勻分布)解則有4.常見連續(xù)型隨機變量的數(shù)學期望設(shè)隨機變量X服從均勻分布,因而均勻分布數(shù)學期望位于區(qū)間的中點.

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