Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Савёлова Методические указания к решению задач по вероятностным разделам 2014

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
12.11.2022
Размер:
1.67 Mб
Скачать

нимает

 

 

значения

1,−2,3,−4,…,

причем вероятность

 

 

=

(−1)

 

 

 

}

пропорциональна

 

 

 

 

. Подчиняется ли эта последова-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тельность закону больших чисел?

 

 

 

 

величин ξ ( = 1,2,…)

1.79.Последовательность

случайных

 

удовлетворяет трем условиям:

 

 

 

 

 

 

 

 

1) все

 

 

ξ

 

 

=

,

 

 

 

 

 

 

≠ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) все

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказатьξ,

 

≤ 0 при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) все

 

ξ

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чисел.

 

 

 

 

что эта последовательность подчиняется закону больших

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.80.Случайная функция ξ( ) определена для всех t формулой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ

( )

=

 

 

 

 

 

(

 

)

нормальныеsin( ∙ ))случайные,

 

где

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

η

независимыеcos ∙

ве-

циент

 

 

 

 

 

=

 

 

= 0,

 

ξ

 

=

η

 

= σ .

Вычислить коэффи-

личиныξ ,…,

иη ,…,η

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

корреляции

ξ( )

и

ξ( )

при

 

и доказать, что он зависит

от разности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

попарно независимы,

1.81.

Случайные величины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вероятностями ½. При каких

причем

 

 

 

 

принимает значенияξ

(

 

 

 

 

 

=с1,2,…)

 

 

 

 

 

 

 

значенияхξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гарантировать, что последователь-

 

параметра s можно ±

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.82.ξ ,...,ξ ,…

подчиняется закону больших чисел?

 

 

 

 

ность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предположим, что для некоторого

 

 

 

существует

 

.

Доказать, что тогда для любого > 0

справедливо неравенство

 

 

 

 

 

.

> 0

 

 

 

 

 

1.83.Рассмотрим

 

{ξ ≥ } ≤

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

последовательность

 

центрированных

 

случай-

ных величин

{ξ }

 

(

)

 

. Если

 

 

 

 

 

 

ξ

 

то говорят, что последо-

(ср)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

вательность

 

 

 

 

сходится в среднем:

 

 

(ср)

. Доказать,

 

что из

ξ ,...,ξ ,…

 

 

 

 

 

 

ξ

 

→ 0,

 

 

ξ

0

следует

ξ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, но не наоборот.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.84.Предположим, что случайная величина

 

нормальна с пара-

метрами

(0,

),

 

 

а неотрицательная

случайнаяξвеличина

η

имеет

плотность

вероятности, пропорциональную

 

 

 

 

 

 

 

σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

0 <

 

< ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказать, что если ξ иη независимы, то плотность отношения

ξ⁄ η⁄ пропорциональна

(1+

 

)

 

, −∞ < < +∞

 

(теорема Стьюдента).

1.7. Характеристические функции.

Центральная предельная теорема

ξ

 

Характеристической функцией случайной величины

называет-

ся комплексная функция от действительного аргумента

 

φ ( ) =

,

−∞ < < +∞.

 

 

Если случайные величины ξ иξ независимы, то

φ( ) = φ ( ) ∙φ ( ).

Теорема Муавра – Лапласа утверждает, что если случайная ве-

личина подчиняется биноминальному закону с параметрами n и

p, то приξлюбых

<

′′

 

 

 

 

 

''

 

 

 

 

ξ −

 

''

 

 

1

 

 

 

lim

′ <

<

=

 

.

(1 − )

 

√2π

Примеры решения типовых задач

Пример 1.24

С помощью характеристических функций доказать, что для независимых случайных величин ξ ,…,ξ из примера 1.22 центральная предельная теорема (ЦПТ) выполняется, а ЗБЧ не имеет места.

Решение. Для последовательности

η = 1 ξ

находим характеристическую функцию. Имеем

42

 

 

( ) =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

 

 

 

 

+

 

 

= cos √ .

Находим

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ

( ) =

 

cos

 

 

 

 

 

= exp

 

lncos

 

=

 

 

= exp −

1

 

+

̅1

 

 

 

= exp −

(

4

+1)

+ ̅

1

.

Таким образом,

 

φ

( ) →

 

 

 

при

→ ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При выполнении ЗБЧ

φ ( )

→ 1 при

→ ∞.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для ЦПТ рассматривается последовательность случайных величин

ζ =

 

ξ

 

=

 

 

 

1

)

ξ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

случайных величин ζ

 

 

 

 

Характеристические

функции

имеют вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ ( ) =

cos

 

= exp

 

lncos

 

 

 

=

 

 

(

 

 

)

 

 

 

 

(

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= exp −

(

+1)

+

 

̅1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ ( ) →

 

 

,

 

→ ∞. Следовательно, ЦПТ выполняется.

 

 

Пример 1.25

На склад поступает продукция с трех предприятий. Продукция первого предприятия составляет на складе 25 %, второго – 30 %, третьего – 45 %. В продукции первого предприятия имеется 60 % изделий высшего качества, в продукции второго – 65 %, третьего –

43

40 %. Найти вероятность того, что среди 200 произвольно взятых изделий не менее 90 являются изделиями высшего качества. Решение. Рассмотрим события:

А – произвольно взятое со склада изделие является изделием высшего качества; В – среди 200 произвольно взятых изделий не менее 90 – изделия высшего качества;

 

 

 

 

взятое

изделие

 

изготовлено

на пер-

втором\третьем предприятии.

 

 

 

 

 

вом\\

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пользуясь формулой полной вероятности, получаем

 

 

 

 

 

(

) =

(

 

 

)

 

( |

) = 0,525,

| ) = 0,4.

Для вычисления искомой( | ) = 0,6;

( |

) = 0,65; (

так как по условию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 200 ,

 

вероятности пользуемся ЦПТ Муавра–

Лапласа, где

 

 

= 0,525 ,

 

''= 0,475.

 

 

поскольку

=

 

≈ 13,45 ;

 

 

=

 

≈ −2,12 ,

В результате

 

= 90,

 

 

= 200.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

получаем

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

(

) =

(90

200) ≈

 

[Ф(13,45) − Ф(−2,12)] ≈ 0,983 ,

 

2

 

 

 

≈ 0,983.

 

Ф( ) =

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

Задачи

 

 

 

 

π

 

 

 

Ответ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.85.Вычислить характеристическую функцию дискретной слу-

чайной величины с распределением

0,

 

− ,… , −

,

.

,… ,

,

0,

 

44

 

 

 

1.86.Вычислить характеристическую функцию случайной величины, плотность которой изображена на рис. 1.3.

1

2

-2

 

-1

 

0

1

2

 

t

 

 

 

Рис. 1.3

1.87.Методом характеристических функций доказать, что сумма двух независимых случайных величин, подчиняющихся закону Пуассона, также подчиняется закону Пуассона.

1.88.Методом характеристических функций доказать предельную теорему Пуассона.

1.89.Какому условию должны удовлетворять неотрицательные

числа , ,..., ,…, для того чтобы функция

φ( ) = cos( ∙ )

была характеристической функцией? Какой случайной величины?

1.90.Вероятность наступления события A в одном испытании равна 1/2. Какова вероятность того, что при проведении 1000 независимых испытаний количество наступления события A будет заключено в интервале от 450 до 550?

1.91.Вероятность наступления события A в одном испытании равна = 0,4. Сколько надо провести независимых испытаний, чтобы было гарантировано неравенство

< 0,01 0,995 ?

1.92.В практически неограниченной совокупности некоторых предметов половина из них обладает свойством A и пятая часть –

45

свойством B. Свойства A и B распределены между предметами независимо. Из совокупности случайно выбрали 1600 предметов. Какова вероятность, что в этой выборке частоты, с которыми встречаются свойства A и B, отличаются от их вероятностей не более чем на 5 %?

1.93.Случайные величины

при

 

 

взаимно не-

зависимы и имеют одинаковыеξ

дисперсии

 

Вычислить

 

= 1,2,…,4500

 

(приближенно) вероятность того, что среднее

арифметическое этих

ξ = 5.

 

случайных величин отклонится от своего математического ожидания не более чем на 0,04.

1.94.Случайные величины

ξ ,...,ξ

независимы, причем

ξ

при-

нимает два значения:

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ξ = −√

 

 

ξ = √

 

 

 

=

=

2

.

 

 

Методом характеристических функций найти предельное распре-

 

 

 

 

(ξ +...+ξ )

 

→ ∞

деление средних арифметических

 

 

 

 

при

. Дока-

больших чисел.

ξ

,...,ξ ,…

не подчиняется закону

зать, что последовательность

 

 

 

 

46

 

 

 

 

 

Ответы и указания к решению задач

 

= 0,

 

 

 

1.1.

Если

=

 

умножить на

, то

= 0.

Если

то из

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

 

 

 

 

вытекает

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

,

то,

умножив=на А,

получим

 

 

 

 

 

Вместе с оче-

=

 

.

видным

 

 

 

 

 

это дает

 

=

+

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

 

=

, то

=

 

+

 

 

 

откуда

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.

 

 

 

).

 

 

 

 

 

+

=

следует

 

 

или

= .

Но

 

а) нет; б) да. (Из

 

̅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

+

 

̅

 

 

 

и+

 

+

̅

 

 

 

 

1.3.

При

 

 

=

.

(Из

 

 

= ,

 

 

следует

 

= 0

 

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0

 

+

̅

= 0

 

Отсюда

 

или

 

 

 

 

 

 

̅

или

 

 

.

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

_

 

_

_

_

 

 

Итак,

 

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.

_

=

 

 

+_

 

)(

 

_+_

 

_+

_

 

 

,

 

 

 

 

 

+

 

_

 

=_(

 

 

 

 

 

 

)

 

_

 

= (_

_

.)+(

 

 

+ )( + )( + ) =

 

+

̅+

 

 

+

 

 

̅

 

 

 

 

1.5.

 

 

 

=

 

 

 

 

 

;

 

=

 

+

 

 

 

 

 

+

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

{

+

} =

{

{

 

 

 

 

 

 

 

} −

 

 

 

 

1.6.

 

+

} +

} +

{ } −

 

{

 

{ } −

 

− {

} +

{

 

}.

 

 

− 3

;

a)

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.8.

 

{

+

+

} = 3

 

 

 

 

; б) невозможно.

 

 

 

 

1.7.

 

 

 

35

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из 1−

 

вытекает

= 1+

 

 

log2

 

= 25 .

 

 

 

36

 

2

log(36⁄35)

 

 

1.9.1⁄10!

1.10.4!⁄10!

1.11.В вариантах а и в ответы одинаковые:

(

− 1)

 

,

(

−1)

 

,

2

( + )(

+

−1)

( + )(

+

−1)

( + )( + − 1)

В варианте б:

 

 

 

 

 

2 ( + ) ,( + ) ,( + ) .

1.12.При любом k:

( +

− 1)!

=

 

.

(

47

+

+ )!

 

 

1.13.Пусть

=

+

,

=

+

.

Вероятности выигрышей:

=

+

+

+...=

1 −

,

=

+

+

+...=

1 −

.

Всегда < .

1.14. Пусть – событие, состоящее в том, что при k-м срабатывании прибор не перегорел. Тогда

 

 

 

=

...

 

...

 

,

 

{

 

} =

 

 

(1 −

);

);

 

 

 

 

 

=

 

 

 

̅

,

 

{

} = 1 −

(1 −

 

 

 

=

 

 

...

 

 

,

 

{

 

} =

 

 

 

 

 

(1−

).

 

 

1.15.

a)

(

)(

 

 

 

)!

 

 

 

 

;б)

(

 

)!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5) = ,

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

значения

(3) = ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= .

 

 

 

 

следовательно,

1.16.

При

!

 

 

 

 

=

 

 

 

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3) > (5).

 

 

(

− 1)...(

+1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1.17.

 

 

=

 

 

,

 

 

б =

 

 

 

=

 

.

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда

Вероятность

k

отказов

равна

) =

 

 

(1− )

,

1.18.

= 1 −

,

 

 

б = 10(1− ) ,

в = 45(1 − ) ,

 

г = 1 −

− 10 (1 − ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.19.Вероятность равна

1 { } = { | } { } = 5(0,5+0,6+0,7+0,8+0,8) = 0,68 .

48

1.20.

 

 

 

 

 

 

{

} =

{ |

}

{

} = 0,275.

 

 

1.21.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.22.

 

 

 

 

 

 

 

( ) =

 

 

 

(

)

( −

).

 

 

1

 

1.23.{

|

} =

 

 

 

 

 

 

0,05 ⁄(

+

)

 

 

 

=

.

 

0,05

⁄(

+

) +0,0025

⁄(

+

)

1+0,05 ⁄

 

 

{

} = ω , { | } =

 

(1− )

,

 

 

Так как

это m удач при n испытаниях,

 

 

 

 

 

{

|

} =

 

ω

(1−

)

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

1.24.

 

 

 

 

 

ω

 

(

1

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ,

б = ,

в = .

 

 

 

 

 

 

 

 

1.25.S – площадь области,

= 1− 1− π .

1.26.Указание: рассмотреть сперва часть полосы длиною L.

1.27. Пусть

() = 1−

2

,

(∞) =

.

 

выбор новых мячей при первом выборе

 

{ } =

 

 

,

= 0,1,2,3.

 

 

 

 

 

Пусть А – выбор трех новых мячей при втором выборе.

Тогда

{

|

} =

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

{

 

} =

11

= 0,39;

 

{ } =

 

 

 

28

 

 

=

4719

≈ 0,20.

 

(

)49

 

23520

1.28. Вероятность того, что все

шаров будут черными, равна

(0|10,5) =

⁄ .

При

= 1,2,3

получаем значения 0,50; 0,22;

0,08. Из условия

(0|10,5) 0,02

находим

= 3.

 

 

 

 

1.29.Точный ответ:

(0| , )

=

(

− )( − +1)…( − − +1)

0,1.

 

(

− 1)…(

+1)

 

Биноминальное приближение:

 

 

 

 

 

 

 

Пуассоновское

 

 

(0, ) = (1−

)

0,1 ;

=

 

.

 

 

 

 

 

 

приближение:

 

 

0,1.

 

В биноминальном

(0,

) =

 

 

 

 

 

 

приближении:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1+

−ln10

 

= 22.

 

 

 

В пуассоновском

 

ln(1−

)

 

 

 

 

 

приближении:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1+

ln10

= 24.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.30.Точный ответ:

В

 

{ 2} = 1 −1(1− ) −

(1 − )

= 0,957.

 

пуассоновском приближении:

 

 

1.31.

{ 2} =

1 −

= 1 −6

= 0,959.

 

 

1.32.

{4} = (

!)

 

= 0,168.

 

 

 

 

{ξ = } = 2

, = 0,1,..., .

 

1.33.Если ξ – количество хороших изделий, выпущенных между

1.34.

 

{ξ =

} = (1− )

, ξ = −1.

двумя периодами, то

 

 

 

 

 

 

{ξ = 1} = 0,1;

{ξ = 2} = 0,99;

{ξ = 3} = 0,081;

 

{ξ = 4} = 0,0729;

{ξ = 5} = 0,6561; ξ = 4,095.

1.35.Вероятность того, что при одном розыгрыше победитель

будет определен, равна

)

 

 

 

 

2

( −

(1 −

) ,

=

 

( −1)

; {ξ = } =

1.36. = 2.

 

= 1,2,..., ξ =

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]