Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
zavyalova.pdf
Скачиваний:
32
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
590.26 Кб
Скачать

Лекция 7

Глава 3. Cиcтемы случайных величин

§ 1. Распределение системы случайных величин

Пусть Х = (Х1, Х2,…,Хn) - cовокупность (или система) случайных величин. Функцией распределения системы случайных величин

называется вероятность совместного выполнения неравенств

F(x1, x2,K, xn ) = P{X1 x1, X2 x2,K, Xn xn},

− ∞ < xk < ∞, k = 1, 2, ..., n.

Свойства функции распределения аналогичны свойствам функции распределения одномерной случайной величины. Например, для системы двух случайных величин X и Y:

1) F(х, у) - неубывающая функция своих аргументов;

2)

lim

F(x, y) = lim F(x, y) = lim F(x, y) = 0 ;

 

y→−∞

x→−∞

x→−∞

 

 

 

y→−∞

3)

lim

F(x, y) = F1(x);

lim F(x, y) = F2 ( y) , где F1(x), F2(y) -

 

y→∞

x→∞

функции распределения компонент X и Y;

4) lim F(x, y) =1.

x→∞ y→∞

Пример 1. Бросают две игральные кости. Cлучайная величина X принимает значение единицы, если сумма выпавших очков четна, и равна нулю, если сумма нечетна. Cлучайная величина Y принимает значение единицы или нуля, если произведение выпавших очков соответственно четно или нечетно. Совместное распределение (X,Y) можно задать в виде таблицы:

X

0

1

Распределение Y

Y

 

 

 

0

0

1/4

1/4

1

1/2

1/4

3/4

Распределение X

1/2

1/2

 

Функция распределения вектора (X,Y):

0,

F(x, y) =

1/ 4,1/ 2,

1,

 

x < 0,

− ∞ < y < 0;

если

 

<1, 0 y <1;

0 x

 

 

 

 

−∞ < x < 0, y < 0;

если

x 1, 0 y <1;

если 0 x <1, y 1;

если

x 1,

y 1.

Функции распределения компонент:

0,

x < 0;

 

0,

y < 0;

 

 

F2

 

 

F1(x) = 1/ 2, 0 x <1;

( y) = 1/ 4, 0 y <1;

 

x 1;

 

 

y 1.

1,

 

1,

Если функция распределения F(х, y) системы случайных величин (X,Y) дифференцируема, то ее вторую смешанную частную

производную называют плотностью распределения

f (x, y) =

2F(x, y)

,

xy

 

 

 

 

−∞ < x < ∞, −∞ < y < ∞ ; вектор (X, Y) в этом

случае

называют

 

x

y

 

 

непрерывным случайным вектором. Отсюда F(x, y) =

f (x, y)dxdy .

 

−∞−∞

Cвойства плотности распределения непрерывного случайного вектора следуют из свойств функции распределения:

1)f (x, y) 0 ;

∞ ∞

2)

f (x, y)dxdy = lim F(x, y) =1.

 

 

 

 

x→∞

 

 

 

−∞ −∞

 

y→∞

 

 

 

 

 

x

 

3) так как F1(x) =

f (x, y)dxdy , то

f (x, y)dy .

f1(x) = F1(x) =

 

 

 

−∞−∞

 

−∞

Замечание. Чтобы найти вероятность попадания непрерывного двумерного случайного вектора в область D, надо аналогично одномерному случаю проинтегрировать двумерную плотность распределения по области D:

P{(X ,Y ) D}= ∫∫ f (x, y)dxdy .

D

Пример 2. Распределение двумерной случайной величины задается плотностью

f (x, y) =

1

,

−∞ < x < ∞, −∞ < y < ∞

π2 (1+ x2 )(1+ y2 )

(распределение Коши).

Найдем функцию распределения F(x, y):

 

1

x

y

dxdy

 

 

 

1

π

 

1

π

 

F(x, y) =

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

arctg x +

 

 

 

 

arctg y +

 

 

=

π

2

(1+ x

2

)(1

+ y

2

)

 

2

 

2

 

 

−∞ −∞

 

 

 

π

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 1π

y

R

0

1

 

Рис.1.

arctg x +

1

 

 

1

arctg y

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

π

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим

 

 

вероятность

 

 

 

попадания

случайнойточки(X, Y) вквадратR (рис.1).

P{(X ,Y ) R}=

 

1

 

1 1

 

 

dxdy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

π

2

 

(1+ x

2

)(1

+ y

2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1

 

arctg1 arctg1 =

1

 

π2

 

=

 

1

 

.

x

π2

π2

16

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плотность компоненты X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

π

2

(1+ x

2

)(1+ y

2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

dy

 

 

 

π

 

 

 

1

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

=

 

 

, −∞ < x < ∞ .

π

2

2

)

1

+ y

2

π

2

2

)

π(1 + x

2

)

 

(1+ x

 

−∞

 

 

(1 + x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

2.

Числовые

характеристики

системы

случайных величин

 

 

 

Моментом порядка (k, s) cистемы (X, Y) называется

математическое ожидание произведения

 

 

 

αk,s = M[X k Y s ] , k, s N .

 

 

Для дискретных случайных величин

 

 

αk,s = ∑∑xik ysj pij ,

pij = P{X = xi , Y = y j }, i, j N,

 

i

j

 

 

если ряд сходится абсолютно.

 

 

 

Для непрерывных случайных величин

 

 

 

 

 

 

αk,s =

xk ys f (x, y)dxdy ,

 

−∞ −∞

где f (x, y) - плотность распределения системы (X, Y), если интеграл

существует.

Пример 3. Моментом порядка (1, 0) является математическое ожидание случайной величины X, а моментом порядка (0, 1) - математическое ожидание случайной величины Y. Cовокупность (MX, MY) геометрически представляет собой координаты средней точки на плоскости, вокруг которой происходит рассеивание вектора (X, Y).

Центральным моментом порядка (k, s) cистемы (X, Y) называется математическое ожидание произведения (X MX )k (Y MY )s :

µk,s = M (X MX )k

(Y MY )s

, k, s N .

 

 

 

Пример 4. Центральным моментом порядка (2, 0) является дисперсия X, а центральным моментом порядка (0, 2) - дисперсия Y. DX и DY характеризуют рассеивание вектора (X, Y) в направлении осей ОХ и ОY.

Момент порядка (1,1) µ11 = M [(X MX )(Y MY )] называется ковариацией случайных величин X и Y.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]