Математика EN

Тренажёры · Глава 48

Случайные величины

Ожидание и дисперсия, формула Бернулли, распределение Пуассона и число попыток до успеха, нормальный закон, правило трёх сигм и центральная предельная теорема.

Как решать

Случайная величина — число, которое зависит от случая: очки на кости, число попаданий, рост наугад выбранного человека. Две главные характеристики — ожидание (среднее значение в долгой серии) и дисперсия (насколько разбросаны значения вокруг него).

По шагам

  1. Ожидание линейно: $\mathbb E(aX + b) = a\,\mathbb E X + b$. Дисперсия: $\mathbb D(aX + b) = a^2\,\mathbb D X$ — сдвиг на неё не влияет.
  2. Ровно $k$ успехов из $n$ независимых попыток — формула Бернулли.
  3. Редкие события с известным средним числом $\lambda$ — Пуассон: $P(k) = \frac{\lambda^k}{k!}e^{-\lambda}$. Среднее число попыток до первого успеха — $\frac{1}{p}$.
  4. Нормальный закон: переведите значение в стандартные отклонения $z = \frac{x - \mu}{\sigma}$ и используйте правило: в $\pm 1\sigma$ — $68\%$, в $\pm 2\sigma$ — $95\%$, в $\pm 3\sigma$ — $99{,}7\%$.
Сколько успехов. Сколько попыток. Вероятность успеха в одной попытке. Пример: ровно $1$ попадание из $6$ при $p = \frac{1}{2}$: $\binom{6}{1} \cdot \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2^5} = \frac{6}{64} = \frac{3}{32}$.

Где ошибаются

  • Сдвигают дисперсию вместе с ожиданием: $\mathbb D(3X - 5) = 9\,\mathbb D X$, а $-5$ не влияет.
  • В формуле Бернулли забывают биномиальный коэффициент — сколькими способами можно выбрать попытки-успехи.
  • Путают стандартное отклонение и дисперсию: $\sigma = \sqrt{\mathbb D X}$.
  • Для одного хвоста нормального закона берут всё, что вне полосы, а не половину.

Пример

Главы курса