И равномерного распределения в процессе. Равномерный и показательный законы распределения непрерывной случайной величины
Напомним определение плотности вероятности.
Введем теперь понятие равномерного распределения вероятностей:
Определение 2
Распределение называется равномерным, если на интервале, содержащем все возможные значения случайной величины, плотность распределения постоянна, то есть:
Рисунок 1.
Найдем значение константы $\ C$, используя следующее свойство плотности распределения: $\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\varphi \left(x\right)dx}=1$
\[\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\varphi \left(x\right)dx}=\int\limits^a_{-\infty }{0dx}+\int\limits^b_a{Cdx}+\int\limits^{+\infty }_b{0dx}=0+Cb-Ca+0=C(b-a)\] \ \
Таким образом, функция плотности равномерного распределения имеет вид:
Рисунок 2.
График имеет следующий вид (рис. 1):
Рисунок 3. Плотность равномерного распределения вероятности
Функция равномерного распределения вероятностей
Найдем теперь функцию распределения при равномерном распределении.
Для этого будем использовать следующую формулу: $F\left(x\right)=\int\limits^x_{-\infty }{\varphi (x)dx}$
- При $x ≤ a$, по формуле, получим:
- При $a
- При $x> 2$, по формуле, получим:
Таким образом, функция распределения имеет вид:
Рисунок 4.
График имеет следующий вид (рис. 2):
Рисунок 5. Функция равномерного распределения вероятности.
Вероятность попадания случайной величины в интервал $({\mathbf \alpha },{\mathbf \beta })$ при равномерном распределении вероятностей
Для нахождения вероятности попадания случайной величины в интервал $(\alpha ,\beta)$ при равномерном распределении вероятностей будем пользоваться следующей формулой:
Математическое ожидание:
Среднее квадратическое отклонение:
Примеры решения задачи на равномерное распределение вероятностей
Пример 1
Интервал движения между троллейбусами составляет 9 минут.
Составить функцию распределения и плотность распределения случайной величины $X$ ожидания пассажирами троллейбуса.
Найти вероятность того, что пассажир дождется троллейбус меньше чем через три минуты.
Найти вероятность того, что пассажир дождется троллейбус не менее чем через 4 минуты.
Найти математическое ожидание, дисперсию и среднее квадратическое отклонение
- Так как непрерывная случайная величина ожидания троллейбуса $X$ равномерно распределена, то $a=0,\ b=9$.
Таким образом, плотность распределения, по формуле функции плотности равномерного распределения вероятности, имеет вид:
Рисунок 6.
По формуле функции равномерного распределения вероятности, нашем случае функция распределения имеет вид:
Рисунок 7.
- Данный вопрос можно переформулировать следующим образом: найдем вероятность попадания случайной величины равномерного распределения в интервал $\left(6,9\right).$
Получаем:
\ \ \
Таким образом, функция плотности равномерного распределения имеет вид:
Рисунок 2.
График имеет следующий вид (рис. 1):
Рисунок 3. Плотность равномерного распределения вероятности
Функция равномерного распределения вероятностей
Найдем теперь функцию распределения при равномерном распределении.
Для этого будем использовать следующую формулу: $F\left(x\right)=\int\limits^x_{-\infty }{\varphi (x)dx}$
- При $x ≤ a$, по формуле, получим:
- При $a
- При $x> 2$, по формуле, получим:
Таким образом, функция распределения имеет вид:
Рисунок 4.
График имеет следующий вид (рис. 2):
Рисунок 5. Функция равномерного распределения вероятности.
Вероятность попадания случайной величины в интервал $({\mathbf \alpha },{\mathbf \beta })$ при равномерном распределении вероятностей
Для нахождения вероятности попадания случайной величины в интервал $(\alpha ,\beta)$ при равномерном распределении вероятностей будем пользоваться следующей формулой:
Математическое ожидание:
Среднее квадратическое отклонение:
Примеры решения задачи на равномерное распределение вероятностей
Пример 1
Интервал движения между троллейбусами составляет 9 минут.
Составить функцию распределения и плотность распределения случайной величины $X$ ожидания пассажирами троллейбуса.
Найти вероятность того, что пассажир дождется троллейбус меньше чем через три минуты.
Найти вероятность того, что пассажир дождется троллейбус не менее чем через 4 минуты.
Найти математическое ожидание, дисперсию и среднее квадратическое отклонение
- Так как непрерывная случайная величина ожидания троллейбуса $X$ равномерно распределена, то $a=0,\ b=9$.
Таким образом, плотность распределения, по формуле функции плотности равномерного распределения вероятности, имеет вид:
Рисунок 6.
По формуле функции равномерного распределения вероятности, нашем случае функция распределения имеет вид:
Рисунок 7.
- Данный вопрос можно переформулировать следующим образом: найдем вероятность попадания случайной величины равномерного распределения в интервал $\left(6,9\right).$
Получаем:
\, если на этом отрезке плотность распределения вероятности случайной величины постоянна, т. е. если дифференциальная функция распределения f (х) имеет следующий вид:
Иногда это распределение называют законом равномерной плотности . Про величину, которая имеет равномерное распределение на некотором отрезке, будем говорить, что она распределена равномерно на этом отрезке.
Найдем значение постоянной с. Так как площадь, ограниченная кривой распределения и осью Ох, равна 1, то
откуда с =1/(b - a ).
Теперь функцию f (x ) можно представить в виде
Построим функцию распределения F (x ), для чего найдем выражение F (x ) на интервале [ a , b ]:
Графики функций f (x ) и F (x ) имеют вид:
Найдем числовые характеристики.
Используя формулу для вычисления математического ожидания НСВ, имеем:
Таким образом, математическое ожидание случайной величины, равномерно распределенной на отрезке [ a , b ] совпадает с серединой этого отрезка.
Найдем дисперсию равномерно распределенной случайной величины:
откуда сразу же следует, что среднее квадратическое отклонение:
Найдем теперь вероятность попадания значения случайной величины, имеющей равномерное распределение, на интервал (a , b ) , принадлежащий целиком отрезку [ a , b ]:
|
Геометрически эта вероятность представляетсобойплощадь заштрихованного прямоугольника. Числа а и
b называются параметрами распределения и однозначно определяют равномерное распределение.Пример1. Автобусы некоторого маршрута идут строго по расписанию. Интервал движения 5 минут. Найти вероятность того, что пассажир, подошедший к остановке. Будет ожидать очередной автобус менее 3 минут.
Решение:
СВ- время ожидания автобуса имеет равномерное распределение. Тогда искомая вероятность будет равна:
Пример2. Ребро куба х измерено приближенно. Причем
Рассматривая ребро куба как случайную величину, распределенную равномерно в интервале (
a , b ) , найти математическое ожидание и дисперсию объема куба.Решение:
Объем куба- случайная величина, определяемая выражением У= Х 3 . Тогда математическое ожидание равно:
Дисперсия:
Онлайн сервис: