2.3 连续型随机变量PPT课件
2.3连续型随机变量

f (x)
1
e ,
(
x) 2 2
2
2
其中 , ( >0)为常数
x
称X服从参数为 ,的正态分布或
高斯分布,记为 X~N( , 2)
1 f(x)
(1)关于直线x 对称;
2
(2)最大值为 1 ;
2
(3)在x 处有拐点.
o
x
可求得X的分布函数为:
F(x) 1 x
e
(
t )2 2 2
1 P( A1 A2 A3 )
1 P( A1 A2 A3 )
1 P( A1 )P( A2 )P( A3 )
=1[1P(A1)][1P(A2)][1P(A3)] =1e1
3. 正态分布
正态分布是实践中应用最为广泛,在 理论上研究最多的分布之一,故它在概率 统计中占有特别重要的地位
X的概率密度为:
f(x)的性质:
(1) f(x)≥0, <x<+
(2) f ( x)dx 1
(3) P(x1<X≤x2)=F(x2) F(x1)
x2 f ( x)dx
x1
( x1 x2 )
f(x)
P(x1<X≤x2)
x1
o x2 x
这条性质是密度函数的几何意义
注: 对连续型随机变量X和任意实数a, 总有P(X=a)=0 即, 取单点值的
若X~U[a, b], [c, c+l][a, b], 有:
P(c≤X≤c +l )
cl
c f ( x)dx
cl c
b
1
adx
b
l
a
这说明:
X落在[a,b]的子区间内的概率与子 区间的长度成正比,而与子区间的位置 无关
概率论 高等院校概率论课件JXHD2-~1

§2.3 连续型随机变量及其分布一. 连续型随机变量的概率分布二. 三种常用分布一. 连续型随机变量及其分布定义2-4 注1:连续型v r .X 的分布函数)(x F 是连续函数。
注2:概率密度)(x f 具有如下性质:(1)0)(≥x f ;(2)⎰∞+∞-=1)(dx x f ;(3)⎰=-=<≤21)()()(}{1221x x dx x f x F x F x X x P ;若v r .X 的分布函数)(x F 可表示成 ⎰∞-=xdu u f x F )()( (2-7)其中)(x f 为一非负可积函数,则称X 为连续型v r .,)(x f 称为X 的概率密度(或概率分布、分布密度)。
(4)若)(x f 在x 点连续,则)()(x f x F ='。
由(2-8)式知,若不计高阶无穷小,则有 xx f x x X x P ∆=∆+<≤)(}{即X 落在小区间),[x x x ∆+上的概率近似等于x x f ∆)(。
注3:若X 是连续型v r .,则R a ∈∀,0}{==a X P 。
结论:若A 是不可能事件,则0)(=A P ,反之不然。
}{b X a P <≤}{b X a P <<= }{b X a P ≤<=}{b X a P ≤≤=几种常用分布:(1)均匀分布:设随机变量X 在有限区间][b a ,内取值,且其分布密度为⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-=其他,,01)(bx a a b x f ,则称X在有限区间][b a ,上服从均匀分布,记为)(~b a U X ,。
其分布函数为(自行验证)⎪⎩⎪⎨⎧>≤<--≤=b x b x a a b ax a x x F ,,,10)(Uniform Distribution⎩⎨⎧≤>-=-0001)(x x e x F x,,λ 一般地,若随机变量X 的概率密度⎩⎨⎧≤>=-000)(x x e x f x,,λλ其中0>λ为常数,则称X 服从参数为 λ的指数分布。
连续型随机变量

解
P(0
X
1.6)
1.621
0
2
1
0.3 0.5
P380 附表3 0.3[10.5]
0.6179 [1 0.6915]
0.3094
Ch2-85
例6 已知X ~ N (2, 2 ) 且 P( 2 < X < 4 ) = 0.3,
P(| X | a) 2 (a) 1
1x 2 3
Ch2-83
对一般的正态分布 :X ~ N ( , 2)
其分布函数
F(x) 1
e dt x
(
t )2 2 2
2
作变量代换
s
t
F
(x)
x
P(a X b) F (b) F (a)
b
a
P(X a) 1 F(a)
1
a
Ch2-84
(x) 1
x t2
e 2 d t x
2
其值有专门的表供查.
Ch2-81
0.4 0.3 0.2 0.1
-3 -2 -1
123
(0) 0.5 (x) 1 (x)
P(| X | a) 2 (a) 1
Ch2-82
(x) 1(x)
0.4
0.3
0.2 0.1
-3 -2 -x -1
d
(c,d) (a,b), P(c X d)
1
dx dc
c ba ba
即 X 落在(a,b)内任何长为 d – c 的小区间的
概率与小区间的位置无关, 只与其长度成正
比. 这正是几何概型的情形.
应用场合
进行大量数值计算时, 若在小数点后第 k 位进行四舍五入, 则产生的误差可以看作
2-3.连续型随机变量的概率密度函数ppt

f (x)
0
x
28
连续型随机变量
(2)分布函数
若 X ~ N , 2 ,则其分布函数为
x
Fx f tdt
1
x (t )2
e 2 2 dt x
2
若 X ~ N 0, 1,则其分布函数为
该乘客候车时间不超过5分钟的概率.
解:设该乘客于7时X 分到达乘到此客7站:3到0,之达X间此服的站从均的匀区时随间间机是[变0,73量:000]
上的均匀分布.其 密 度 函 数 为
f
x
1 30
0 x 30
0 其 它
令:B={候车时间不超过5分钟 },则
PB P10 X 15 P25 X 30
0
x
25
连续型随机变量
密度函数的验证
xdx
只验证
f
x dx
1
x 2
e 2 2 dx 1
2
作变换:u x , 则 du dx
1
x2
e 2 dx 1
2
则有
见高等 数学 (下) 二重积 分
1
x 2
e 2 2 dx
2
x2
( e 2 dx 2 )
1
1
15
1
30
dx
1
dx
1
10 30
25 30
3
20
连续型随机变量
例 6 设随机变量Y 服从区间 1, 3上的均匀分布,
试求方程 4x 2 4Y x (Y 2) 0 有实根的概率.
解
连续型随机变量及其概率密度

问:怎样求一般正态分布的概率?
对一般的正态分布 :X ~ N ( , 2)
其分布函数 F( x)
1
e d t x
(t )2 2 2
2
作变量代换s
t
F(x)
1 2
x
s2
e 2ds
x
即 X ~ N ( , 2) 则 X ~ N ( 0 ,1)
P{a
X
b}
F (b)
222 0.3830
3) 0.6826 4) 0.4981
0.02
-10
-5
a
5
b
x
例1 有一批晶体管,已知每只的使用寿命 X 为 连续型随机变量,其概率密度函数为
f
(
x)
c x2
,
0,
x 1000 其它
( c 为常数)
(1) 求常数 c
(2) 已知一只收音机上装有3只这样的晶体管,
每只晶体管能否正常工作相互独立,求在
使用的最初1500小时只有一个损坏的概率.
(3) P(X>1.76)= 1 – P(X≤1.76)= 1 – Φ(1.76)
=1 – 0.9608 =0.0392 (4) P(X< – 0.78)= Φ(- 0.78) =1-Φ(0.78)
=1 – 0.7823 =0.2177 (5) P(|X|<1.55)= 2Φ(1.55) – 1 (6) P(|X|>1.55)= 1 – P(|X|<1.55)
即: P( X a) 0, a为任一指定值
事实上 { X a} {a x X a}
x 0
0 P{ X a} P{a x X a} aax f ( x)d x
§2.3 连续型随机变量及其分布

(2)指数分布 若随机变量 的密度函数p( x) 为:
e x , x 0 p ( x) ( 0) ,则称 服从参数为 的指 0, x 0
数分布,记作 ~ E( )
指数分布是一种应用广泛的连续型分布,它 常被用来描述各种“寿命”的分布,例如无线电 电元件的寿命、电话问题中的通话时间等都可以
k ) 2 (k ) 1
注意 这个概率与 无关.
例2.3.7 设随机变量 (1)P(102 117) (2)常数a,使得
服从正态分布 N (108,9) 求
P( a) 0.95
解(1) P(102 117 ) (117 108 ) (102 108 )
2) F ( x) p(t )dt
xபைடு நூலகம்
x
注意
1) 求密度函数中的待定常数往往借助 2) 由密度函数求分布函数需要对自变
于密度函数的性质.
量的情形进行讨论.
例2.3.3 设连续型随机变量的分布函数为
0, x a xa F ( x) ,a x b b a 1, x b
则称 服从区间a, b 上的均匀分布,记作 ~ U a, b 向区间
a, b 上均匀投掷随机点,则随机点的
坐标 服从 a, b 上的均匀分布.在实际问题中, 还有很多均匀分布的例子,例如乘客在公共汽车 站的候车时间,近似计算中的舍入误差等都服从 均匀分布.
设随机变量 ~ U a, b ,则对任意满足c, d a, b
解:
P ( ) P ( 1
1) 2 (1) 1 0.6826
2) 2 (2) 1 0.9545
概率论 2.3(连续型随机变量)

x
a
[ x由概率密度求分布函数]
5.F ( x) f ( x)(x为f ( x)的连续点 ).[由分布函数求概率密度]
由性质5在f(x)的连续点x 处有
F ( x Δ x) F ( x) f ( x) lim Δ x 0 Δx P( x X x Δ x) lim . Δ x 0 Δx
2.3.2 常用连续分布
【补充例】 (等待时间)公共汽车每10分钟按时
通过一车站,一乘客随机到达车站.求他等车时
间不超过3分钟的概率. 解 设X表示他等车时间(以分计),则X是 一个随机变量,且 X ~ U (0,10). X的概率密度为
1 , 0 x 10, f ( x ) 10 其 它. 0,
这两条性质是判定一 个函数 f(x)是否为某 个随机变量 X的概率 牛顿-莱布 尼兹公式 密度函数的充要条件 .
[确定待定参数]
b
3.P{a X b} 1 f ( x)dx F (b) F (a); [求概率]
4.F ( x)
f ( x)
f (t )odt( x );
解: (1) 由
f ( x ) d x 1, 得
3 2 3 3 0
1
f ( x )dx C (9 x )dx 2C (9 x 2 )dx
x3 3 2C (9 x ) |0 36 C 3
2.3.1 连续型随机变量及其概率密度
即 有C 1
3 0
所求概率为 P{ X 3}
3 f ( x )dx , 10
2.3.2 常用连续分布
【例2.12】设随机变量 X在(2,5)上服从均匀分布,
概率统计2-3

f ( x )d x
a
b
F (b) F (a)
b x
a
Ch2-51
P( X a ) P( X a) 1 F ( a )
p ( x)
0.06 0.04 0.02
-5
5
a a
x
例1 设连续型 r.v 的 d.f 为
Ch2-52
1 其分布函数 F ( x) 2
作变量代换 s
t
x
(t )2 2 2
e
d t P( X x)
x F ( x)
P(a X b) F (b) F (a)
b a P( X a) 1 F (a)
(t ) e P(T t ) P( N (t ) 0) 0!
0
1 P(T t ), t 0
t
e
t
t0 t0 0, 0, f (t ) t F (t ) t e , t 0 1 e , t 0
即
T ~ E ( )
P( X ) F ( )
Ch2-72
1 F ( ) P( X )
1 2
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 -6 -5 -4 -3 -2 -1
Ch2-73
正态变量的条件
若 r.v. X
① 受众多相互独立的随机因素影响 ② 每一因素的影响都是微小的 ③ 且这些正、负影响可以叠加
1
x 0
对于任意的 0 < a < b, b x P(a X b) a e d x
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命题 连续r.v.取任一常数的概率为零
强调 概率为0 (1) 的事件未必不发生(发生)
Ch2-53
对于连续型 r.v. X
P(aXb) P (aX b )
P (aX b )
f ( x)
P (aX b )
b
0. 08 0. 06
a f (x)dx
0. 04
在 f ( x ) 的连续点处,
f(x)F (x)
f ( x ) 描述了X 在 x 附近单位长度的 区间内取值的概率
积分
x
Ch2-51
F (x) f(t)d t x
不是Cauchy 积分,而是Lesbesgue 意义下
的积分,所得的变上限的函数是绝对连续
的,因此几乎处处可导
Ch2-60
作业 P83 习题二 16 18
Ch2-61
常见的连续性随机变量的分布
(1) 均匀分布 若 X 的 d.f. 为 f(x)b1a, axb 0, 其他
则称 X 服从区间( a , b)上的均匀分布或称 X 服从参数为 a , b的均匀分布. 记作
X~U(a,b)
Ch2-62
损坏的个数为
Y~
B
3,
1 3
P(Y1)P3(1)C3 11 33 229 4
例2 设 f(x)(a2xb xc)1 Ch2-58 为使 f (x) 成为某 r.v. X 在 (,)上的
d.f.系数 a, b , c 必须且只需满足何条件?
F(b)F(a)
0. 02
-1 0
-5
a
5
b
x
Ch2-54
P ( X b ) P ( X b ) F ( b ) P ( X a ) P ( X a ) 1 F ( a )
f ( x)
0. 08 0. 06 0. 04 0. 02
-1 0
-5
a
5
x
Ch2-55
X 的分布函数为
0,
x
F(x) f(t)dt
x
b
a a
,
1
x a, a x b,
xb
f ( x)
Ch2-63
a
b
x
F( x)
a
b
x
Ch2-64
d
(c,d)(a,b), P(cXd)
1dx
d
c
cba b a
即 X 落在(a,b)内任何长为 d – c 的小区间的
其中 a 是随机变量 X 的一个可能的取值
事实上 (Xa) ( a x X a ) x0
0 P ( X a ) P ( a x X a ) aax f(x)dx a
0 P (X a ) lx i 0m a xf(x )d x0
概率与小区间的位置无关, 只与其长度成正
比. 这正是几何概型的情形.
应用场合
进行大量数值计算时, 若在小数点后第 k 位进行四舍五入, 则产生的误差可以看作
服从
U1210k,1210k
的
r.v.
随机变量
Ch2-65
例3 秒表最小刻度值为0.01秒. 若计时精 度是取最近的刻度值, 求使用该表计时产 生的随机误差X 的 d.f. 并计算误差的绝对 值不超过0.004秒的概率.
解
(1)
令
c
f(x)dx100x02dx1
Ch2-56
c = 1000
(2) P(X171 05 0 0X0 20)00
P (X 17 ,105 0 X 02 00 )P0 (10 50X 020)0
P(15 0X017)0P 0(150X 020)00
Ch2-48
§2.3 连续型随机变量
连续型 r.v.的概念
定义 设 X 是随机变量, 若存在一个非负 可积函数 f ( x ), 使得
x
F (x) f(t)d t x X 是 连续型 r.v. ,f ( x )是它的概率 密度函数( p.d.f. ),简记为d.f.
解 由 f(x ) 0 h (x ) a2 x b c x 0 h ( x ) 2 a b x ,h ( x ) 2 a
当 a 0 h (x ) 2 a 0 h (x )有最小值 hm(ixn)cb2/4a
当且仅当 cb2/4a0时
Ch2-59
Ch2-49
分布函数与密度函数 几何意义
f ( x)
F( x )
0. 08 0. 06 0. 04 0. 02
y f(x)
-1 0
-5
5
x
x
Ch2-50
p.d.f. f ( x )的性质
f(x)0
f(x)dxF() 1
常利用这两个性质检验一个函数能
否作为连续性 r.v.的 d.f.
17001000
20001000
1500
x2
dx
1500 x2 d x
4 1 240.4706. 51 6 51
Ch2-57
(3) 设A 表示一个电子管的寿命小于1500小时
P (A )P (0X 15 )0 1105000 100x02 0d0x13
设在使用的最初1500小时三个电子管中
h(x)a2xb xc0
另外由
f(x)d x (a2 x b c x ) 1 d x2 1
4 a b c 2
得
4a cb242.
所以系数 a, b , c 必须且只需满足下列条件
a 0 , cb2/4a0, 4a cb242.
可省略
F (x 0 ) lx i 0m F (x 0x x ) F (x 0 )
lim P (x0Xx0x) f(x0)
x 0
x
f(x 0 ) x P (x 0 X x 0 x )
密度长度
线段质量
Ch2-52
注意: 对于连续型r.v.X , P(X = a) = 0
例1 已知某型号电子管的使用寿命 X 为连
续r.v., 其 d.f.为
f
(x)
c x2
,
0,
(1) 求常数 c
x 1000 其他
(2) 计算 P(X171 05 0 0X0 20)00
(3) 已知一设备装有3个这样的电子管, 每个 电子管能否正常工作相互独立, 求在使用的 最初1500小时只有一个损坏的概率.