独立同分布大数定律和贝努里大数定律
概率论与数理统计 第五章
Xn ⎯ ⎯→ X 2. 依概率收敛与依分布收敛的关系
依概率收敛 ⇒ 依分布收敛
L
3. 定义：中心极限定理 设随机变量 X ~ N(0,1)，{Xi }，i = 1, 2, … 相互独 立，且数学期望和方差都存在, 若标准化随机变量序列
∑
n
i =1
Xi −
∑ E(X
i =1
n
i
)
∑
n
i =1
D(X i)
所以结论成立。 由此有，若X ~ B( n, p )，对于足够大的n，有 ⎧ m1 − np X − np m2 − np ⎫ ⎪ ⎪ < ≤ P{m1 < X ≤ m2 }= P ⎨ ⎬ np(1 − p) np(1 − p) ⎪ ⎪ np(1 − p) ⎩ ⎭
⎧ Yn − np ⎫ ⎪ ⎪ ≤ x ⎬ = Φ( x ) lim P ⎨ n →∞ ⎪ np(1 − p ) ⎪ ⎩ ⎭
证明：对于任意正整数n，随机变量Yn 可表示为 证明：对于任意正整数n Yn = X1＋ X2＋…＋ Xn X1, X2,…, Xn 相互独立，Xi ~ B( 1, p )，且有 E( Xi ) = p , D( Xi ) = p(1-p) 所以随机变量序列{ Xi }, i =1,2,…满足独立同分布 中心极限定理条件。即有
切比雪夫不等式的应用 1）估计随机变量落在某个区间内的概率 (P125例5.5.2) 2）估计ε的值, 使 P(│X - E(X)│<ε) ≥ a (0<a<1) 3）证明大数定律。
二. 大数定律 定义： 依概率收敛 设{Xn}是一个随机变量序列，X 是一个随机变量 或常数，若对于任意的ε＞ 0，有 lim P{| X n − X |≥ ε } = 0
四种大数定律
四种大数定律一、大数定律简介大数定律是概率论的基本定理之一，用于描述当随机试验次数趋于无穷时，随机事件发生的频率会趋于一个确定的数值。
大数定律在很多领域都有广泛的应用，如统计学、经济学、物理学等。
下面将介绍四种常见的大数定律。
二、辛钦定律辛钦定律是大数定律的一种形式，它指出当独立同分布的随机变量的和的绝对值超过一个常数时，其频率趋于无穷时，事件发生的概率趋于零。
这个定律的应用非常广泛，例如在赌场中，当一个人连续多次下注时，他的输赢金额会趋向于一个常数。
三、伯努利大数定律伯努利大数定律是大数定律的另一种形式，它描述了在相互独立的重复试验中，当试验次数趋于无穷时，随机事件发生的频率会趋于其概率。
例如在抛硬币的实验中，当抛硬币次数足够多时，正面朝上和反面朝上的频率将接近0.5。
四、中心极限定理中心极限定理是大数定律的又一种形式，它指出当独立同分布的随机变量的和的标准化差异趋近于一个正态分布时，频率趋于无穷时，随机事件的分布将趋于正态分布。
这个定理在统计学中有广泛的应用，例如在抽样调查中，样本均值的分布将趋于正态分布。
五、泊松大数定律泊松大数定律是大数定律的另一种形式，它描述了在独立随机事件发生的频率固定的条件下，当试验次数趋于无穷时，事件发生的频率会趋于一个常数。
这个定律在队列论、信号处理等领域有广泛的应用，例如在电话交换系统中，电话呼叫的到达率和服务率满足一定条件时，系统中正在服务的电话数的平均值将趋于一个常数。
六、总结大数定律是概率论中的重要定理，用于描述随机事件发生的频率趋于一个确定值的现象。
本文介绍了四种常见的大数定律，包括辛钦定律、伯努利大数定律、中心极限定理和泊松大数定律。
这些定律在不同领域有广泛的应用，如赌场、统计学、经济学等。
了解和应用大数定律可以帮助我们更好地理解和分析随机事件的发生规律，对于决策和预测具有重要的参考价值。
概率论极限定理讲解
则对 0, 都有
lim
n
P
Xn
1 n
n k 1
k
0.
P Xn
1
n
n k 1
k
3
2.辛钦大数定律
{Xn}独立同分布，EXn (n 1, 2,
则lim P n
1.已知n, p,，计算频率与概率之间的误差
P
Xn n
p
( 2
n pq
1)
2.已知p,
,
和P
Xn n
p
，求n
（即抽样方案的设计，确定样本容量）
3.已知n,
p和P
Xn n
p
，求
（事后评估，精度的估计） 15
例3. 已知某厂生产一大批无线电产品中合格品占1/6。某商店
从该厂任意选购6000个元件，试问这6000个元件中，合格品的 比例与1/6之间误差小于1%的概率是多少？
16
三个极限定理之间的关系
林德伯格(Lindeberg)定理（独立） 列维－林德伯格中心极限定理（独立同分布） 棣莫弗--拉普拉斯定理（独立同分布于0-1分布）
即n很大时，Xn以很大的可能性靠近X，其中ε 为误差。 （随机性消失）
1
定义2：设{X n}是一随机变量序列，
n
P
EXn (n 1, 2,
)存在，记X
n
=
1 n
23个大数定律
23个大数定律大数定律是概率论中的一组重要定理，用于描述在随机试验中大量重复进行时的规律性现象。
以下是23个大数定律的简要介绍。
1. 大数定律：随着试验次数的增加，随机变量的平均值会趋近于其期望值。
2. 弱大数定律：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值收敛于期望值的概率为1。
3. 辛钦大数定律：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值以概率1收敛于期望值。
4. 伯努利大数定律：在一系列独立的伯努利试验中，事件发生的频率趋近于其概率。
5. 泊松大数定律：对于独立同分布的泊松随机变量序列，其平均值以概率1收敛于其参数。
6. 中心极限定理：大量独立同分布的随机变量的和趋近于正态分布。
7. 林德伯格-列维定理：对于独立同分布的随机变量序列，其和的标准化形式以概率1收敛于标准正态分布。
8. 稳定中心极限定理：对于独立同分布的随机变量序列，其和的标准化形式以概率1收敛于稳定分布。
9. 辛钦大数定律的弱形式：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值收敛于期望值的概率为1。
10. 多重大数定律：对于多个随机变量序列，其平均值以概率1收敛于各自的期望值。
11. 大数定律的强形式：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值收敛于期望值的概率为1。
12. 独立非同分布大数定律：对于独立非同分布的随机变量序列，其平均值以概率1收敛于各自的期望值。
13. 独立同分布大数定律的弱形式：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值收敛于期望值的概率为1。
14. 辛钦大数定律的强形式：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值收敛于期望值的概率为1。
15. 大数定律的加法形式：对于独立同分布的随机变量序列，其和以概率1收敛于各自的期望值之和。
16. 大数定律的乘法形式：对于独立同分布的随机变量序列，其乘积以概率1收敛于各自的期望值之积。
17. 大数定律的极限形式：对于独立同分布的随机变量序列，其平均值以概率1收敛于期望值的极限。
18. 大数定律的收敛速度：随着试验次数的增加，随机变量的平均值与期望值之间的差异逐渐减小。
概率论与数理统计是研究随机现象统计规律性的学科.
下面我们先介绍大数定律
大数定律的客观背景 大量的随机现象中平均结果的稳定性
大量抛掷硬币 正面出现频率
生产过程中的 字母使用频率 废品率
……
几个常见的大数定律
定理1（切比雪夫大数定律）
设 X1,X2, …是相互独立的随机 变量序列，它们都有有限的方差， 并且方差有共同的上界，即 D(Xi)
近于1.
请看演示 切比雪夫不等式和大数定律
作为切比雪夫大数定律的特殊情况， 有下面的定理.
定理2（独立同分布下的大数定律）
设X1,X2, …是独立同分布的随机变量
序列，且E(Xi)= ，D(Xi)= 2， i=1,2,…,
则对任给 >0,
lim
n
P{|
1 n
n i 1
Xi
| } 1
设Sn是n重贝努里试验中事件A发生的 次数，p是事件A发生的概率，则对任给的
ε> 0， lim P{| Sn p | } 1
n
n
或 lim P{| Sn p | } 0
n
n
任给ε>0， lim P{| Sn p | } 0
n
n
贝努里大数定律表明，当重复试验次数
≤K，i=1,2, …， 则对任意的ε>0，
切比雪夫
lim
n
P{|
1 n
n i1
Xi
1 n
n i1
E(Xi)
|
}1
证明切比雪夫大数定律主要的数学 工具是切比雪夫不等式.
设随机变量X有期望E(X)和方差 2，
则对于任给 >0,
P{|
X
概率论大数定律及其应用
概率论大数定律及其应用Revised as of 23 November 2020概率论基础结课论文题目：独立随机序列的大数事件的定理与应用作者摘要：历史上第一个定理属于，后人称之为“”。
概率论中讨论的向的定律。
概率论与数理的基本定律之一，又称弱大数理论。
大数定律以严格的数学形式表达了随机现象最根本的性质—平均结果的稳定性，它是概率论中一个非常重要的定律，是随机现象统计规律性的具体表现，应用很广泛。
本文介绍了几种常用的大数定律，并分析了它们在理论与实际中的应用。
关键词：弱大数定理伯努利大数定理随机变量数学期望概率引言：“大数定律”本来是一个数学概念，又叫做“平均法则”。
在随机事件的大量重复出现中，往往呈现几乎必然的规律，这个规律就是大数定律，通俗的说，这个定律就是在试验不变的条件下，重复试验多次，随机事件的频率以概率为稳定值。
比如，我们向上抛一枚硬币，硬币落下时哪一面朝上本身是偶然的，但当我们向上抛的硬币的次数足够多时，达到上万次甚至几十万几百万时之后，我们就会发现，硬币朝上的次数大约占总数的二分之一。
偶然之中包含着必然。
从概率的统计定义中可以看出：一个事件发生的频率具有稳定性，即随着试验次数的增多，事件的频率逐渐稳定在某个常数附近，人们在实践中观察其他的一些随机现象时，也常常会发现大量随机个体的平均效果的稳定性。
这就是说，无论个别随机个体以及它们在试验进行过程中的个别特征如何，大量随机个体的平均效果与每一个体的个别特征无关，而且结果也不再是随机的。
深入考虑后，人们会提出这样的问题：稳定性的确切含义是什么在什么条件下具有稳定性这就是我们大数要研究的问题。
概率与统计是研究随机现象的统计规律的学科，而随机现象的统计规律性只有在相同条件下进行大量重复试验或观察才呈现出来。
然而，在大量重复试验或观察中，我们会发现，一个事件发生的频率具有稳定性，它的稳定性会随着试验次数的增多表现得越来越明显。
这种稳定性与它在在实验进行中的个别特征无关，且不再是随机的。
大数定律知识点总结
大数定律知识点总结大数定律的基本思想是：独立同分布的随机变量的大样本均值将趋于其数学期望。
这一定律的成立对于统计学、概率论、经济学、物理学等领域都有着重要的应用价值。
下面将对大数定律的相关知识点进行总结和介绍。
一、独立同分布随机变量序列的大数定律1. 独立同分布的随机变量序列：在大数定律的讨论中，通常假设考虑的是一个独立同分布的随机变量序列。
也就是说，随机变量X1，X2，...，Xn互相独立，并且它们都具有相同的分布，且均值为μ，方差为σ²。
2. 大数定律的描述：设X1，X2，...，Xn是一个独立同分布的随机变量序列，它们的数学期望为μ，方差为σ²。
定义随机变量序列的均值为Yn = (X1+X2+...+Xn)/n，即前n个随机变量的均值。
大数定律描述了当n趋向于无穷大时，随机变量序列的均值Yn将以概率1收敛于其数学期望μ，即limn→∞ P(|Yn-μ|<ε) = 1，其中ε>0。
3. 大数定律的形式：大数定律有弱大数定律和强大数定律之分。
弱大数定律指的是对于任意的ε>0，有limn→∞ P(|Yn-μ|<ε) = 1，即随机变量序列的均值以概率1收敛于其数学期望。
而强大数定律则是指有limn→∞ Yn=μ，即随机变量序列的均值几乎处处收敛于其数学期望。
4. 大数定律的证明：大数定律的证明通常可以利用切比雪夫不等式、马尔可夫不等式、刘维尔中心极限定理等概率论基本定理进行推导。
通过限制随机变量序列的方差，并且利用独立同分布的特性，可以证明大数定律成立。
5. 应用实例：大数定律在实际问题中有着重要的应用。
例如，在赌场中，赌徒可以利用大数定律的原理来预测赌局的结果。
又如在金融领域中，大数定律可以用来预测股市的波动情况。
在工程领域中，大数定律可以用来分析随机过程和随机信号的性质。
二、大数定律的拓展和推广1. 李雅普诺夫大数定律：对于互不相干的独立同分布的随机变量序列，其均值将以概率1收敛于其数学期望。
大数定律与中心极限定理总结
大数定律与中心极限定理总结大数定律和中心极限定理是概率论中两个重要的基本定理，它们对于理解随机事件的规律性和统计推断具有重要的作用。
首先，大数定律是指当重复独立地进行同一试验时，随着试验次数的增加，样本平均值将趋近于总体均值的定理。
在统计学中，我们常常关注样本均值和总体均值之间的关系。
大数定律告诉我们，当样本容量足够大时，样本均值将逼近总体均值。
大数定律的核心思想是随机性的抵消效应。
随机性使得每次试验的结果都有一定的波动，但当试验次数足够多时，各种波动的效应会被抵消掉，使得样本均值逼近总体均值。
大数定律可以分为以下几种形式：1.切比雪夫大数定律：设随机变量X的方差存在，并且有限，那么对任意ε>0，有lim(n->∞) P[|X1+X2+...+Xn - nEX| > ε] = 02.伯努利大数定律：设X1，X2，…，Xn是n个独立同分布的0-1分布的随机变量，p=P(Xi=1), q=1-P(Xi=1)，那么对任意ε>0，有lim(n->∞) P[|X1+X2+...+Xn - np| > ε] = 03.辛钦大数定律：设X1，X2，…，Xn是n个独立同分布的随机变量，E(Xi)=μ，D(Xi)=σ^2(有限)，那么对任意ε>0，有lim(n->∞) P[|X1+X2+...+Xn/n - μ| > ε] = 0大数定律的应用非常广泛，可以用来解释各种现象，例如：抛硬币的结果、掷骰子的点数、随机抽样的样本均值等等。
它在统计学、经济学、物理学等领域都有应用。
与大数定律相对应的是中心极限定理。
中心极限定理是指当n趋向于无穷大时，独立同分布随机变量的和的分布趋近于正态分布的定理。
中心极限定理揭示了随机变量和的分布的稳定性。
中心极限定理可以分为以下几种形式：1.李雅普诺夫中心极限定理：假设X1，X2，…，Xn是n个独立同分布的随机变量，且具有有限的期望μ和方差σ^2，并且它们的方差和有界，那么当n趋向于无穷大时，lim(n->∞) P[(X1+X2+...+Xn - nμ)/σ√n ≤ x] = Φ(x)2.林德伯格-列维中心极限定理：假设X1，X2，…，Xn是n个独立同分布的随机变量，且具有有限的期望μ和方差σ^2，那么当n趋向于无穷大时，lim(n->∞) P[(X1+X2+...+Xn - nμ)/σ√n ≤ x] = Φ(x)3.棣莫佛-拉普拉斯中心极限定理：当n趋向于无穷大时，二项分布B(n,p)的近似分布近似于正态分布N(np,npq)，其中p为成功的概率，q=1-p为失败的概率。
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应用：用蒙特卡罗法估计圆周率兀
设随机变量(x,y)在正方形区域G内服从 二维均匀分布，内切圆)的半径为1,根据均 匀分布性质有
n
P{(X,Y)e D}=醐=世=
" ,)S(G) 2 X 2 4
P{(X,Y)e D}=
S (D) _ n x 12 _ n S(G 2 x 2
应用说明： »假设｛X,｝是独立同分布随机变量序列，且E（XD = E（X ）,i = 1,2,…，n,则
__
-—PT E（X ）
n i=i »对于高阶矩有类似结论。
应用四：
5.频率的稳定性：试验次数充分多，则刀发生的频率心趋于刀发 生 的概率p,是计算机做随机模拟中蒙特卡罗法(Monte Carlo)的 理论
n T8 n
证明：设Xi〜B(Lp), i = L2, •・•，/!是相互独立的随机变量序列， 则
E(Xi)= p, D(Xi)= p(1 -p), i = 1,2,...,n
该随机变量序列服从独立同分布大数定律条件
1n
P{|_£X -p |v 硏=1 何 > 0)
ns =1
设丫孔=X]+X2 +・・・x“，则Yn-B(rif p), 从而
lim nT
独立同分布大8 数定律
E （Xi）|V 8} = 1（8 > 0）
设X「X2，・・・，Xn,…是相互独立的随机变量，且E(X。=〃,
D（XD = a2,
卩 i = 1,2, • ••,则
lim P{|1 支 Xi—
|V 8} = 1（8 > 0） nn 7=1
证明：设X°X2,…，X”,…是相互独立的随机变量，且E(XD=〃, D(Xi) = b2, [ = 1,2,…，满足切比雪夫大数定律的条件，故
随机模拟方法:
1. 产生"组落在正方形G内的随机点其中
X 〜1/（一1,1危〜1/（一1,1）
2. 统计满足尤2 + y2 < 1的随机点个数，设为k
"足够大时可用丝近似估算圆周率
3.
7T n
园
依据：根据贝努里大数定律，随机点落在区
域 D内的频率物依概率收敛于概率p = n/4
电子科技大学概率论与数理统计MOOC
/、/、；
L 、、、 二
知识点名称：独立同分布大弟数5定早律和贝努里大数定律
主讲人：杜鸿飞
-«■
§5.3独立同分布大数定律和贝努里大数定律
切比雪夫大数定律
设X],X2,…，xn,…是相互独立的随机变量，且E(XQ存在, D(X£) < C(C > 0), i = 1,2,,贝。
Yn =
m
lim P{「一 p |v s} = 1 (s > 0)
n—8n
应用一： 1.测量值估计：实际工作中，以大量测量值的平均值作为精确
值的估计 值今以独立同分布大数定律为理论依据
应用二： 2. 小概率事件原理：概率很小的事件，事件发生的频率也很小， 在一次试验中几乎不可能发生今实际中看作不可能事件 3. 三倍标准差原理（3 Q原理）：若X〜N（阳。2）,则当X取值在 （〃-3b,〃 + 3b）之外时，看作小概率事件 P{|X-〃|>3b} =
又因为 从而有
n
n
lim 邓 n % x= 2
n—
8E (Xi)ຫໍສະໝຸດ V 8} = 1 (s > 0)
1n
一£ E(
—卩 l0i)mnnP{7|=1 1支XniXi=)i=i卩
|V 8} = 1(8 >
贝努里大数定律
设〃为〃重贝努里试验中事件刀出现的次数，‘为刀在每次试
验中 发生的概率，则
m
P{| ——p |v s} = 1 (s > 0)
0.0026
应用说明： »统计推断时，假设检验以小概率事件原理为基础
A很多实际问题并非理想随机变量，例如人的身高，取值范围不 可 能为（-8,+8）,但根据3。原理，考虑有限范围是有理论依 据的。
应用三： 4.矩估计的理论基础：独立同分布大数定律可推广为辛钦大数定律 （只要求各个随机变量的期望相同即可），可得样本矩依概率收 敛于总体矩,这在统计推断中保证了估计量的相合性