Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет» Кафедра высшей математики ЗАОЧНОЕ ОБУЧЕНИЕ МАТЕМАТИКА (ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА) Методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольной работы № 3 для студентов заочной формы обучения Специальности: 080105 - Финансы и кредит 080109 - Бухгалтерский учет, анализ и аудит 080111 - Маркетинг 080502 - Экономика и управление на предприятии (по отраслям) 080504 - Государственное и муниципальное управление 080506 - Логистика 080507 - Менеджмент организации 220501 – Управление качеством Санкт-Петербург 2006 Допущено редакционно-издательским советом СПбГИЭУ в качестве методического издания Составители: ст. преп. В. Г. Блинова канд. техн. наук, доцент Я. В. Войтишек ст. преп. Е. Н. Зверева Рецензент канд. хим. наук, доцент В.В. Фокин Подготовлено на кафедре высшей математики Одобрено научно-методическим советом университета Отпечатано в авторской редакции с оригинал-макета, представленного составителями © СПбГИЭУ, 2006 2 Содержание 1. Общие положения……………………………………………...4 2. Методические указания к изучению дисциплины.…………..4 3. Методические указания к выполнению заданий № 1- № 4 Комментарии к задаче № 1 §1. Случайные события. Основные понятия…………………….5 §2. Случайные события. Операции………………………………6 §3. Классическое определение вероятности……………………..6 §4. Примеры задач на классическую вероятностную схему……8 §5. О статистической и геометрической вероятностях…………9 §6. Простейшие свойства вероятностей………………………..10 §7. Условные вероятности. Независимость событий………….11 §8. Вероятность наступления хотя бы одного события……….12 §9. Формула полной вероятности………………………………14 §10. Формула Байеса……………………………………………..16 Комментарии к задаче № 2 §11. Повторные независимые испытания………………………17 §12. Другие формулы вычисления вероятностей для схемы Бернулли…………………………………………………………..19 Комментарии к задаче № 3 §13. Случайные величины дискретного типа…………………..22 §14. Функция распределения…………………………………….23 §15. Математическое ожидание случайной величины дискретного типа…………………………………………………24 §16. Дисперсия случайной величины…………………………..26 §17. Биномиальный и пуассоновский законы распределения…26 Комментарии к задаче № 4 §18. Случайные величины непрерывного типа…………………28 §19. Нормальный закон распределения и его характеристики……………………………………………………30 §20. Другие законы распределения непрерывных случайных величин……………………………………………………………31 4. Методические указания к выполнению задания № 5……….32 5. Контрольные задания № 1- № 4.……………………………...53 6. Контрольные задания № 5.……………………………………71 7. Выбор варианта. Требования к оформлению контрольной работы.…………………………………………..79 3 8. Список литературы……………………………………….…...80 Приложение 1 Таблица случайных чисел…………….………...81 Приложение 2 Нормированная функция Лапласа.………….………83 Приложение 3 Значения чисел q в зависимости от объёма выборки n и надёжности для определения доверительного интервала среднего квадратического отклонения х .….……..85 Приложение 4 Критические точки распределения 2 ...………86 Приложение 5 Содержание дисциплины..……………………..87 Приложение 6 Образец оформления титульного листа контрольной работы.…………………………………………….90 Приложение 7 Перечень контрольных вопросов для проверки знаний по дисциплине.……………………………….91 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Цель дисциплины «Математика (Теория вероятностей и математическая статистика)» дать необходимый математический аппарат и привить навыки его использования при решении инженерно-экономических задач. Для этого при изучении курса студенты осваивают методы математического моделирования экономических и иных возникающих на практике ситуаций, вероятностные методы их исследования и решения, методы обработки статистических данных (аналитически и при помощи вычислительной техники), а также методы дальнейшего анализа полученных результатов. Это способствует также развитию логического и алгоритмического мышления. Теория вероятностей опирается на предшествующие разделы математики, как на курс средней школы, так и на разделы, изучавшиеся на 1 курсе (множества, функции, непрерывность, производные, интегралы, ряды). Студенты 2 курса, имеющие зачтенные контрольные работы № 3 и № 4, допускаются к экзамену по математике. 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ Изучение дисциплины следует начать с теоретической части данных методических указаний. Поскольку методические указания не являются учебником и теоретический материал здесь 4 изложен кратко, полезно обратиться к учебникам, перечисленным в списке литературы. Для изучения дисциплины в общепринятом логическом порядке полезно сверяться с Приложением 5 данного издания. 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ № 1 - № 4 КОММЕНТАРИИ К ЗАДАЧЕ № 1 §1. СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Случайным называется событие, которое при осуществлении совокупности некоторых условий S может либо произойти, либо не произойти. Пример: событие А1 - выпадение “шестерки” при одном броске игральной кости (кубика с занумерованными гранями). Достоверным называют событие, которое обязательно произойдет, если будет осуществлена совокупность условий S. Пример: событие А2 - при одном броске игральной кости число выпавших очков меньше 7. Обозначим достоверное событие буквой Невозможным называют событие, которое заведомо не произойдет при осуществлении совокупности событий S. Пример: событие А3 - при одном броске игральной кости число выпавших очков дробно. Невозможное событие обозначим символом . События и будем рассматривать как частные (“крайние”) случаи случайных событий, хотя они не являются таковыми. Два или более событий назовем несовместными, если в результате осуществления условий S (или, по-другому, в результате испытания) невозможно их совместное осуществление, т.е. появление одного из них исключает появление другого в том же испытании. Пример: событие А4 при броске игральной кости выпало нечетное число очков несовместно с событием А1 (выпала “шестерка”). 5 §2. СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ. ОПЕРАЦИИ Сумма событий А + В - событие, состоящее в том, что произошло хотя бы одно из двух событий А и В, т.е. наступило либо А, либо В, либо оба сразу. Пример: для событий А1 и А4 из §1 А1 + А4 = {выпало 1,3,5 или 6 очков}. Произведение событий А · В это совместное осуществление и А и В (иначе: их общие исходы). Пусть В = {при броске игральной кости выпало число очков, кратное 3}. Тогда В · А4 = {выпала грань с 3 очками}. Для несовместных событий А и В их произведение А·В= у них нет общих исходов. В частности, для последнего примера §1 можно записать А1 ·А4 = . Событие A называется противоположным к А (т.е. состоит в том, что “ достоверное событие происходит, а событие А не происходит”). Для операций над событиями выполняются свойства: А+В=В+А А·В=В·А (А + В) + С = А + (В + С) (А · В) · С = А · (В · С) (А + В) · С = А · С + В · С Если события Н1, Н2, ..., Нn попарно несовместны (Нi·Hj=при i j ), а их сумма достоверное событие (H1+H2+...+Hn = ), то говорят, что {H1, H2, ..., Hn} полная группа несовместных событий или разбиение . В частности, {A, A } полная группа несовместных событий для любого А. §3. КЛАССИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ Вероятность события А это число Р(А), которое вводится для количественного описания степени объективной возможности наступления А. В этом параграфе рассмотрим испытания, в которых множество представляет собой конечное число равновозможных исходов. Например, если бросить игральную 6 кость один раз, то она может выпасть на любую из шести граней. Достоверное событие здесь состоит в том, что выпала одна из шести граней. Будем считать кубик симметричным; в этом случае можно считать все шесть исходов равновозможными. В случае двух бросков симметричной монеты 4 различных исхода: “орел-орел” (О, О), “орел-решка”(О, Р), а также Р, О и Р, Р; их также считают равновозможными. Все они вместе образуют достоверное событие для данного испытания. В первом случае вероятность каждого из элементарных исходов равна 1/6, а во втором 1/4. В общем случае, если число всех элементарных исходов N() равно n, то вероятность каждого из них 1/n. Пусть число благоприятствующих исходов для А или, иначе, число элементарных исходов испытания, входящих в событие А ( N(A) ), равно m, тогда вероятность N(A) m P(A ) (1) N () n Это формула классической вероятности. В примерах из §1 шесть элементарных исходов: выпала цифра 1, 2, 3, 4, 5 или 6. Событие А1 включает в себя ровно 1 элементарный исход, А2 (достоверное) все 6, А3 (невозможное) 0, А4 3. Поэтому 1 6 P(A1 ) , P(A 2 ) P() 1 , 6 6 0 3 1 P(A 3 ) P() 0 , P(A 4 ) 6 6 2 Еще примеры. При двух бросках симметричной монеты событие С = {выпал хотя бы один “орел”} включает в себя три 3 элементарных исхода из четырех, поэтому P(C) . 4 Событию D = {при трех бросках монеты выпало ровно два ”орла”} благоприятствуют 3 из 8 возможных элементарных 3 исходов, поэтому P(D) . 8 7 § 4. ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ НА КЛАССИЧЕСКУЮ ВЕРОЯТНОСТНУЮ СХЕМУ 1. Брошены две игральные кости. Какова вероятность того, что на них выпали грани с одинаковым числом очков? Каждому из шести исходов при броске первой кости соответствует шесть исходов, получающихся при броске второй кости, значит, всего получится 36 элементарных исходов (1-1, 12, ..., 1-6, 2 - 1, ... , 6 - 6). Искомому событию благоприятствуют 6 исходов из 36 (1-1, 2-2, ... , 6-6), поэтому вероятность данного события А 6 1 P(А) . 36 6 2. В урне 10 белых и 12 черных шаров, вынимают 3 из них. Какова вероятность того, что среди них ровно 2 черных? Общее число элементарных исходов это число способов, которым можно вынуть 3 шара из 22. Оно равно числу сочетаний из 22 элементов по 3. 22! 22 21 20 1540 n = N() C322 3!19! 1 2 3 (первый шар выбирается 22 способами, после того, как первый выбран, второй 21 способом, а для третьего после выбора первых двух остается 20 вариантов; однако каждый набор из трех шаров мы включили в общее число несколько раз, а именно 3·2·1=6, поэтому разных наборов из 3 шаров в 6 раз меньше, чем 22·21·20). Общая формула для числа сочетаний из L по k приведена ниже. Событие А, вероятность которого нужно подсчитать, состоит в том, что вынуты 2 черных и 1 белый шар. 2 черных шара из 12-ти можно извлечь 12! 12 11 2 C12 66 2! 10! 1 2 способами ( 1-й любой из 12-ти черных, 2-й любой из 11-ти оставшихся, но каждый набор из двух шаров учтен дважды, поэтому 12·11 делим пополам). 1 белый шар из 10-ти можно взять 8 10! 10 1! 9! способами. Таким образом, число благоприятствующих событию А способов равно 2 m = N(A) C12 C110 66 10 660 (каждый из 66 наборов из 2 черных шаров и каждый из 10 белых шаров дают устраивающий нас вариант). Итак, 2 C110 660 3 N(A) C12 P(A) . N () C322 1540 7 Примечание. Общая формула для числа сочетаний из L по k C110 C kL L! L L 1 ... L k 1 , k!(L k )! 1 2 ... k где L! 1 2 ... (L 1) L , 0! 1 . (подробнее о комбинаторных схемах см. [ 3-4 ]). 3. Полный набор домино (28 костей) раздается между четырьмя игроками (по 7). Какова вероятность, что у третьего игрока нет “шестерок”? Всего игрок может получить n = N C728 различных наборов из 7 костей, составленных из всех 28 костей домино, “шестерка” содержится на 7 “костяшках”, значит, без “шестерок” – 21 кость домино. Из них можно составить m = NA C721 всевозможных “семерок” – наборов из 7 костей. Окончательно, NA C 721 21! 7! 21! 323 PA 0,098 N C 728 7! 14! 28! 3289 §5. О СТАТИСТИЧЕСКОЙ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЕРОЯТНОСТЯХ Относительная частота события А это отношение числа испытаний, в которых событие фактически появилось 9 (благоприятствующих А) к общему числу проведенных m испытаний: W A . n Если классическая вероятность вычисляется до опыта, то относительная частота после опыта. Конечно, при увеличении количества испытаний в серии на 1 W(A) меняется хотя бы потому, что на единицу изменяется знаменатель дроби. Тем не менее, с увеличением n величина W(A) приближается к некоторому числу, которое называют статистической вероятностью события А. Заметим, что когда в задаче говорится, что “вероятность поражения стрелком мишени равна 0,7”, то речь идет о вероятности, вычисленной статистически. Бывают задачи, когда множества всех элементарных исходов и благоприятствующих исходов невозможно пересчитать. В этих задачах иногда удается выразить вероятность события как отношение либо длин, либо площадей, либо объемов. Например, если считать, что попадания в круглую мишень происходят равномерно по площади всей мишени, а диаметр центра мишени в 5 раз меньше диаметра самой мишени, то вероятность попадания в центр (при условии попадания в мишень) равна отношению площадей центра мишени и всей мишени: 2 SA r 2 r 1 PA S R 2 R 25 В этом случае количество вариантов, благоприятствующих А, бесконечно, но и общее число вариантов исхода испытания бесконечно, т.е. формулы классической или статистической вероятности неприемлемы. Вероятность, определяемую как отношение длин, площадей, объемов, называют геометрической вероятностью. §6. ПРОСТЕЙШИЕ СВОЙСТВА ВЕРОЯТНОСТЕЙ Для классического, статистического и геометрического определений вероятности выполняются следующие аксиомы: I. Р(А) 0 для любого наблюдаемого события А ; 10 II. Р( ) = 1 ; III. Если события А и Р(А + В) = Р(А) + Р(В). В несовместны (А · В = ), то Из аксиом можно вывести следующие свойства: 1. Р() = 0 , откуда следует, что если А и В несовместны (А · В = ), то Р(А · В) = 0. 2. Р( А ) = 1 Р(А). 3. Р(А) 1. 4. Если А В (А влечет за собой В, т.е. все исходы, содержащиеся в А, содержатся и в В), то Р(А) Р(В) . 5. Если А = B (т.е. А В и В А), то Р(А) = Р(В) . 6. Р(А + В) = Р(А) + Р(В) Р(А · В), формула сложения вероятностей. В частности, если А и В несовместны (А · В = ), то получим аксиому III. §7. УСЛОВНЫЕ ВЕРОЯТНОСТИ. НЕЗАВИСИМОСТЬ СОБЫТИЙ Условная вероятность Р(В / А) = РA(В) это вероятность осуществления события В при условии, что событие А уже произошло (причем последнее не является невозможным, т.е. Р(А) > 0). Эту вероятность можно вычислить по формуле PA B PB / A , PA 0 PA Для краткости эта величина называется “вероятностью события В при условии А”. Заметим, что для величины Р(В / А) выполняются аксиомы I, II, III, и , следовательно, простейшие свойства (см. §6). Обозначим через Х число очков, выпавших при одном бросании игральной кости. Пусть А = {Х – простое число}, В = {Х – четное число}. Тогда Р(А) = 3/6 = 1/2 (числа 2, 3, 5 простые, 1, 4, 6 нет), Р(В) = 3/6 = 1/2, Р(А · В) = 1/6 (простое и четное одновременно число только одно это 2). Следовательно, Р(В / А) = 1/3, т.е. вероятность того, что выпало четное число очков при условии, что выпало простое число очков, равна 1/3 11 (среди 3 простых чисел четное одно); Р(А/В) = 1/3, т.е. вероятность того, что выпало простое число очков при условии, что выпало четное число очков, также равна 1/3 (среди 3 четных чисел простое одно) . События А и В называют независимыми, если Р(А · В) = Р(А) · Р(В). Если одно из событий невозможное ( ), то в обеих частях стоят нули. Если же Р(А) > 0 и Р(В) > 0, то Р(А / В) = Р(А), Р(В / А) = Р(В). Для последнего примера Р(А · В) Р(А) · Р(В) , значит, А и В зависимые. Во многих задачах независимость событий задается по условию задачи (из общих соображений). §8. ВЕРОЯТНОСТЬ НАСТУПЛЕНИЯ ХОТЯ БЫ ОДНОГО СОБЫТИЯ Сложные события выражаются через другие наблюдаемые события с помощью алгебраических операций, описанных в §2. Основные формулы для вычисления вероятностей таких событий: Р( А ) = 1 Р(А). (2) Р(А · В) = Р(А) · Р(В / А) = Р(В) · Р(А / В) , если Р(А) > 0, Р(В) > 0 (формула умножения вероятностей); (3) Р(А + В) = Р(А) + Р(В) Р(А · В) (формула сложения вероятностей). (4) Пример 1. Два стрелка независимо друг от друга ведут стрельбу по мишени, причем вероятности попадания при одном выстреле в мишень для них равны p1 = 0,8, p2 = 0,6. Каждый произвел по одному выстрелу. Вычислить вероятность события А = {произойдет ровно одно попадание}. Рассмотрим события А1 = {первый стрелок попал в мишень} и А2 = {второй стрелок попал в мишень}. Тогда A1 = {первый 12 стрелок промахнулся}, a A 2 = {второй стрелок промахнулся}. В мишени окажется ровно одна пробоина в тех случаях, когда либо первый попал, а второй промахнулся, либо первый промахнулся, а второй попал. Поэтому А = А1 · A 2 + А2 · A1 . Последние два события несовместны, поэтому сумма их вероятностей равна вероятности их суммы А. События А1 и A 2 , а также А2 и A1 попарно независимы, т.е. вероятности произведений этих событий равны соответствующим произведениям вероятностей этих событий. Т.к. Р(А1)=p1=0,8, P(A2)=p2=0,6, то Р( A1 ) = 1 p1 = q1 = 0,2, P( A 2 ) = 1 p2 = q2 = 0,4 и Р(А) = p1q2 + p2q1 = 0,44. Вероятность наступления “хотя бы одного события” (т.е. суммы нескольких событий ) вычисляют по формуле (5) PA1 A 2 ... A n 1 P A1 A 2 ... A n Если же эти события попарно независимы, то P A1 A2 ... An P A1 P A2 ... P An Пример 2. В продукции предприятия 10% бракованных изделий. Какова вероятность, что среди 4 взятых независимо изделий хотя бы одно бракованное? Пусть А интересующее нас событие, А = A1+ A2+ A3+ A4 , где A1 = {первое изделие бракованное}, A2 = {второе изделие бракованное} и т.д. Так как A1, A2, A3, A4 независимы, то и события A1 , A 2 , A 3 , A 4 также независимы. Событие А = {среди 4 изделий ни одного бракованного} = A1 A2 A3 A4 , где A1 = {первое изделие не бракованное} и т. д. Так как Р(A1) = Р (A2) = Р (A3) = Р(A4) = 0,1 (=10%) , то Р( А ) = (1 0,1)4 = 0,94 = 0,6561. Значит, Р(А) = 1 Р( А ) = 0,3439. Если изделий не 4 , а 2 , то вероятность того, что из этих двух изделий хотя бы одно бракованное, можно вычислить с помощью формулы (3), т.е. не переходя к противоположному событию: P (A1+A2) = P (A1) + P (A2) P (A) P (A2) = 0,1 + 0,1 0,01 = 0,19. 13 §9. ФОРМУЛА ПОЛНОЙ ВЕРОЯТНОСТИ Пусть H1, H2, ...,Hn полная группа несовместных событий (определение см. в §2) и пусть событие А может произойти только с одним из событий Нk. Для такого события А выполняется следующая “формула полной вероятности” PA PH1 PA / H1 PH 2 PA / H 2 ... PH n PA / H n n PH k PA / H k k 1 События Hk принято называть гипотезами по отношению к событию А. Вероятности Р(Hk) трактуются как доопытные (априорные) вероятности гипотез. Пример 1. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле равна 0,8. Стрелок сделал два выстрела, а затем бросил симметричную монету столько раз, сколько попал в мишень. Какова вероятность, что в результате выпал ровно один “орел”? Здесь в качестве гипотез рассмотрим события Н1 = {произошло два попадания}, H2 = {произошло одно попадание}, H3 = {произошло два промаха}. Их вероятности Р( Н1 ) = 0,82 = 0,64, Р( Н2 ) = 2 · (1 0,8) · 0,8 = 0,32 (множитель 2 здесь из-за того, что гипотеза содержит два равновероятных события: “попал - промахнулся” и “промахнулся - попал” это формула Бернулли при р = 0,8, q = 0,2 , n = 2 , k = 1 см. §11), Р(Н3) = (1 0,8)2 = 0,04 . Сумма вероятностей этих гипотез равна 1, как и должно быть для полной группы. Далее рассмотрим событие А = {выпал ровно один “орел”}. Если произошло событие Н1, то монета бросается дважды. Вероятность того, что при этом выпадет ровно 1 “орел”, равна Р( А/ H1 ) = 0,5 ( либо “орел - решка” с вероятностью 0,25 , либо “решка - орел” также с вероятностью 0,25 ). Если произошло событие Н2, то монета бросается один раз и вероятность выпадения при этом одного “орла” равна Р( А/H2 ) = 0,5 . Если же происходит событие Н3, то монету не бросают и Р(А/H3)= 0. Все данные для формулы полной вероятности получены. Следовательно, Р(А) = Р( Н1 )Р( А/H1 ) + P( H2 )P( A/H2 ) + P( H3 )P( A/H3 ) = 0,48. 14 Пример 2. В ящике лежат 10 теннисных мячей, в том числе 8 новых и 2 играных. Для игры наудачу выбираются два мяча и после игры возвращаются обратно. Затем для второй игры наудачу извлекаются еще два мяча. Какова вероятность того, что вторая игра будет проводиться новыми мячами? Здесь удобно задать 3 гипотезы: H1 = {для первой игры взяты 2 новых мяча}, H2 = {для первой игры взяты новый и играный мячи}, Н3 = {для первой игры взяты 2 играных мяча}. Их вероятности вычисляются по формуле классической вероятности ( как и в примерах из §4 ) : C82 28 C18 C12 16 C 22 1 PH1 2 P H ; PH 2 ; 3 2 2 C10 45 C10 45 C10 45 (Проверка: Р(H1) + Р(H2) + Р(H3) = 1). Событие А = {для второй игры взяты два новых мяча}. В результате осуществления гипотезы H1 в ящике останется 6 C 62 15 1 . В новых и 4 играных мяча, поэтому PA / H1 2 C10 45 3 результате осуществления гипотезы H2 в ящике будет 7 новых C 72 21 7 мячей из 10, поэтому PA / H 2 2 . Аналогично, C10 45 9 C82 28 PA / H 3 2 . Таким образом, C10 45 28 15 16 21 1 28 784 PA 0,387 45 45 45 45 45 45 2025 Заметим, что в одной и той же задаче могут быть выбраны разные наборы гипотез, скажем, в примере 2 гипотезу H2 можно представить в виде суммы двух: H2 = {первый взятый для первой игры мяч новый, второй играный}+{первый взятый для первой игры мяч играный, второй новый} и т. д. Желательно формулировать гипотезы так, чтобы их вероятности, а также и условные вероятности, вычислялись проще. 15 §10. ФОРМУЛА БАЙЕСА В этом параграфе {H1, H2, H3, H4} по-прежнему, полная группа несовместных событий (гипотез). Если Р(А) > 0, Р(Hk) > 0, то Р(А · Hk) = Р(А) · Р(Hk / А) = Р(Hk) · Р(А / Hk) (см. §§7,8), откуда PH k PA / H k PH k / A PA это формула Байеса, в которой Р(А) вычисляют по формуле полной вероятности. Р(Hk / А) вероятность осуществления гипотезы Hk при условии, что событие А осуществилось. Эту вероятность называют послеопытной или апостериорной. Для ее вычисления рассматривают только те испытания, которые закончились “успехом”, т.е. осуществлением события А. Вероятность Р(Hk / А) выражает “долю” гипотезы Hk для вышеуказанных испытаний. Пример 1. (см. пример 1 из §8). Два стрелка независимо друг от друга ведут стрельбу по мишени, причем вероятности попадания при одном выстреле в мишень для них равны p1 = 0,8 и p2 = 0,6. Каждый сделал по одному выстрелу, причем в результате в мишени оказалась одна пробоина. Найти вероятность того, что промахнулся второй. Зададим гипотезы: Н1 = {оба стрелка либо попали, либо промахнулись}, H2 = {попал только первый}, H3 = {попал только второй}. Подсчитаем их вероятности: P( H1 ) = p1p2 + q1q2 = 0,56 , P( H2 ) = p1q2 = 0,32 , P( H3 ) = q1p2 = 0,12 . Сумма их вероятностей равна 1. Событие А = {в мишени оказалась ровно 1 пробоина} осуществилось, т.е. данная задача на формулу Байеса. Событие {при одной пробоине промахнулся второй} это гипотеза H2 . По формуле Байеса PH 2 PA / H 2 0,32 8 PH 2 / A 0,73 PA 0,44 11 т. к. Р(А/Н1) = 0 , Р(А/Н2) = Р(А/Н3) = 1 . Значение Р(А), вычисленное по формуле полной вероятности, совпадает с результатом, вычисленным ранее в §8 другим способом. Итак, в 16 среднем среди каждых 11 исходов, заканчивающихся одним попаданием, 8 соответствуют варианту H2 = {первый попал, второй промахнулся}, а остальные три H3. Пример 2. (см. пример 2 из §9) В ящике лежат 10 теннисных мячей, в том числе 8 новых и 2 играных. Для игры наудачу выбираются 2 мяча и после игры возвращаются обратно. Затем для второй игры наудачу извлекаются еще 2 мяча, оказавшиеся новыми. Какова вероятность, что первая игра также проводилась новыми мячами? Событие А = {для второй игры взяты два новых мяча}, осуществилось. Поэтому задача решается по формуле Байеса. Нас интересует вероятность Р(H1 / А) , где, напомним, гипотеза H1 ={для первой игры взяты 2 новых мяча}. Подставим в формулу Байеса вероятности, подсчитанные в §9. 28 15 PH1 PA / H1 45 45 15 PH1 / A 28 28 28 PA 45 45 Постановки задач, подобных изложенным в §9 и в §10, встретятся при решении задачи №1 из контрольной работы. КОММЕНТАРИИ К ЗАДАЧЕ № 2 §11. ПОВТОРНЫЕ НЕЗАВИСИМЫЕ ИСПЫТАНИЯ Пусть проводится n последовательных испытаний. Предположим, что эти испытания независимые, т.е. вероятность осуществления очередного исхода не зависит от реализации исходов предыдущих испытаний. Рассмотрим простейший случай, когда различных исходов всего два (“успех” и “неуспех”). Более того, речь пойдет о случае, когда вероятность “успеха” в каждом из испытаний неизменна и равна p, т.е. вероятность “неуспеха” также неизменна и равна q = 1 p . Такие испытания называются испытаниями Бернулли. 17 Простейшими примерами здесь могут служить: последовательное бросание монеты (с вероятностью “успеха” выпадения “орла” равной 0,5); последовательная стрельба по мишени с постоянной вероятностью “успеха” попадания в каждом выстреле; извлечение из урны, содержащей шары двух цветов, по одному шару с возвращением (и перемешиванием); и т. д. Я. Бернулли вычислил вероятность того, что в n последовательных “испытаниях Бернулли” произойдет ровно k “успехов” Pn k Ckn p k q nk (о вычислении числа C kn см. §4). Пример 1. Вероятность того, что при 4 бросках игральной кости выпадут ровно 2 “четверки”, равна 2 2 25 5 2 1 P4 2 C4 0,116 6 6 216 Здесь p вероятность выпадения “четверки” в одном броске равна 1/6, q = 5/6 , общее число испытаний n = 4 , число “успехов” k = 2 . Пример 2. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле p = 0,6 . Какова вероятность, что при пяти выстрелах будет 3 попадания? Здесь n = 5 , k = 3 , q = 1 p = 0,4 , 3 2 P5 3 C35 0,6 0,4 10 0,216 0,16 0,3456 . Пример 3. В урне 4 белых и 2 черных шара. 6 раз извлекают по 1 шару, записывают цвет, а шар возвращают в урну и перемешивают шары. Какова вероятность, что среди записанных шаров более 4 белых? Пусть “успех” состоит в том, что вынут белый шар. Тогда p= 4/6 = 2/3 ( из 6 шаров 4 белых ), q = 1 p = 1/3 . По условию n= 6 , k = 5 или k = 6 , откуда искомая вероятность 18 5 6 2 1 2 256 P6 5 P6 (6) C C66 0,35 . 3 3 3 729 Пример 4. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле p = 0,6 . Какова вероятность, что третье попадание произойдет в пятом выстреле? Эта задача отличается от рассмотренной в примере 2 : там третье попадание может произойти и раньше пятого выстрела. Искомое событие является произведением двух следующих (независимых): А = {в первых 4 выстрелах ровно 2 попадания} и В={в пятом выстреле попадание}. P(A) вычисляется по формуле Бернулли 2 2 PA P4 2 C24 0,6 0,4 6 0,0576 0,3256 , a P(B) = p = 0,6 . Поэтому искомая вероятность равна PA B PA PB 0,3256 0,6 0,16536 В общем случае вероятность того, что к-й “успех” произойдет ровно в n-м испытании Бернулли, равна Ckn11 pk1 qnk p Ckn11 pk qnk . 5 6 Пример 5. Вероятность попадания в мишень при одном выстреле p = 0,6 . Какова вероятность, что в 5 выстрелах произойдет хотя бы 2 попадания? Мы знаем, что Р5(0) + Р5(1) + Р5(2) + Р5(3) + Р5(4) + Р5(5) = 1. В данной задаче нас интересует сумма четырех последних слагаемых: P5 2 P5 3 P5 4 P5 5 C52 0,6 2 0,43 C55 0,63 0,4 2 C54 0,6 4 0,4 C55 0,65 0,91296 Заметим, что проще воспользоваться вероятностью противоположного события:1P5(0)P5(1)=10,455 §12. ДРУГИЕ ФОРМУЛЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ДЛЯ СХЕМЫ БЕРНУЛЛИ Хотя формула Бернулли и является точной, она не всегда удобна. Например, при 100 бросках монеты 19 50 50 100! 1 1 P100 50 C , 2 100 50! 2 2 2 и вычисление точного ответа затруднительно. Формула Бернулли приемлема для вычислений, если число испытаний не превышает 10-15. При больших n используют либо формулу Лапласа, либо формулу Пуассона. Формула Лапласа ( локальная теорема Лапласа ) x2 1 1 k np e 2 , x Pn k x , x 2 npq npq тем точнее, чем больше n. Здесь n, k, p, q те же величины, что и в формуле Бернулли. Функция x) четная: x) = x) . Она быстро убывает: считают, что при x > 4 x) = 0. Таблица, позволяющая вычислять значения функции (x), имеется во всех учебниках и задачниках по теории вероятностей. Впрочем, можно не иметь таблицы, а иметь калькулятор, вычисляющий экспоненту (функцию ех). 50 100 Пример 1. Вероятность выпадения ровно 50 “орлов” при 100 бросках монеты Р100(50) вычислим по формуле Лапласа. Здесь n = 100 ,k = 50 ,p=0,5, q = 0,5 , k np = 0 , npq 5 и 1 1 P100 50 0 0,2 0,2 0,3989 0,07978 . 5 2 Пример 2. Найти вероятность выпадения от 47 до 57 “орлов” при 100 бросках монеты. При решении подобных задач ( при n > 15 ) используют интегральную теорему Лапласа: вероятность Рn(k1,k2) появления события в n испытаниях от k1 до k2 раз k np k np 1 Pn k1 , k 2 2 npq npq Здесь n, p, q те же, что и в примере 1 : n=100 , p = q =0,5 , k 1=47 , k2 = 57 . 57 50 47 50 P100 47,57 1,4 0,6 5 5 20 Функция приложение ). вычисляется с помощью таблиц ( см. x x 1 e 2 0 t2 2 dt Функция Ф(x) нечетная: Ф(х) = Ф(х) . При х > 5 считают, что Ф(х) = 0,5. Итак, Р100(47,57) = Ф(1,4) + Ф(0,6). По таблице Ф(1,4) = 0,4192, Ф(0,6) = 0,2257 , поэтому Р100(47,57) = 0,6449. При небольших значениях вероятности p ( меньших 0,1 ) и больших значениях n более точный результат дает другая приближенная формула формула Пуассона k Pn k e , np k! называется параметром распределения Пуассона, а сама формула выражает “закон редких явлений” (т. к. p мало). Пример 3. Первый черновой набор “Методических указаний” на 50 страницах содержит 100 опечаток. Какое из событий вероятнее: на наудачу взятой странице нет опечаток, 1 опечатка, 2 опечатки, 3 опечатки? Вероятность того, что данная опечатка попадет на наудачу взятую страницу равна 1/50 = 0,02 , число испытаний ( опечаток ) n = 100 . Поскольку p мало, воспользуемся формулой Пуассона с параметром = np = 2 . Вероятность того, что опечаток нет 2 0 2 P100 0 e e 2 ( т.к. 0! = 1 ) 0! Другие вероятности 21 2 2 2 2 2 P100 1 e 2 e , P100 2 e 2 e 2 1! 2! 3 2 4 P100 3 e 2 e 2 . 3! 3 Как видим, наибольший коэффициент при е2 у Р100(1) и Р100(2). Ответ: наиболее вероятны 1 или 2 опечатки, их вероятность 2 2 e 0,27 . 21 КОММЕНТАРИИ К ЗАДАЧЕ № 3 §13. СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ДИСКРЕТНОГО ТИПА. Cлучайной величиной называют величину, которая в результате испытания примет одно и только одно возможное числовое значение из заранее известной совокупности значений. Случайной величиной дискретного типа (дискретной случайной величиной) называется величина, которая может принимать либо конечное число возможных значений, либо такое бесконечное число значений, которые могут быть расположены в числовую последовательность Е1, Е2, ... . Для каждого из этих значений указывают его вероятность. Сумма этих вероятностей должна быть равна 1. Если случайная величина принимает только одно значение, то соответствующая ему вероятность равна 1. Пример 1. Пусть Х1 - число “орлов”, выпавших при двух бросках симметричной монеты. Х может принимать значения 0, 1 или 2 с вероятностями, вычисленными по формуле Бернулли: 0 0 2 1 1 1 2 2 0 C2 p q , C2 p q , C2 p q . Т. к. p = q = 0,5 , то эти вероятности равны 0,25; 0,5; 0,25 соответственно. Дискретные случайные величины записывают в виде таблицы. Для данного примера получим: Х1 0 1 2 Р 0,25 0,5 0,25 Верхняя строчка возможные значения Х1, Р их вероятности, сумма которых равна 1. С помощью таблицы можно считать вероятности попадания случайной величины дискретного типа в интервалы. Например, для заданной выше случайной величины Х P0,5 X1 2 PX1 1 PX1 2 0,5 0,25 0,75 . Пример 2. В полном наборе игры в домино 28 костей. Пусть Х2 – сумма очков на случайно выбранной кости. Поскольку наименьшее значение такой суммы равно 0 («пусто-пусто»), 22 следующее – 1 и так до 12 («6-6»), Х является случайной величиной дискретного типа. Зададим ее таблицей. Х2 Р 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 1 2 2 3 3 4 3 3 2 2 1 1 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 Вероятности в этой таблице вычислены по формуле классической вероятности, в числителях дробей количества костей домино с данным числом очков, знаменатели равны общему числу костей. Случайные величины традиционно обозначаются заглавными буквами X, Y, Z, ... , а их возможные значения - прописными: x1, x2, y1, и т. д. §14. ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Если F(x) = P(X < x), то функция F(x) называется функцией распределения (интегральной функцией распределения) случайной величины Х, т.е. функция распределения в точке “х” это вероятность того, что случайная величина Х примет значение, меньшее заданного числа х. Из определения сразу следуют несколько свойств F(x): F( = 0, F(+ ) = 1; F(x) неубывающая функция (т.е. если x1 < x2 , то F(x1) F(x2) ). Функция распределения для случайной величины дискретного типа имеет “ступенчатый” график. Для случайной величины Х1 из §13 F(x) запишется так: 0, x 0 0,25, 0 x 1 Fx 0,75, 1 x 2 1, x 2 23 Y 1 0,75 0,25 0 1 2 X Обратите внимание, что левые концы «ступенек» выколотые, а правые нет. Например, F(1) = P(X1 < 1) = P(X1 =0) = 0,25; F(1,1) = P(X1<1,1) = P(X1 = 0) + P(X1 = 1) = 0,75. «Высоты» «ступенек» равны очередным вероятностям, взятым из таблицы : сначала 0,25, затем еще +0,5, и наконец еще +0,25. Аналогичный график и для другого примера – про домино – только там будет не 2, а 12 «ступенек». Справедлива формула: P(a X < b) = F(b) F(a). §15. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОЖИДАНИЕ СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ДИСКРЕТНОГО ТИПА Математическое ожидание - важнейшая “характеристика положения” случайной величины. Для дискретной величины она вычисляется по формуле М(Х) = x1 · p1 + x2 · p2 + ... + xk · pk (+...) = x k p k , k где x1, x2, ... , xk, ... возможные значения случайной величины (верхняя строка таблицы), p1, p2, ..., pk, ... их вероятности (нижняя строка). 24 Математическое ожидание это число, которое выражает среднее значение случайной величины (иначе, среднее значение по распределению). Для примера из §13 М(Х1) = 0 · 0,25 + 1 · 0,5 + 2 · 0,25 = 1 . Здесь Х1 число “орлов”, выпавших при 2 бросках симметричной монеты. М(Х1) среднее число “орлов”, выпадающих при 2 бросках симметричной монеты, это число равно 1. Для другого примера из §13 М(Х2) = 6. Отметим два простейших свойства математического ожидания: 1. М (С) = С 2. М (С · Х) = С · М(Х) ( С постоянная ). В дальнейшем нам придется вычислять математическое ожидание случайной величины Х2. Если случайная величина Х задается таблицей X x1 x2 ... xk P p1 p2 ... pk то случайная величина Х2 получится после возведения в квадрат возможных значений случайной величины Х, при этом Р(Х = хк)= = Р(Х2 = хк2) = pk : X2 x12 x22 ... xk2 P p1 p2 ... pk Поэтому М(Х2) = x12 · p1 + x22 · p2 + ... + xk2 · pk = х к2 р к . к В частности, для примера из §13 X2 02 12 22 P 0,25 0,5 0,25 и М(Х2) = 02 · 0,25 + 12 · 0,5 + 22 · 0,25 = 1,5 25 §16. ДИСПЕРСИЯ СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ Дисперсия важнейшая «характеристика рассеивания» случайной величины. Рассеивание оценивается относительно среднего значения случайной величины Х математического ожидания М(Х). Из всех возможных значений случайной величины Х вычитают число М(Х). Новая случайная величина Y = XM(X) называется отклонением случайной величины Х, причем ее среднее значение М(Y) = 0. Далее рассматривается случайная величина Y2. Ее возможные значения неотрицательны. Среднее значение квадрата отклонения М(Y2) также неотрицательно. Оно и называется дисперсией. Итак, D(X) = M(Y2)=M((X M(X) )2). Для вычисления дисперсии используют формулу D(X) = M(X2) (M(X))2. Для дисперсии справедливы свойства: D(C) = 0, D(C · X) = C2 · D(X). Вновь вспомним пример из §13 . Для него М(Х1) и М(Х12) уже подсчитаны выше: М(Х1) = 1, М(Х12) = 1,5. Поэтому D(X) = 1,512 = 0,5 . Для второго примера из §13 М(Х2) = 6, М(Х22) = 45, D(X) = 45 62 = 9. §17. БИНОМИАЛЬНЫЙ И ПУАССОНОВСКИЙ ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Биномиальное распределение связано с повторными независимыми испытаниями и формулой Бернулли. Оно задается фиксированным числом испытаний n и вероятностью «успеха» в одном испытании p. Отличительные черты биномиального эксперимента: 1. все n испытаний абсолютно одинаковы; 2. результаты разных испытаний не зависят друг от друга; 3. для каждого испытания возможны только два исхода: «успех» и «неудача»; «успех» - когда интересующее нас событие появилось, и «неудача», - когда не появилось; 26 4. для каждого испытания вероятность появления «успеха» постоянна и равна p. Число «успехов» в n независимых испытаниях будет случайной величиной X, распределенной по биномиальному закону. Вероятность того, что случайная величина X, распределенная по биномиальному закону примет значение k, вычисляется по известной формуле Бернулли: P X k Pn k Cnk p k q n k Ряд распределения X принимает вид: X Pi 0 1 … 2 Cn0 p 0q n Cn1 p1q n 1 Cn2 p 2q n 2 … n-1 n Cnn 1 p n 1q1 Cnn p n q 0 Числовые характеристики биномиального распределения. 1. математическое ожидание равно произведению числа испытаний n на вероятность «успеха» в одном испытании p: М(Х)= np; 2. дисперсия равна произведению числа испытаний n на вероятность «успеха» в одном испытании p и на вероятность «неудачи» q: D(X)= npq. Распределение Пуассона. Приведем примеры, приводящие к случайным величинам, распределенным по закону Пуассона: Автоматическая телефонная станция получает в среднем за минуту а вызовов. Какова вероятность того, что за данную минуту она получит ровно m вызовов? Случайное число вызовов за данную минуту распределено по закону Пуассона. Автодорожная инспекция регистрирует количество аврий за неделю на определенном участке дороги. Какова вероятность того, что в течение данной недели произойдет ровно m дорожных аварий? Случайное число аварий за неделю распределено по закону Пуассона. Аналогичные примеры можно привести не только для временных интервалов (минута, неделя), но и при учете дефектов 27 дорожного покрытия на километр пути или опечаток на страницу текста. Отличительные черты эксперимента, приводящего к распределению Пуассона (на примере временных интервалов): 1. каждый малый интервал времени может рассматриваться как испытание, результатом которого служит либо «успех» поступление телефонного вызова, либо «неудача». Интервалы столь малы, что может быть только один «успех» в одном интервале, вероятность которого мала и неизменна. 2. Число «успехов» в одном большом интервале не зависит от их числа в другом. То есть попадание «успехов» в неперекрывающиеся интервалы – события независимые, и «успехи» беспорядочно разбросаны по временным промежуткам; 3. среднее число «успехов» в большом интервале для разных интервалов постоянно на протяжении всего времени. Число «успехов» на заданном интервале будет случайной величиной, распределенной по закону Пуассона. Случайное число аварий за неделю может принимать значения 0, 1, 2, 3, … (верхнего предела нет). Вероятность того, что случайная величина X, распределенная по закону Пуассона примет значение m, вычисляется по известной формуле Пуассона: am a Pm e , m = 0, 1, 2, … m! Числовые характеристики распределения Пуассона. Математическое ожидание равно дисперсии и равно параметру распределения а: М(Х)= а, D(X)= а. КОММЕНТАРИИ К ЗАДАЧЕ № 4 §18. СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ТИПА. Если возможные значения случайной величины сплошь заполняют некоторый промежуток <a,b> R (быть может, и всю 28 ось) , то табличный способ задания случайной величины непригоден. Такая случайная величина называется случайной величиной непрерывного типа. Ее функция распределения F(x) будет непрерывна. Напомним, что F() = 0 , F(+ ) = 1 , F(x) монотонная неубывающая функция. Производная такой функции F(x) будет функцией неотрицательной. Она называется плотностью распределения вероятностей или дифференциальной функцией распределения вероятностей. Ее обозначение f x Fx . Часто по условию задачи задают именно плотность распределения, зная которую можно вычислить и (интегральную) функцию распределения ( по формуле Ньютона - Лейбница ): x x Ft dt f t dt F(x) = F(x) F( ) = Заметим, что f(x) не обязательно непрерывная функция, она допускает в отдельных точках разрывы 1-го рода. Итак, f(x) неотрицательная кусочно-непрерывная функция, причем, согласно одному из свойств F(x), F(+ ) = f t dt = 1 Последнее равенство, называемое условием нормировки f(x), показывает, что f(x) не любая неотрицательная функция: площадь между графиком плотности распределения и осью абсцисс должна быть равна 1.(Для дискретной случайной величины условием нормировки являлось равенство р к 1). к Для непрерывных случайных величин справедливы равенства F(b) F(a) = P(a X < b) = P(a < X < b) = P(a < X b b) = = P(a X b) = f x dx . a М(Х) и D(X) определяются формулами M(X) = x f x dx , D(X) = 2 x MX f ( x )dx . Вычислительная формула для D(X): D(X) = M(X ) (M(X)) = 2 2 2 x f x dx (M(X))2. 29 §19. НОРМАЛЬНЫЙ ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ Нормальный (гауссовский) закон распределения задается плотностью распределения по формуле f x 1 e 2 x a 2 2 2 , x Числа а R и > 0 называются параметрами нормального закона. Нормальный закон с такими параметрами обозначается N(a,). При а = 0 функция f(x) четная ( f(x) = f(x) ) , ее график симметричен относительно оси OY, и поэтому среднее значение М(Х) = 0. График f(x) для закона N(a,) получается из графика f(x) для N(0,) сдвигом на а единиц вправо ( это известно из курса средней школы ), поэтому в общем случае М(Х) = а для нормального закона. Дисперсия же вычисляется по формуле D(X) =2. Пример. Случайная величина Х распределена по нормальному закону с плотностью вероятности f x Ae x2 2x 2 2 Найти А, М (Х), D(X), P(3<X<3). x 2 2 x 2 , то f x A e 2 x 2x 2 2 2 2 2 x 2 x a Показатель экспоненты приравняем к , откуда 2 2 2 1 1 а = 2 , = 1 . Числовой коэффициент должен быть 2 2 равен А, следовательно, Т. к. 2 2 30 A 1 , M (X) = a = 2, D(X) = 2 = 1. 2 P (3 < X < 3) = F(3) F(3) = 3 = 2 x 2 3 1 1 2 e dx e 2 2 x 2 2 2 1 3 dx e 2 3 x 2 2 2 dx Этот интеграл не вычисляется в элементарных функциях, его численное значение можно найти по таблицам. В большинстве учебников имеются таблицы для вычисления функций x Ф(х) = t2 2 1 e dt или Ф1(х) = 2 0 2 1 x t2 1 e dt = + Ф(х) 2 2 Ф(х) нечетная функция, т.е. Ф(х) = Ф(х). В общем случае x a x a Р(x1 < X < x2) = 2 1 , где а и - параметры нормального закона. Следовательно, для данного примера P(|X| < 3) = Ф1(1) Ф1(5) = Ф(1) Ф(5) = Ф(1) + Ф(5) = = 0,3413 + 0,5 = 0,8413. §20. ДРУГИЕ ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН Кроме нормального закона есть и другие случайные величины, часто встречающиеся в приложениях. Приведем некоторые из них. Для равномерного закона плотность вероятности и функция распределения задаются формулами 0, x a 1 x a , x a , b Fx ,a x b, f x b a , b a 0, x a , b 1, x b 31 b a . ab а числовые характеристики М(Х)= , D(X)= 2 12 2 Для показательного закона плотность вероятности функция распределения задаются формулами 0, x 0 0, x 0 f x F x , , x x e , x 0 1 e , x 0 а числовые характеристики М(Х)= 1/, D(X)= 1/2. Эти формулы можно использовать при решении задач. и 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ № 5 Математическая статиcтика изучает массовые явления и процессы, ставя целью получение выводов по данным наблюдений за ними. В результате появляются утверждения об общих характеристиках таких явлений в предположении постоянства начальных условий явления. Теоретической основой математической статистики является теория вероятностей. Поскольку число наблюдений конечно, их результаты можно записать в таблицу аналогично дискретной случайной величине, только в нижней строке не вероятности, а частоты тех или иных значений, а чаще – диапазонов. При этом при анализе такой таблицы нередко возникает предположение, что данная величина распределена по одному из известных непрерывных законов (см. комментарии к задаче № 4), чаще всего – нормальному (гауссовскому). Типовой пример Получены статистические данные (N=500) зависимости результатов измерения роста студентов (Х) от окружности груди (Y). Измерения проводились с точностью до 1 см. 32 Таблица 1 Статистические данные типового примера N X Y 1 172 88 2 172 91 3 163 89 4 187 99 5 172 90 6 161 85 7 176 88 8 164 84 9 166 82 10 168 82 11 162 82 12 163 89 496 170 86 497 167 93 498 168 94 499 161 89 500 161 88 ………….. N X Y 489 165 85 490 173 89 491 166 84 492 175 98 493 158 83 494 174 86 495 178 90 Требуется: 1 часть. 1) произвести выборку из 200 значений; 2) построить эмпирическую функцию распределения, полигон, гистограмму для случайной величины Х; 3) построить точечные и интервальные оценки для мат. ожидания и дисперсии генеральной совокупности Х; 4) сделать статистическую проверку гипотезы о законе распределения случайной величины Х; часть 2. 1) нанести на координатную плоскость данные выборки (x;y) и по виду корреляционного облака подобрать вид функции регрессии; 2) составить корреляционную таблицу по сгруппированным данным; 3) вычислить коэффициент корреляции; 4) получить уравнение регрессии; Решение. 1) Произведём из генеральной совокупности N=500 выборку n=200 значений. Для этого воспользуемся таблицей случайных чисел (Приложение А). Выберите столбец, номер которого соответствует месяцу Вашего рождения. В этом столбце отсчитайте порядковый номер даты дня рождения. В полученном случайном числе определите номера ещё трёх столбцов. Для данного примера выбрана дата 31 декабря. В 12 столбце определили 31 номер случайного числа. Это число 0436. Значит выбранными будут столбцы №12;4;13;16. (№12 – месяц Вашего 33 рождения, №4 – первая или вторая цифра в случайном числе, которая не использовалась, №13 – третья цифра в случайном числе +10, №16 – четвёртая цифра в случайном числе +10). Если цифры повторяются, то нужно взять со3седние номера. Например, случайное число во втором столбце - 4422. Нужно выбрать номера 2,4,12,13. Для осуществления выборки берутся последние три цифры в случайном числе, которые определяют порядковый номер выборочного значения. Если в выборке встретился номер, которого нет в генеральной совокупности, то необходимо вычислить разность между этим числом и 500. Если полученный номер уже выбрали, то необходимо выбрать следующий за ним номер. Для представленного примера получилась выборка: Таблица 2 Выборочные данные X и Y N X Y 106 162 100 493 166 84 66 172 82 201 169 91 274 176 86 158 167 90 223 167 92 336 168 88 362 167 89 162 169 88 96 167 89 20 69 83 N X Y 288 169 91 251 163 92 257 164 84 152 164 89 279 164 85 478 178 91 86 176 82 439 167 85 368 165 90 203 172 87 271 168 88 395 170 88 N X Y 396 187 86 94 165 87 305 171 94 341 171 91 12 169 79 128 163 80 492 161 88 407 175 95 172 172 89 87 163 91 441 180 98 29 172 90 N X Y 140 174 97 59 164 89 70 169 88 453 157 90 487 178 90 447 176 93 105 161 94 232 176 90 95 165 87 456 161 84 80 182 90 225 176 93 N X Y 147 168 93 101 164 91 373 160 83 51 178 89 343 170 90 355 168 81 195 173 89 463 176 95 260 170 81 183 163 93 326 165 84 282 165 88 N X Y 139 170 86 483 166 84 399 165 85 467 181 92 266 172 88 372 165 91 356 172 98 290 178 90 241 173 90 273 165 87 450 174 96 329 159 81 34 Окончание таблицы 2 N X Y 469 171 92 423 169 92 242 169 87 475 170 91 168 170 88 365 165 94 107 190 105 428 175 91 367 157 82 457 148 87 224 172 99 199 159 83 N X Y 404 162 92 363 167 85 192 167 88 109 160 87 429 175 90 60 163 91 13 164 89 291 180 85 400 164 84 337 169 87 100 169 91 187 170 93 N X Y 88 179 99 292 167 81 283 162 80 52 169 91 45 172 99 358 166 82 252 164 84 62 173 84 130 161 82 286 159 86 361 166 84 184 158 91 N X Y 79 163 88 371 165 87 378 170 91 419 172 94 307 161 84 56 171 97 374 166 87 169 164 97 43 183 90 298 173 90 239 166 89 145 167 85 N X Y 325 162 89 65 156 88 153 167 86 375 168 92 9 170 90 340 171 91 142 174 90 193 179 85 261 161 79 116 170 95 26 172 91 253 166 88 N X Y 61 173 89 202 172 96 440 179 85 21 155 86 200 175 89 221 173 96 332 170 96 275 171 83 287 171 90 108 167 91 468 165 91 103 173 90 N X Y 240 167 89 110 165 94 424 169 82 414 171 89 296 181 89 284 164 86 83 164 91 435 176 87 81 163 88 54 165 93 397 174 86 134 177 87 N X Y 303 180 90 430 170 91 34 168 82 144 175 85 277 171 89 451 170 90 179 168 87 472 160 85 342 169 91 293 164 87 327 171 91 448 164 83 N X Y 154 164 83 438 163 88 297 170 92 219 174 88 196 161 91 204 230 167 173 91 87 258 164 90 262 174 91 213 168 83 89 176 93 357 156 85 N X Y 426 162 90 480 168 93 156 176 88 127 184 98 295 165 94 115 36 176 163 92 89 7 167 88 473 169 89 376 186 92 157 172 91 254 175 90 N X Y 98 170 90 126 173 91 265 160 89 443 171 85 82 169 87 110 165 94 479 168 90 35 432 185 91 Составим ранжированный (по увеличению) ряд для случайной величины Х. Таблица 3 Ранжированный ряд случайной величины Х X Y 148 87 155 86 156 85 156 88 157 82 157 90 158 91 159 81 159 83 159 86 160 83 160 85 X Y 160 87 161 79 161 82 161 84 161 84 161 88 161 91 162 80 162 89 162 90 162 92 162 94 X Y 162 100 163 80 163 88 163 88 163 88 163 89 163 91 163 91 163 92 163 93 164 83 164 83 X Y 164 84 164 84 164 84 164 85 164 86 164 87 164 89 164 89 164 89 164 90 164 90 164 91 X Y 164 91 164 97 165 84 165 85 165 87 165 87 165 87 165 87 165 88 165 90 165 91 165 91 X Y 165 93 165 94 165 94 165 94 165 94 166 82 166 84 166 84 166 84 166 87 166 88 166 89 X Y 166 89 167 81 167 85 167 85 167 85 167 86 167 88 167 88 167 89 167 89 167 89 167 90 X Y 167 91 167 91 167 92 168 168 81 82 168 83 168 87 168 88 168 88 168 90 168 92 168 93 X Y 168 93 169 79 169 83 169 87 169 87 169 87 169 88 169 88 169 89 169 91 169 91 169 91 X Y 169 91 169 91 169 92 169 92 170 81 170 86 170 88 170 88 170 90 170 90 170 90 170 90 X Y 170 91 170 91 170 91 170 92 170 93 170 95 170 96 171 83 171 85 171 89 171 89 171 90 X Y 171 91 171 91 171 91 171 92 171 94 171 97 172 82 172 87 172 88 172 89 172 90 172 91 X Y 172 91 172 94 172 96 172 98 172 99 172 99 173 84 173 87 173 89 173 89 173 90 173 90 X Y 173 90 173 91 173 96 174 86 174 88 174 90 174 91 174 96 174 97 175 85 175 89 175 90 36 Окончание таблицы 3 X Y 175 90 175 91 175 95 176 82 176 86 176 87 176 88 176 90 176 92 176 93 176 93 176 93 X Y 176 95 177 87 178 89 178 90 178 90 178 91 179 85 179 85 179 99 180 85 180 90 180 98 X Y 181 89 181 92 182 90 183 90 184 98 185 91 186 92 187 86 190 105 Cоставим новую таблицу, в которой отразим частоты появления случайных величин X i и относительные частоты p i . Таблица 4 Дискретный вариационный ряд i 1 148 2 155 3 156 4 157 5 158 6 159 7 160 8 161 9 162 10 163 11 164 12 165 1 1 2 2 1 3 3 6 6 9 15 15 pi 1 200 1 200 2 200 2 200 1 200 3 200 3 200 6 200 6 200 9 200 15 200 15 200 i 13 166 14 167 15 168 16 169 17 170 18 171 19 172 20 173 21 174 22 175 23 176 24 177 8 14 10 15 15 11 12 9 6 6 10 1 pi 8 200 14 200 10 200 15 200 15 200 11 200 12 200 9 200 6 200 6 200 10 200 1 200 i 25 178 26 179 27 180 28 181 29 182 30 183 31 184 32 185 33 186 34 187 35 190 4 3 3 2 1 1 1 1 1 1 1 4 200 3 200 3 200 2 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 Xi ni Xi ni Xi ni pi В данном примере случайные величины сплошь заполняют промежуток (148;190). Число возможных значений велико. Их нельзя представить в виде случайных величин, принимающих отдельные, изолированные значения, тем самым отделить одно возможное значение от другого промежутком, не содержащим возможных значений случайной величины. Поэтому для построения вариационного ряда будем использовать 37 интервальный ряд распределения. Весь возможный интервал варьирования разобьём на конечное число интервалов и подсчитаем частоту попадания значений величины в каждый интервал. Минимальное и максимальное значения случайной величины: x min 148, x max 190 Тогда интервал варьирования R («размах») будет равен R= x max x min 42. Длину интервала рассчитывают по формуле: x x min (6) h max 1 3,2 lg n При этом значение признака, находящегося на границе интервалов относят к правой границе интервала. На практике считают, что правильно составленный ряд распределения содержит от 6 до 15 частичных интервалов. Часто интервальный вариационный ряд заменяют дискретным вариационным рядом, выбирая средние значения интервала (таблица №7). 190 148 2,285 , округлим до 3, Для данного примера h 1 3,28 * ln 200 т.е. размер интервала h=3, а число интервалов будет равно 14. Соответствующий интервальный вариационный ряд приведён в таблице №5. Таблица 5 Интервальный вариационный ряд Индекс интервала i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Число покупателей (интервалы) Частота 148-151 151-154 154-157 157-160 160-163 163-166 166-169 169-172 172-175 175-178 1 0 5 7 21 38 39 38 21 15 ni Относительная частота pi* xi X xi 1 38 ni n 1/200 0 5/200 7/200 21/200 38/200 39/200 38/200 21/200 15/200 Окончание таблицы 5 Индекс интервала i Число покупателей (интервалы) Частота 178-181 181-184 184-187 187-190 8 3 3 1 Относительная частота ni pi* xi X xi 1 11 12 13 14 ni n 8/200 3/200 3/200 1/200 200 200 =1 2) После составления вариационного ряда необходимо построить функцию распределения выборки или эмпирическую n функцию F*(x)= x , то есть функцию найденную опытным n путём. Здесь n x – относительная частота события Х< х, n - общее число значений. Эмпирическое распределение можно изобразить в виде полигона, гистограммы или ступенчатой кривой. Построим выборочную функцию распределения. Очевидно, что для x (,148] функция F * ( x) 0, так как n x 0 . На концах интервалов значения функции F * ( x) рассчитаем в виде «нарастающей относительной частоты» (Таблица 6). Таблица 6 Расчёт эмпирической функции распределения Индекс интервала i 1 2 3 4 5 6 F * ( x) 1/200 1/200 1/200+5/200=6/200 6/200+7/200=13/200 13/200+21/200=34/200 34/200+38/200=72/200 39 Окончание таблицы 6 F * ( x) Индекс интервала i 7 8 9 10 11 12 13 14 72/200+39/200=111/200 111/200+38/200=149/200 149/200+21/200=170/200 170/200+15/200=185/200 185/200+8/200=193/200 193/200+3/200=196/200 196/200+3/200=199/200 199/200+1/200=200/200 Табличные значения не полностью определяют выборочную функцию распределения непрерывной случайной величины, поэтому при графическом изображении её доопределяют, соединив точ ки графика, соответствующие концам интервала, отрезками прямой (рис.1). Полученные данные, представленные в виде вариационного ряда, изобразим графически в виде ломаной линии (полигона), связывающей на плоскости точки с координатами ( X i ; pi* ) , где * pi X i - среднее значение интервала xi X xi 1 , а относительная частота.(таблица 7 и рис.2). На этом же рисунке отобразим пунктирной линией выравнивающие (теоретические) частоты. Таблица 7 Дискретный вариационный ряд Номер интервал а i Среднее значение интервала Относительная частота Xi p i* 1 2 3 149,5 152,5 155,5 0,005 0 0,025 40 Выборочная оценка плотности вероятности ni hn 0,002 0 0,008 Окончание таблицы 7 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 158,5 161,5 164,5 167,5 170,5 173,5 176,5 179,5 182,5 185,5 188,5 0,035 0,105 0,19 0,195 0,19 0,105 0,075 0,04 0,015 0,015 0,005 0,012 0,035 0,063 0,065 0,063 0,035 0,025 0,013 0,005 0,005 0,002 F*(x) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 148 154 160 166 172 178 184 190 x Рис.1 41 P* 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 149,5 155,5 161,5 167,5 173,5 179,5 185,5 X Рис.2 На основании полученных выборочных данных необходимо сделать предположение, что изучаемая величина распределена по некоторому определённому закону. Для того чтобы проверить, согласуется ли это предположение с данными наблюдений, вычисляют частоты полученных в наблюдениях значений, т.е. находят теоретически сколько раз величина Х должна была принять каждое из наблюдавшихся значений, если она распределена по предполагаемому закону. Для этого находят выравнивающие (теоретические) частоты по формуле: ni npi , (7) где n – число испытаний, p i - вероятность наблюдаемого значения x i , вычисленная при допущении, что Х имеет предполагаемое распределение. Эмпирические (полученные из таблицы) и выравнивающие частоты сравнивают, и при небольшом расхождении данных делают заключение о выбранном законе распределения. Предположим, что случайная величина Х распределена нормально (см. комментарии к задаче № 4). В этом случае выравнивающие частоты находят по формуле: nh ni (ui ), (8) B 42 где n-число испытаний, h-длина частичного интервала, B -выборочное среднее квадратичное отклонение, x xB ui i ( x i - середина i – го частичного интервала) B u2 2 1 e – функция Лапласа (9) 2 Результаты вычислений отобразим в таблице №8. Сравнение графиков (рис.2) наглядно показывает близость выравнивающих частот к наблюдавшимся и подтверждает правильность допущения о том, что обследуемый признак распределён нормально. (u ) Таблица 8 Расчёт выравнивающих частот xi xi x B 149,5 152,5 155,5 158,5 161,5 164,5 167,5 170,5 173,5 176,5 179,5 182,5 185,5 188,5 -19,5 -16,5 -13,5 -10,5 -7,05 -4,05 -1,05 1,95 4,95 7,95 10,95 13,95 16,95 19,95 ui x i x B (u i ) nh ni (ui ) n i B B -3 -2,53 -2,06 -1,59 -1,11 -0,64 -0,17 0,31 0,78 1,25 1,73 2,2 2,67 3,15 0,004 0,02 0,048 0,11 0,22 0,33 0,396 0,38 0,3 0,18 0,09 0,04 0,011 0,003 0,42 1,55 4,54 10,68 20,37 31,0 37,48 36,0 28,0 17,34 8,44 3,37 1,06 0,26 ni 200 1 2 5 11 20 31 37 36 28 17 8 3 1 0 pi * 0,05 0,01 0,025 0,055 0,1 0,155 0,185 0,18 0,14 0,085 0,04 0,015 0,005 0 Интервальный вариационный ряд графически изобразим в виде гистограммы (рис.3). На оси Х отложим интервалы длиной 43 ni ,расчёт которых представлен в hn таблице №7. Площадь под гистограммой равна сумме всех относительных частот, т.е. единице. Графическое изображение вариационных рядов в виде полигона и гистограммы позволяет получать первоначальное представление о закономерностях, имеющих место в совокупности наблюдений. h=3, а на оси Y значения n/hn 0,07 187-190 184-187 181-184 178-181 175-178 172-175 169-172 166-169 163-166 160-163 157-160 154-157 151-154 148-151 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 X Рис.3 3) Найдём числовые характеристики вариационного ряда, используя таблицу №4. Выборочная средняя ( xB ): x x 2 .... xk xB 1 n k n x или x B i i , (10) i 1 n где n1 , n2 , n3 - частоты, а n1 n2 ... nk n -объём выборки. Выборочная средняя является оценкой математического ожидания (среднего значения теоретического закона распределения). 44 В некоторых случаях xB удобнее рассчитать с помощью условных вариант. В нашем случае варианты xi - большие числа, поэтому используем разность: u i xi C , (11) где С – произвольно выбранное число (ложный нуль). В этом случае k nu (12) xB C i i . i 1 n Для изменения значения варианты можно ввести также условные варианты путём использования масштабного множителя: u i C0 x i , (13) где C 0 10 b (b выбирается положительным или отрицательным числом). 1 (21* 1 18 * 0 ... 18 *1) 170,5 1,95 168,55 . x B 170,5 200 Здесь С – середина 8-го интервала. Выборочная дисперсия ( d B ): ni ( x i x B ) 2 dB (14) n i 1 d B также может быть рассчитана с помощью условных вариант: k d B d BU k nu ni u i2 ( i i ) 2 i 1 n i 1 n k 1 (1*441+0*324+…+1*324)- 1,95²=40,21 200 Среднеквадратическое отклонение: B = d B (15) dB= (16) B = 40,21 =6,34 Найдем несмещённую оценку дисперсии и среднеквадратического отклонения («исправленную» выборочную дисперсию и среднеквадратическое отклонение) по формулам: n n S2 dB и S (17) B n 1 n 1 45 200 200 6,34=6,36 40,21=40,41 и S= 199 199 Доверительный интервал для оценки математического ожидания с надёжностью 0,95 определяют по формуле: P( x B -t B a x B t B ) 2 Ф(t)= (18) n n Из соотношения Ф(z)= /2 вычисляют значение функции Лапласа: Ф(z)=0,475. По таблице значений функции Лапласа ( Приложение А) находят z=1,96. Таким образом, 6,34 6,34 168,55-1,96 , a 168,5 1,96 200 200 167,67<a<169,43. Доверительный интервал для оценки среднего квадратичного отклонения случайной величины находят по формуле: S S x , (19) 1 q 1 q где S – несмещённое значение выборочного среднего квадратичного отклонения; q – параметр, который находится по таблице (Приложение В) на основе известного объёма выборки n и заданной надёжности оценки . На основании данных значений =0,95 и n=200 по таблице (Приложение В) можно найти значение q=0,099. Таким образом, 6,34 6,34 x , 1 0,099 1 0,099 5,79< x 7,06 B ( x) 100% V= (20) xB 4) Проведём статистическую проверку гипотезы о нормальном распределении. Нормальный закон распределения имеет два параметра (r=2): математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение. По выборочным данным (таблицы 5 S 2= 46 и 7) полученные оценки параметров нормального распределения, вычисленные выше: n d B 40,41, S=6,36. x B 168,55, d B 40,21, S 2 n 1 Для расчёта теоретических частот piт используют табличные значения функции Лапласа Ф(z). Алгоритм вычисления piт состоит в следующем: - по нормированным значениям случайной величины Z находят значения Ф(z), а затем FN ( xi ) : X xB zi i , FN ( xi ) =0,5+Ф( z i ). S Например, 149,5 168,55 3,0 ; Ф(-3,0)=-0,4987; X 1 149,5 ; z1 6,36 FN (149,5) 0,0013; далее вычисляют вероятности т pi =P( z i X z i 1 ) FN ( x i 1 ) FN ( x i ) ; - находят числа niт piт n , и если некоторое n iт <5, то соответствующие группы объединяются с соседними. Результаты вычисления piт , n iт , и 2r приведены в таблице 9. По формуле ni2 2 r = т n (21) ni можно сделать проверку расчетов. 62 72 15 2 15 2 2 r ... 200 15,61 11,38 15,4 14 8 По таблице (приложения Г) можно найти число 2кр по схеме: для уровня значимости α=0,05 и числа степеней свободы l=k-r1=9-2-1=6 2кр =12,6. Следовательно, критическая область (12,6; ). Величина 2r =15,61 входит в критическую область, поэтому гипотеза о том, что случайная величина Х подчинена нормальному закону распределения, отвергается. 47 При α=0,1 2кр =10,6. Критическая область - (10,6; ). Величина 2r =15,61 также входит в критическую область и гипотеза о нормальном законе распределения величины Х отвергается. При α=0,01 2кр =16,8, (16,8; ). В этом случае нет оснований отвергать гипотезу о нормальном законе распределения. Таблица 9 2 Определение r i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 xi xi 1 ni 149,5 149,5 152,5 152,5 155,5 155,5 158,5 158,5 161,5 161,5 164,5 164,5 167,5 167,5 170,5 170,5 173,5 173,5 176,5 176,5 179,5 179,5 182,5 182,5 185,5 185,5 188,5 188,5 Ф( z i ) FN ( xi ) FN ( xi 1 ) p iт niт (ni niт ) 2 FN ( xi 1 ) piт n niт FN ( xi ) 0 -0,500 0,000 0,0013 0,0013 0,26 - 1 -0,449 0,0013 0,0059 0,0046 0,92 - 0 -0,494 0,0059 0,02 0,014 2,8 - 5 -0,48 0,02 0,057 0,037 7,4 2,54 7 -0,44 0,057 0,134 0,077 15,4 4,58 21 -0,37 0,134 0,26 0,126 25,2 0,7 38 -0,24 0,26 0,433 0,1725 34,5 0,36 39 -0,07 0,433 0,62 0,188 37,6 0,06 38 0,12 0,62 0,78 0,16 32 1,125 21 0,28 0,78 0,89 0,11 22 0,045 15 0,39 0,89 0,96 0,07 14 0,071 8 0,46 0,96 0,99 0,03 6 6,125 3 0,49 0,99 0,996 0,006 1,2 - 3 0,496 0,996 0,999 0,003 0,6 - 1 0,5 0,999 1,0 0,001 0,2 - 200 1 ,0000 48 15,61 2 часть 1) Данные таблицы 3 сгруппируем в корреляционную таблицу 10. 2) Строим в системе координат множество, состоящее из 200 экспериментальных точек (рисунок 4). По расположению точек делаем заключение о том, что экономико-математическую модель можно искать в виде y kx b . 3) Найдём выборочные уравнения линейной регрессии. Для упрощения расчётов разобьём случайные величины на интервалы и выберем средние значения. Для величины Х указанные действия были выполнены в 1 части задания. Таблица 10 Корреляционная таблица Y/X 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 105 n xi 1 1 148 1 1 155 1 1 2 156 1 1 2 157 1 1 158 1 1 1 3 160 1 1 1 3 1 1 2 1 1 6 161 162 1 3 1 2 1 1 9 1 1 1 1 1 1 6 163 164 2 3 1 1 1 3 2 2 1 15 3 166 8 1 165 1 1 2 1 1 4 1 2 1 4 15 169 1 1 168 1 3 2 1 5 2 15 1 1 1 1 2 1 1 2 10 167 3 1 2 3 1 2 1 14 1 1 2 4 3 1 1 1 1 15 49 159 170 Окончание таблицы 10 1 1 2 1 3 1 1 1 11 171 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 12 172 1 1 2 3 1 1 9 173 1 1 1 1 1 1 6 174 1 1 2 1 1 6 175 1 1 1 1 1 1 3 1 10 176 1 1 177 4 1 2 1 178 1 1 1 3 2 1 3 179 180 1 1 2 181 1 1 1 1 182 183 1 1 184 1 1 185 1 1 1 186 1 1 1 190 2 2 4 6 7 1 10 72 1 17 18 29 24 18 81 7 3 4 3 3 3 1 1 n yi 2 0 0 187 Y 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 148 157 160 163 166 169 172 175 178 181 184 187 X Рис.4 50 Для случайной величины Y, используя (1), получим h=2, число интервалов равно 13. Результаты внесём в таблицу со сгруппированными данными №11. Находим средние значения y , x 2 , y 2 , x y , по формулам: 1 xi , n 1 y yi , n 1 x 2 x 2i , n 1 x y xi y i . n x (22) (23) (24) (25) 1 (80 * 8 82 * 13 ... 100 * 1 104 * 1) 88.53 200 1 x2 (149.5 2 *1 ... 185.5 2 * 3 188.5 2 *1) 28449.31 200 1 y2 (80 2 * 8 82 2 * 13 ... 104 2 * 1) 7856.02 200 y 14 13 nij xi y j 149,5*86+155,5(82+…+90)+…+188,5*104=2986101 i 1 j 1 Используя формулы: xB x 2 (x ) 2 , (26) yB y 2 ( y) 2 , (27) получим xB = 28449,31 168,552 6,34 , yB = 7856,02 88,532 4,297 51 Таблица 11 n xi 1 1 6 4 3 1 3 3 3 5 10 9 6 3 9 7 7 6 1 4 1 1 2 1 1 6 14 3 3 3 3 10 11 12 13 14 188,5 167,51 70,517 170,5 3,5 3 1 2 9 185,5 164,5 1 2 1 2 1 1 1 1 1 8 182,5 7 179,5 6 176,5 5 173,5 4 161,5 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 3 158,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 155,5 XY 1 152,5 № 149,5 Сгруппированные данные выборки ny j 8 13 22 24 37 52 19 10 7 6 1 1 2 1 4 9 1 3 3 3 2 4 4 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 5 7 21 38 39 38 21 15 8 3 3 1 1 1 200 4) Вычисляем выборочный коэффициент корреляции rB по формуле: k1 k 2 nij xi y j x ny rB i 1 j 1 n xB yB . (28) 2986101 200 168,5 88,53 0,32 200 6,34 4,3 Принято считать, что если 0,1< rB <0,3 – связь слабая, если 0,3< rB <0,5 – связь умеренная, если 0,5< rB <0,7 – связь заметная, если 0,7< rB <0,9 – связь высокая, если 0,9< rB <0,99 – связь весьма высокая. Для данного примера связь между X и Y умеренная. Затем получают выборочное уравнение линейной регрессии Y на X в виде: rB = 52 yx y yB (29) rB ( x x ) xB и выборочное уравнение линейной регрессии X на Y : (30) x y x xB rB ( y y ) . yB 6,34 0,32 x y 168,55 ( y 88,53) и 4,3 x y 0,47 y 126,78 4,3 0,32 y x 88,53 ( x 168,55) или 6,34 y x 0,22 x 51,95 Вычисления сумм рекомендуем проводить с помощью пакетов прикладных математических программ (сегодня их существует много). 5. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ № 1-№ 4 Вариант 1. 1. Фирма имеет три источника поставки комплектующих – фирмы А, В и С. На долю фирмы А приходится 50% общего объема поставок, В – 30% и С – 20%. Из практики известно, что 10% поставляемых фирмой А деталей бракованные, фирмой В – 5% и фирмой С – 6%. 1) Какова вероятность, что взятая наугад деталь была получена от фирмы А? 2) Какова вероятность, что взятая наугад и оказавшаяся бракованной деталь получена от фирмы А? 2. Накануне выборов 40% населения поддерживают «Партию квадратов», 40% - «Партию Кругов» и 20% еще не определились во мнении. Какова вероятность того, что, по крайней мере, половина из шести наудачу выбранных избирателей оказывают доверие «Партии квадратов»? 53 3. Имеется 8 изделий, из которых 3 дефектных. Для контроля взято наудачу 3 изделия. Случайная величина Х – число дефектных изделий в выборке. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Фирма «Клубок ниток» производит вязальные спицы. Наиболее популярны размеры Номер 10 Номер 11 Номер 12 Диаметр (мм) 3.25 3.00 2.75 Точность (мм) ± 0.125 ± 0.125 ± 0.125 «Клубок» производит нарезку игл из проволоки и их дальнейшую обработку. В результате чего средний диаметр заготовок становится 3.10 мм, а его среднее квадратическое отклонение 0.10 мм. Допустим, значение диаметра подчиняется закону нормального распределения. Требуется определить долю заготовок, пригодных для производства спиц №11, учитывая, что дальнейшая обработка не изменяет диаметр заготовок. Вариант 2. 1. В центральную бухгалтерию корпорации поступили пачки накладных для проверки и обработки. 90% пачек были признаны удовлетворительными: они содержали только 1% неправильно оформленных накладных. Остальные 10% пачек накладных были признаны неудовлетворительными, так как содержали 5% неправильно оформленных накладных. Взятая наугад из пачки накладная оказалась оформленной неправильно. Учитывая это, какова вероятность того, что вся пачка накладных будет признана не соответствующей стандартам? 2. На курсах повышения квалификации бухгалтеров учат определять правильность накладной. В качестве проверки преподаватель предлагает слушателям проверить 10 накладных, 4 54 из которых содержат ошибки. Он берет наудачу из этих десяти три накладные и просит проверить. Какова вероятность того, что одна из них окажется ошибочной, а две других – нет? Что все три окажутся правильными? 3. Вероятность досрочно сдать экзамен на «5» для каждого из четырех сдающих студентов равна 0,6. Случайная величина Х – число студентов ( из этих четырех ), сдавших этот экзамен на «5». 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e 2x , найти А, М(Х), D(X), P( X 0.5 ). 2 Вариант 3. 1. Нефтяная компания, изучив данные геологоразведки, оценивает вероятность обнаружения нефти в некотором районе как 0,3. Из предыдущего опыта подобных работ известно, что если нефть действительно должна быть обнаружена, первые пробные бурения дают положительные образцы с вероятностью 0,4. Если оказалось, что первые бурения дали отрицательный результат, какова вероятность того, что нефть, тем не менее, будет обнаружена в данном районе? 2. Число дефектов в изделии может быть любым – 1, 2, 3, 4 и т.д. По оценке компании вероятность отсутствия дефекта составляет 0,9, а вероятность наличия одного дефекта – 0,05. Какова вероятность, что в изделии не больше, чем один дефект? 3. В программе экзамена 45 вопросов, из которых студент знает 30. В билете 3 вопроса. Случайная величина Х – число вопросов билета, которые знает студент. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 55 4. Ошибка измерения высоты полета гидрометеорологического спутника относительно наземной станции подчинена нормальному закону с математическим ожиданием, равным нулю и средним квадратическим отклонением, равным 1 км. Ошибка принимает отрицательное значение, если измеряемая высота слишком мала и положительное значение, если измеряемая высота слишком велика. Найти вероятность того, что а) ошибка будет больше чем +0.75 км; б) значение ошибки будет заключено в пределах между + 0.10 км и + 0.60 км; в) ошибка будет меньше чем – 1.25 км. Число дефектов в изделии может быть любым – 1, 2, 3, 4 и т.д. По оценке компании вероятность отсутствия дефекта составляет 0,9, а вероятность наличия одного дефекта – 0,05. Какова вероятность, что в изделии не больше, чем один дефект? Вариант 4. 1. Среди студентов некоторой группы 2/5 юноши и 3/5 девушки. Половина студентов – юношей данной группы моложе 21 года, среди студенток – девушек моложе 21 года – 2/3. Чему равна вероятность того, что 1) случайно выбранный учащийся старше 21 года и 2) случайно выбранный учащийся, возраст которого меньше 21 года, - это девушка. 2. Экзамен на водительские права по правилам дорожного движения содержит 20 вопросов с тремя вариантами ответов в каждом. Для сдачи экзамена необходимо ответить правильно как минимум на 19 вопросов. Если будущий водитель выбирает ответы, полагаясь исключительно на удачу, то какова для него вероятность сдать экзамен? 3. Бросают две игральные кости. Случайная величина Х – модуль разности числа выпавших очков. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 56 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x 12 2 , найти А, М(Х), D(X), P( X 1 1.5 ). Вариант 5. 1. Отдел закупок женского платья большого столичного торгового комплекса приобретает 20% своего товара у фабрики А, 30% у фабрики Б и оставшиеся 50% у разных мелких поставщиков. К концу сезона распродается 80% продукции фабрики А, 75% продукции фабрики Б и 90% продукции мелких поставщиков. Какова вероятность, что платье, оставшееся непроданным в конце сезона, было произведено на фабрике А? 2. Известно что 85% деревьев, высаживаемых фирмой «Флора-дизайн» приживается. Фирма получила заказ на озеленение внутреннего двора нового дома, в котором должна посадить 10 молодых берез. Какова вероятность того, что в течение гарантийного срока фирме придется заменить а) три засохших саженца? б) не более двух? в) ни одного? 3. Зеленщик покупает персики большими партиями. Учитывая скоропортящийся характер товара, он допускает, что 15% фруктов будут подпорчены. Для проверки качества зеленщик выбирает 5 персиков. Случайная величина Х – число подпорченных фруктов среди выбранных. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность того, что зеленщик купит данную партию персиков, если для этого среди выбранных 5 персиков должно быть не более двух подпорченных. 4. Средний срок службы аккумуляторной батареи мобильного телефона нового поколения - 1000 часов, его среднее квадратическое отклонение 100 часов. Действует нормальный закон распределения. Найти вероятность того, что 57 аккумуляторная батарея случайно выбранного мобильного телефона выйдет из строя а) через 1050 часов работы; б) через 750 часов; в) не ранее, чем через 850 часов, но не позднее, чем через 1150 часов. Вариант 6. 1. Розничная сеть имеет три магазина. На долю главного магазина приходится 50% продаж, тогда как на долю двух пригородных магазинов – 30% и 20%. Процент магазинных краж для этих магазинов составляет 1%, 0,8% и 0,75% соответственно. Какова вероятность, что украденная вещь находилась в продаже в главном магазине сети? 2. Лист экзаменационного тестирования содержит 10 вопросов. На каждый вопрос предлагается 5 ответов, среди которых только один верный. Если студент выбирает ответы случайным образом, какова вероятность того, что правильными будут а) ровно половина ответов? б) не менее восьми ответов? в) не более одного? 3. Производятся независимые испытания трех приборов. Вероятности отказа для них 0,2, 0,3, 0,1 соответственно. Случайная величина Х – число отказавших приборов. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x 2 2 18 , найти А, М(Х), D(X), P(0<X<5). Вариант 7. 1. На курсах повышения квалификации бухгалтеров учат определять правильность накладной. В качестве проверки преподаватель предлагает слушателям проверить 10 накладных, 4 из которых содержат ошибки. Он берет наугад накладную и просит проверить. При условии того, что обучающийся 58 идентифицирует неправильную накладную с вероятностью 0.8, а правильную накладную признает ошибочной с вероятностью 0,05, чему равна вероятность того, что выбранная накладная – ошибочная. 2. Исследование ископаемых частиц пыльцы растений, найденных в разных слоях донных осадков большого озера, обычно дает информацию о типичной растительности, окружавшей озеро в то время, когда формировался данный слой. Доля частиц пыльцы хвойных деревьев в донных осадках составляет 0.6. Если на анализ поступили 10 частиц пыльцы, какова вероятность того, что а) ровно пять, б) не более двух из них окажутся принадлежащими хвойным деревьям? 3. Обрыв произошел равновероятно на одном из 5 звеньев телефонной линии. Монтер обследует их последовательно до обнаружения обрыва. Случайная величина Х – число обследованных звеньев. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Пилорама «Стружкин и компания» производит и продает сухие доски. Наиболее популярные размеры дюймовой осиновой шлифованной доски Номер 4 Номер 5 Номер 6 Длина (м) 3.25 3.00 2.75 Точность (м) ± 0.125 ± 0.125 ± 0.125 На пилораме сушат сырые доски, после чего шлифуют их. Средний размер поступающих сырых досок (заготовок) 3м 10см, его среднее квадратическое отклонение 10см. Допустим, длина заготовок подчиняется закону нормального распределения. Требуется определить долю заготовок, пригодных для производства досок №5, учитывая, что сушка и шлифовка не изменяют длины заготовок, и дальнейшая обработка не включает распил досок по длине. 59 Вариант 8. 1. В школе обучается одинаковое количество мальчиков и девочек. У восьмидесяти процентов девочек и у тридцати процентов мальчиков длинные волосы. Какова вероятность того, что случайно выбранный ученик с длинными волосами мальчик? 2. Вероятность того, что пенициллин вылечит бактериальную инфекцию определенного типа, равна 75%. В течение небольшой эпидемии терапевт назначил антибиотик 8 больным. Какова вероятность того, что по крайней мере 6 из них вылечатся? 3. Банк предполагает разместить свободные средства. Менеджер отдела инвестиций должен выбрать один из трех инвестиционных проектов: А, В или С. Финансовоаналитический отдел подготовил экспертную информацию по этим проектам. Специалисты оценили возможные размеры доходов и соответствующие им вероятности. Считая доход по проекту А случайной величиной Х, по проекту В случайной величиной У и по проекту С Z, выбрать один из трех проектов, обосновать выбор с точки зрения ожидаемого дохода и рискованности инвестиции. Для выбранного проекта 1) Построить график функции распределения y = F(x) соответствующей случайной величины. 2) Найти вероятность того, что инвестиция окажется убыточной или не принесет никакого дохода. Х р -500 0.1 -200 0.25 100 0.3 400 0.25 700 0.1 У р -100 0.1 0 0.25 100 0.3 200 0.25 300 0.1 Z р -500 -200 0.01 0.025 100 0.93 400 0.025 700 0.01 60 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x2 5 , найти А, М(Х), D(X), P( X M ( X ) 2 ). Вариант 9. 1. Предприниматель производит одинаковые детали на двух производственных линиях. Две пятых продукции сходит со старой линии, при этом 10% выпуска признается браком. Остальные три пятых продукции производятся на новейшей линии, для которой процент брака равен лишь 4%. Какова вероятность того, что оказавшаяся бракованной деталь была выпущена на старой производственной линии? 2. Известно, что 60% щенков собак определенной породы имеют черные глаза. Цвет глаз одного щенка не зависит от цвета глаз другого. Какова вероятность того, что в помете из девяти щенков по крайней мере одна треть будет иметь черные глаза? 3. Студенты Артемов и Белов стоят в очереди в раздевалку. Всего в очереди 6 человек. Случайная величина Х – число студентов, стоящих между ними. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x 5 2 18 , найти А, М(Х), D(X), P(-10<X<3). Вариант 10. 1. Фирма собирается выпускать новый товар на рынок. Подсчитано, что вероятность хорошего сбыта продукции равна 0.6; плохого - 0.4. Компания собирается провести маркетинговое исследование, вероятность правильности которого 0.8. Как изменятся первоначальные вероятности уровня реализации, если это исследование предскажет плохой сбыт? 61 2. Испорченный консервный аппарат неправильно запечатывает банку крышкой в одном случае из шести. Если инспектор выберет случайным образом 2 банки вышедшие из этого испорченного аппарата для проверки, какова вероятность, что поломка останется незамеченной? Если выбраны для проверки 4 банки, какова вероятность того, что по крайней мере 2 из них будут иметь плохие крышки? 3. Частный предприниматель сдает в наем 4 автомобиля. Средний спрос в будний день составляет 2 автомобиля. В году 312 будних дней. Определить вид распределения случайной величины Х – числа автомобилей, востребованных в течение буднего дня. Найти математическое ожидание и дисперсию Х. Построить график функции распределения y=F(x) для значений х≤5. Найти число будних дней, в течение которых спрос превысит предложение (дробное число округлить в большую сторону). 4. На автозаправочной станции показания автомата округляются до ближайшего целого числа литров бензина. Считая ошибку округления распределенной равномерно, найти математическое ожидание и дисперсию ошибки показания автомата. Найти вероятность того, что очередной клиент недополучит от 0,1 л до 0,3 л бензина. Вариант 11. 1. Согласно оценке эксперта участок земли близ населенного пункта N окажется нефтеносным с вероятностью 0.2 и пустым с вероятностью 0.8. Потенциальный инвестор решил заказать дополнительное исследование. Нефтедобывающая компания, организующая это специфическое исследование, оценивает в 90% надежность подтверждения нефти в том случае, когда нефть есть, и в 70% надежность отрицания наличия нефти если нефти нет. Найти вероятности нефтеносности участка 1) в случае подтверждающего нефть результата исследования; 2) в случае отрицающего нефть результата исследования. 2. Совет директоров компании состоит из трех бухгалтеров, трех менеджеров и двух инженеров. Планируется 62 создать подкомитет из его членов. Какова вероятность того, что все трое в этом подкомитете будут бухгалтеры? 3. Известно что 20 % собранных шампиньонов контроль отправляет на переработку в консервное производство. На конвейер поступили пять грибов. Случайная величина Х – количество шампиньонов (из этих пяти штук), отправленных в переработку. Определить тип распределения случайной величины. а) Составить таблицу распределения Х. б) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). в) Построить график функции распределения y = F(x) г) Найти вероятность P(X>3). 4. Известно, что до реорганизации телефонной сети большого города средний срок оплаты квитанций за междугородние, международные разговоры составлял 45 дней со средним квадратическим отклонением 10 дней. Найти вероятность того, что квитанция, оформленная 1 апреля, будет оплачена а) между 13 мая и 18 мая; б) не позднее 25 мая. Вариант 12. 1. Большая корпорация проводит набор стажеров менеджеров, 30% которых имеют университетское образование. 45% набранных стажеров в конце концов получают позицию менеджера в корпорации. Однако процент работников, достигших уровня менеджера, среди стажеров с университетским образованием равен 70%. Какова вероятность того, что менеджер, получивший свою позицию через корпоративную стажировку, имеет университетское образование? 2. В отделе внешних связей фирмы имеется восемь заказов на отправку товара: пять – внутри страны, а три – на экспорт. Какова вероятность того, что два выбранных наугад заказа окажутся предназначенными для потребления внутри страны? 3. Экспериментальная лаборатория института растениеводства получила семена редкого вида пшеницы. Всхожесть семян составляет 80 %. Случайная величина Х – число взошедших семян среди пяти посаженных. Определить тип распределения случайной величины. 63 а) Составить таблицу распределения Х. б) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). в) Построить график функции распределения y = F(x) г) Найти вероятность P(X<3). 4. Упаковочный аппарат расфасовывает стиральный порошок в пакеты, средний вес которых 930 гр., а среднеквадратическое отклонение – 20 гр. Какая доля пакетов будет иметь вес до 900 гр.? Если требуется, чтобы не более чем 2.5% пакетов содержали меньше, чем 900 гр., то как должна быть переналажена машина, чтобы соответствовать этому требованию? Вариант 13. 1. Вероятность того, что после прохождения собеседования претендент на должность в некоторой фирме все еще хочет поступить на работу, равна 0.8, тогда как вероятность того, что фирма желает нанять претендента, равна 0.4. Среди претендентов, которых фирма желает нанять на работу, 90% лиц сохраняет намерение работать после прохождения собеседования. Какова вероятность того, что претендент, который все еще хочет поступить на работу, будет нанят фирмой? 2. Небольшая британская компания выпускает гайки и болты, размеры которых задаются в стандартной британской и в метрической системах мер. Однажды коробка с пятнадцатью 20мм болтами опрокинулась в ящик с тридцатью дюймовыми болтами, а коробка с пятнадцатью 20-мм гайками – в ящик с тридцатью дюймовыми гайками. Какова вероятность, что взятые наудачу болт и гайка подойдут друг к другу? 3. Система выборочного контроля качества подвергает усиленной проверке 20 % автомобилей, сошедших с заводского конвейера. С конвейера сошли пять автомобилей. Случайная величина Х – число автомобилей, прошедших усиленный контроль. Определить тип распределения случайной величины. а) Составить таблицу распределения Х. б) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 64 в) Построить график функции распределения y = F(x) г) Найти вероятность P(X<2). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x 12 2 , найти А, М(Х), D(X), P(-3<X<0). Вариант 14. 1. Предприниматель покупает некоторую комплектующую деталь у двух поставщиков: А и В. За определенный период времени фирма использует 20000 таких деталей, причем 6000 из них приходит от поставщика А. Процент брака для продукции поставщика А равен 3%, В 1.5%. Найти вероятность того, что данная бракованная деталь была куплена у поставщика А. 2. Банковский менеджер знает по собственному опыту, что в среднем 10% клиентов, оформивших в банке заем, задерживают выплаты по графику возврата денег. Вчера менеджер подписал документы на 7 займов. Какова вероятность того, что а) ни один из 7 заемщиков не будет задерживать свои выплаты? б) один из них будет задерживать выплаты? в) как минимум двое из них будут нарушать график выплат? 3. Случайная величина Х – сумма цифр выбранного наудачу двузначного числа ( от 10 до 49 ). а) Составить таблицу распределения Х. б) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). в) Построить график функции распределения y = F(x) г) Найти вероятность P(4,5<X<10). 4. Срок работы электрических компонент подчиняется нормальному распределению со средней продолжительностью работы 80 ч. и среднеквадратическим отклонением – 30 ч. а) Допустим, производитель решил заменить все компоненты, которые вышли из строя до гарантийного срока работы, составляющего 45 ч. Какую долю общего выпуска составит эта часть продукции? б) Допустим, производитель решил заменить только 10% общего выпуска, т.е. компоненты с самым коротким сроком работы. 65 Какой гарантийный срок работы он должен назначить, чтобы выполнить это условие? Вариант 15. 1. Среди мужского населения небольшого города Наукограда в возрасте от 30 до35 лет, 25% жителей имеют университетский диплом, зарплата у 15% жителей-мужчин указанной возрастной категории выше средней, и 65% не имеют университетского диплома и их зарплата ниже средней. Какова вероятность того, что мужчина, случайно выбранный из этой возрастной группы, имеет зарплату выше средней, если а) у него университетское образование; б) нет университетского образования? 2. На прямом участке оживленного городского проспекта установлены четыре светофора, работающих независимо друг от друга. Вероятность проехать светофор без остановки в часы пик равна для каждого из них 0,3. С какой вероятностью курьер доставки товаров проследует три светофора без остановок. 3. Имеется 5 заготовок для одной и той же детали. Вероятность изготовления годной детали из каждой заготовки равна 0,8. Случайная величина Х – число заготовок, оставшихся после изготовления первой годной детали. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x 2 , найти А, М(Х), D(X), P(1.5<X<3). 2 Вариант 16. 1. За последний период времени 500 автомобилей было возвращено на автомобильный завод из-за наличия дефектов, причем 100 из них были выпущены в понедельник, 100 во вторник, 100 в среду, 100 в четверг и 100 в пятницу. Оказалось, что 40 автомобилей нуждаются в устранении серьезных 66 неполадок, возникших в течение гарантийного периода. Среди автомобилей, выпущенных в пятницу, 15 имеют серьезные неполадки. Являются ли события А=«автомобиль был выпущен в пятницу» и В=«автомобиль имеет серьезные неполадки» независимыми? Сравнить вероятности Р(В) и Р(В/А). 2. Известно, что 40% пациентов, у которых выявлено некоторое заболевание «альфа», должны сделать операцию. В палате находятся четверо больных, которым недавно поставлен диагноз «альфа». Какова вероятность того, что операцию сделает только один из них (все равно кто именно)? 3. Банк предполагает разместить свободные средства. Менеджер отдела инвестиций должен выбрать один из трех инвестиционных проектов: А, В или С. Финансовоаналитический отдел подготовил экспертную информацию по этим проектам. Специалисты оценили возможные размеры доходов и соответствующие им вероятности. Считая доход по проекту А случайной величиной Х, по проекту В случайной величиной У и по проекту С Z, выбрать один из трех проектов, обосновать выбор с точки зрения ожидаемого дохода и рискованности инвестиции. Для выбранного проекта 1) Построить график функции распределения y = F(x) соответствующей случайной величины. 2)Найти вероятность того, что инвестиция окажется убыточной или не принесет никакого дохода. Х р -500 0.1 -200 0.2 200 0.4 600 0.2 900 0.1 У р -100 0.1 100 0.2 200 0.4 300 0.2 500 0.1 Z р -500 -200 0.015 0.035 200 0.9 600 900 0.035 0.015 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e x 3 2 8 , найти А, М(Х), D(X), P(-2<X<3). 67 Вариант 17. 1. Подброшены две игральные кости. Событие А сумма выпавших очков равна 9, событие В разность выпавших очков равна 1. Зависимы ли события А и В? Объяснить почему (подтвердить вычислениями). 2. Магазин получает товар партиями по 100 штук. Если пять взятых наудачу образцов соответствует стандартам, партия товара поступает на реализацию. В очередной партии восемь единиц товара с дефектом. Какова вероятность того, что товар поступит на реализацию? 3. Вероятность, что покупателю потребуется обувь 42 размера, равна 0,3. В магазине 3 покупателя. Случайная величина Х – число покупателей, находящихся в магазине, которым требуется обувь 42 размера. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Автоматический токарный станок настроен на выпуск деталей со средним диаметром 2.00 см и со средним квадратическим отклонением 0.005 см. Действует нормальный закон распределения. Компания технического сервиса рекомендует остановить станок для технического обслуживания и корректировки в случае, если образцы деталей, которые он производит, имеют средний диаметр более 2.01 см, либо менее 1.99 см. 1) Найти вероятность остановки станка, если он настроен по инструкции на 2.00 см. 2) Если станок начнет производить детали, которые в среднем имеют слишком большой диаметр, а именно, 2.02 см, какова вероятность того, что станок будет продолжать работать? Вариант 18. 1. Из трех бухгалтеров, восьми менеджеров и шести аналитиков необходимо с помощью случайного выбора сформировать комитет, состоящий из десяти человек. Какова 68 вероятность того, что в комитете окажутся: один бухгалтер, пять менеджеров и четверо аналитиков? 2. В среднем 25% взрослого населения некоторого большого города смотрит популярное телевизионное шоу. Какова вероятность того, что среди восьми случайно выбранных взрослых людей шоу смотрит трое или больше? 3. Курс междуреченского доллара меняется еженедельно. Сегодня он равен 87 рублям. Через неделю он может увеличиться на 2 рубля с вероятностью 0,2, уменьшиться на 2 рубля с вероятностью 0,3 либо остаться неизменным. Случайная величина Х – курс междоллара через две недели. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(84,5<X<88). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e3x , найти А, М(Х), D(X), P( X 0.5 ). 2 Вариант 19. 1. Три мяча выбирают случайным образом из коробки, содержащей 5 белых, 6 красных и 4 желтых мяча. Найти вероятность того, что а) все три мяча красные; б) все три мяча разные по цвету; в) все три мяча одинаковые по цвету. 2. Двух- или четырехмоторный аэроплан может оставаться в воздухе до тех пор, пока функционирует половина его двигателей. Чему равна вероятность падения каждого из типов аэропланов, если вероятность любой поломки двигателя составляет 0,001? 3. Банк предполагает разместить свободные средства. Менеджер отдела инвестиций должен выбрать один из трех инвестиционных проектов: А, В или С. Финансовоаналитический отдел подготовил экспертную информацию по этим проектам. Специалисты оценили возможные размеры 69 доходов и соответствующие им вероятности. Считая доход по проекту А случайной величиной Х, по проекту В случайной величиной У и по проекту С Z, выбрать один из трех проектов, обосновать выбор с точки зрения ожидаемого дохода и рискованности инвестиции. Для выбранного проекта 1) Построить график функции распределения y = F(x) соответствующей случайной величины. 2) Найти вероятность того, что инвестиция окажется убыточной или не принесет никакого дохода. Х р -800 0.1 -300 0.25 100 0.3 500 0.25 1000 0.1 У р -300 0.1 0 0.25 100 0.3 200 0.25 500 0.1 Z р -800 -300 0.01 0.025 100 0.93 500 1000 0.025 0.01 4. Рыночный торговец так настроил свои электронные весы, что показания стоимости покупки округляются до ближайшего целого числа рублей. Считая ошибку округления распределенной равномерно, найти математическое ожидание и дисперсию ошибки показания весов. Найти вероятность того, что торговец в результате округления недополучит от 20 до 35 копеек от очередного клиента. Вариант 20. 1. В подразделение отряда космонавтов входят 12 человек, из них 7 уже были в космосе, а 5 еще нет. Для участия в проекте отбирают 4 кандидатов. Какова вероятность того, что по крайней мере у двоих из отобранных кандидатов уже есть космический опыт? 2. Консервный цех складирует продукцию в штабели по 500 штук. В некотором штабеле оказалось 150 нестандартных банок. Инспектор выбирает наудачу последовательно две банки. Какова 70 вероятность того, что а) обе банки нестандартные; б) обе банки качественные? 3. На дне глубокого сосуда лежат спокойно 6 шаров – 2 белых и 4 черных. Случайная величина Х – число извлеченных без возвращения шаров до первого белого. 1) Составить таблицу распределения Х. 2) Найти математическое ожидание M(X) и дисперсию D(Х). 3) Построить график функции распределения y = F(x) 4) Найти вероятность P(0,5<X<3). 4. Считая, что Х – нормально распределенная случайная величина, которая задается функцией плотности распределения f x A e2 x 4 , найти А, М(Х), D(X), P( X 4 0.5 ). 2 6. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ № 5 Студенты, имеющие варианты с 1 по 10, выполняют задание № 1, имеющие варианты с 11 по 20 – задание № 2. Задание №1 Отдел маркетинга крупной швейной фабрики провёл анкетирование 500 человек (женщин) по вопросу роста (Х) см и веса (Y) кг. В результате была выявлена следующая зависимость (таблица 12). Таблица 12 Зависимость роста и веса N X Y 1 168 73 2 169 68 3 156 56 4 171 75 5 175 66 6 159 60 7 167 60 8 169 68 9 170 68 10 156 54 11 168 62 12 169 56 N X Y 13 164 66 14 171 66 15 174 64 16 176 81 17 170 61 18 173 69 19 171 62 20 196 60 21 155 61 22 174 66 23 176 75 24 176 60 25 172 70 N X Y 26 172 67 27 163 59 28 187 84 29 172 70 30 161 60 31 176 70 32 164 60 33 166 63 34 168 55 35 162 55 36 163 65 37 172 65 38 175 64 71 Продолжение таблицы 12 N X Y 39 156 54 40 164 70 41 167 63 42 177 67 43 183 73 44 163 63 45 172 69 46 172 60 47 172 63 48 173 67 49 163 66 50 166 57 51 178 69 N X Y 52 169 75 53 171 60 54 165 63 55 175 80 56 171 67 57 186 71 58 165 64 59 164 60 60 163 67 61 173 69 62 173 66 63 177 72 64 173 75 N X Y 65 156 53 66 172 59 67 160 62 68 176 71 69 171 66 70 169 75 71 163 63 72 163 72 73 172 74 74 178 73 75 166 57 76 164 59 77 171 69 N X Y 78 163 63 79 163 58 80 182 76 81 163 58 82 169 67 83 164 70 84 164 62 85 170 67 86 176 65 87 163 57 88 179 80 89 176 67 90 182 66 N X Y 91 169 73 92 159 68 93 169 62 94 165 61 95 165 62 96 167 64 97 173 69 98 170 61 99 170 61 100 169 68 101 164 59 102 177 68 103 173 64 N X Y 104 166 63 105 161 66 106 162 66 107 190 80 108 167 59 109 160 62 110 165 76 111 156 59 112 157 60 113 174 69 114 168 58 115 176 72 116 170 65 N X Y 117 173 69 118 168 61 119 164 57 120 164 56 121 172 63 122 173 64 123 173 78 124 165 60 125 167 59 126 173 72 127 184 68 128 163 58 129 179 69 N X Y 130 161 66 131 162 55 132 158 57 133 171 57 134 177 60 135 164 53 136 166 62 137 171 62 138 174 73 139 170 61 140 174 73 141 169 62 142 174 70 N X Y 143 169 71 144 175 67 145 167 63 146 172 64 147 168 63 148 163 65 149 168 67 150 161 56 151 173 66 152 164 62 153 167 68 154 164 63 155 173 70 N X Y 156 176 65 157 172 67 158 167 70 159 173 77 160 161 51 161 171 76 162 169 62 163 161 52 164 170 61 165 174 68 166 168 63 167 164 64 168 170 66 N X Y 169 164 60 170 162 60 171 166 62 172 172 67 173 169 64 174 169 57 175 163 65 176 178 80 177 166 55 178 168 59 179 168 64 180 180 69 181 163 60 72 Продолжение таблицы 12 N X Y 182 165 62 183 163 64 184 158 61 185 171 69 186 175 74 187 170 69 188 165 69 189 184 72 190 169 67 191 167 61 192 167 65 193 179 69 194 165 59 N X Y 195 173 69 196 161 60 197 166 67 198 164 59 199 159 55 200 175 67 201 169 68 202 172 73 203 172 64 204 167 64 205 160 59 206 156 52 207 161 61 N X Y 208 174 79 209 167 61 210 174 66 211 167 56 212 168 50 213 168 58 214 167 59 215 167 68 216 171 72 217 168 66 218 162 64 219 174 67 220 173 68 N X Y 221 173 71 222 165 68 223 167 62 224 172 66 225 176 72 226 174 74 227 171 70 228 169 62 229 161 56 230 173 69 231 170 74 232 176 70 233 171 65 N X Y 234 166 51 235 167 66 236 156 58 237 167 55 238 166 62 239 167 60 240 173 63 241 169 74 242 176 62 243 168 65 244 163 68 245 169 55 246 164 61 N X Y 247 164 60 248 170 63 249 172 72 250 166 57 251 163 65 252 164 56 253 166 62 254 175 64 255 162 60 256 164 61 257 164 65 258 164 66 259 167 64 N X Y 260 170 58 261 161 57 262 174 74 263 165 69 264 171 60 265 166 67 266 172 64 267 170 61 268 180 73 269 164 61 270 184 84 271 168 68 272 172 68 N X Y 273 165 63 274 176 70 275 171 67 276 169 70 277 171 63 278 170 60 279 164 57 280 167 65 281 164 62 282 165 60 283 162 53 284 164 61 285 178 80 N X Y 286 159 55 287 171 65 288 169 63 289 169 70 290 178 75 291 180 65 292 167 57 293 164 60 294 170 61 295 165 60 296 181 68 297 170 75 298 173 66 N X Y 299 182 75 300 166 67 301 163 58 302 165 57 303 180 75 304 162 54 305 171 73 306 171 72 307 161 59 308 167 59 309 167 61 310 169 64 311 178 72 73 Продолжение таблицы 12 N X Y 312 164 65 313 171 70 314 168 54 315 177 78 316 161 55 317 172 73 318 154 52 319 170 65 320 167 55 321 162 52 322 168 64 323 168 62 324 173 63 N X Y 325 162 65 326 165 57 327 171 64 328 161 62 329 159 54 330 163 63 331 163 61 332 170 76 333 173 65 334 173 69 335 170 66 336 168 67 337 169 64 N X Y 338 175 59 339 161 52 340 171 64 341 171 66 342 169 66 343 170 70 344 171 63 345 166 78 346 171 67 347 169 69 348 177 70 349 158 56 350 167 71 N X Y 351 166 63 352 176 65 353 163 63 354 161 51 355 168 60 356 172 78 357 156 54 358 166 61 359 165 72 360 165 56 361 166 55 362 167 63 363 167 63 N X Y 364 171 60 365 165 61 366 160 50 367 157 53 368 165 66 369 166 60 370 157 56 371 165 59 372 165 63 373 160 61 374 166 62 375 168 70 376 186 72 N X Y 377 171 65 378 170 73 379 170 65 380 167 65 381 169 61 382 168 64 383 162 56 384 178 66 385 176 78 386 161 56 387 171 70 388 159 57 389 168 70 N X Y 390 167 67 391 178 62 392 169 62 393 163 68 394 169 66 395 170 68 396 187 63 397 174 66 398 162 57 399 165 63 400 164 60 401 173 77 402 162 58 N X Y 403 179 63 404 162 65 405 166 63 406 176 70 407 175 77 408 155 51 409 161 64 410 188 75 411 165 61 412 165 67 413 164 59 414 171 64 415 169 59 N X Y 416 171 62 417 163 64 418 171 65 419 172 67 420 165 60 421 170 63 422 173 66 423 169 67 424 169 58 425 167 64 426 162 58 427 170 63 428 175 75 N X Y 429 175 69 430 170 65 431 168 55 432 185 82 433 166 58 434 161 63 435 176 67 436 179 71 437 167 63 438 163 54 439 167 57 440 179 78 441 180 76 74 Окончание таблицы 12 N X Y 442 166 57 443 171 59 444 163 60 445 180 84 446 179 77 447 176 77 448 164 60 449 168 63 450 174 75 451 170 65 452 162 61 453 157 60 454 157 59 N X Y 455 177 72 456 161 55 457 148 48 458 168 66 459 176 70 460 166 71 461 169 62 462 168 67 463 176 70 464 167 75 465 159 48 466 164 53 467 181 77 N X Y 468 165 61 469 171 66 470 159 61 471 174 70 472 160 57 473 169 65 474 167 63 475 170 65 476 161 58 477 174 74 478 178 71 479 168 71 480 168 67 N X Y 481 165 55 482 173 65 483 166 55 484 175 78 485 158 57 486 174 65 487 178 60 488 170 62 489 167 61 490 168 70 491 161 66 492 161 60 493 166 64 N X Y 494 169 66 495 164 68 496 181 69 497 165 68 498 171 65 499 169 61 500 168 65 Выполните задание 1-й и 2-й частей для приведённого примера и дайте интерпретацию полученных результатов. Задание № 2. Получены статистические данные зависимости результатов измерения роста студентов (Х) от окружности груди (Y). Измерения проводились с точностью до 1 см. В результате была выявлена следующая зависимость (таблица 13). Таблица 13 Зависимость роста и окружности груди N X Y 1 168 90 2 169 91 3 156 81 4 171 89 5 175 96 6 159 90 7 167 88 8 169 97 9 170 90 10 156 84 11 168 85 12 169 79 N X Y 13 164 89 14 171 86 15 174 89 16 176 94 17 170 85 18 173 95 19 171 89 20 169 83 21 155 86 22 174 90 23 176 89 24 160 88 75 Продолжение таблицы 13 N X Y 25 172 88 26 172 91 27 163 89 28 187 99 29 172 90 30 161 85 31 176 88 32 164 84 33 166 82 34 168 82 35 162 82 36 163 89 N X Y 37 172 90 38 175 88 39 156 82 40 164 92 41 167 89 42 177 93 43 183 90 44 163 91 45 172 99 46 172 85 47 172 89 48 173 96 N X Y 49 163 86 50 166 86 51 178 89 52 169 91 53 171 80 54 165 93 55 175 95 56 171 97 57 186 92 58 165 93 59 164 89 60 163 91 N X Y 61 173 89 62 173 84 63 177 92 64 173 90 65 156 88 66 172 82 67 160 87 68 176 87 69 171 83 70 169 88 71 163 88 72 163 94 N X Y 73 172 99 74 178 103 75 166 85 76 164 87 77 171 90 78 163 93 79 163 88 80 182 90 81 163 88 82 169 87 83 164 91 84 164 85 N X Y 85 170 96 86 176 82 87 163 91 88 179 99 89 176 93 90 182 95 91 169 96 92 159 91 93 169 92 94 166 87 95 165 87 96 167 89 N X Y 97 173 96 98 170 90 99 170 88 100 169 91 101 164 91 102 177 95 103 173 90 104 166 99 105 161 94 106 162 100 107 190 105 108 167 91 N X Y 109 160 87 110 165 94 111 156 89 112 157 91 113 174 91 114 168 86 115 176 92 116 170 95 117 173 93 118 168 93 119 164 92 120 164 88 N X Y 121 172 91 122 173 86 123 173 101 124 165 93 125 167 82 126 173 91 127 184 98 128 163 80 129 179 92 130 161 82 131 162 82 132 158 85 N X Y 133 171 87 134 177 87 135 164 84 136 166 84 137 171 86 138 174 93 139 170 86 140 174 97 141 169 83 142 174 90 143 169 85 144 175 85 N X Y 145 167 85 146 172 94 147 168 93 148 163 96 149 168 92 150 161 81 151 173 91 152 164 89 153 167 86 154 164 83 155 173 97 156 176 88 76 Продолжение таблицы 13 N X Y 157 172 91 158 167 90 159 173 93 160 161 78 161 171 95 162 169 88 163 161 87 164 170 89 165 174 91 166 168 83 167 164 90 168 170 88 N X Y 169 164 97 170 162 84 171 166 89 172 172 89 173 169 88 174 169 84 175 163 88 176 178 98 177 166 90 178 168 90 179 168 87 180 180 90 N X Y 181 163 86 182 165 87 183 163 93 184 158 91 185 171 94 186 175 97 187 170 93 188 165 89 189 184 93 190 169 89 191 167 84 192 167 88 N X Y 193 179 85 194 165 84 195 173 89 196 161 91 197 166 91 198 164 87 199 159 83 200 175 89 201 169 91 202 172 96 203 172 87 204 167 91 N X Y 205 160 81 206 156 85 207 161 92 208 174 92 209 167 85 210 174 86 211 167 86 212 168 85 213 168 83 214 167 84 215 167 90 216 171 100 N X Y 217 168 92 218 162 91 219 174 88 220 173 92 221 173 96 222 165 93 223 167 92 224 172 99 225 176 93 226 174 98 227 171 92 228 169 91 N X Y 229 161 82 230 173 87 231 170 98 232 176 90 233 171 87 234 166 78 235 171 88 236 167 78 237 156 85 238 167 88 239 166 89 240 167 89 N X Y 241 173 90 242 169 87 243 176 88 244 168 91 245 163 82 246 169 87 247 164 88 248 170 85 249 172 90 250 166 87 251 163 92 252 164 84 N X Y 253 166 88 254 175 90 255 162 85 256 164 84 257 164 84 258 164 90 259 167 83 260 170 81 261 161 79 262 174 91 263 165 88 264 171 82 N X Y 265 166 89 266 172 88 267 170 90 268 180 90 269 164 88 270 184 101 271 168 88 272 172 91 273 165 87 274 176 86 275 171 83 276 169 96 N X Y 277 171 89 278 170 87 279 164 85 280 167 86 281 164 87 282 165 88 283 162 80 284 164 86 285 178 92 286 159 86 287 171 90 288 169 90 77 Продолжение таблицы 13 N X Y 289 169 87 290 178 90 291 180 85 292 167 81 293 164 87 294 170 86 295 165 94 296 181 89 297 170 92 298 173 90 299 182 88 300 166 90 N X Y 301 163 87 302 165 87 303 180 90 304 162 81 305 171 94 306 171 92 307 161 84 308 167 83 309 167 85 310 169 92 311 178 92 312 164 92 N X Y 313 171 94 314 168 81 315 177 99 316 161 80 317 172 94 318 154 84 319 170 92 320 167 83 321 162 87 322 168 90 323 168 92 324 173 90 N Х Y 325 162 89 326 165 84 327 171 91 328 161 85 329 159 81 330 163 88 331 163 93 332 170 96 333 173 95 334 173 90 335 170 92 336 168 88 N X Y 337 169 87 338 175 88 339 161 81 340 171 91 341 171 91 342 169 91 343 170 90 344 171 88 345 166 94 346 171 90 347 169 89 348 177 94 N X Y 349 158 85 350 167 95 351 166 96 352 176 87 353 163 84 354 161 83 355 168 81 356 172 98 357 156 85 358 166 82 359 165 93 360 165 91 N X Y 361 166 84 362 167 89 363 167 85 364 171 84 365 165 94 366 160 85 367 157 82 368 165 90 369 166 88 370 157 88 371 165 87 372 165 91 N X Y 373 160 83 374 166 87 375 168 92 376 186 92 377 171 85 378 170 91 379 170 90 380 167 90 381 169 90 382 168 84 383 162 85 384 178 87 N X Y 385 176 96 386 161 87 387 171 90 388 159 80 389 168 97 390 167 91 391 178 91 392 169 90 393 163 86 394 169 90 395 170 88 396 187 86 N X Y 397 174 86 398 162 85 399 165 85 400 164 84 401 173 95 402 162 82 403 179 88 404 162 92 405 166 88 406 176 95 407 175 95 408 155 85 N X Y 409 161 83 410 168 98 411 165 86 412 165 94 413 164 94 414 171 89 415 169 82 416 171 90 417 163 88 418 171 90 419 172 94 420 165 89 78 Окончание таблицы 13 N X Y 421 170 93 422 173 85 423 169 92 424 169 82 425 167 85 426 162 90 427 170 84 428 175 91 429 175 90 430 170 91 431 168 90 432 185 91 N X Y 433 166 85 434 161 90 435 176 87 436 179 84 437 167 87 438 163 88 439 167 85 440 179 85 441 180 98 442 166 86 443 171 85 444 163 89 N X Y 445 180 92 446 179 92 447 176 93 448 164 83 449 168 89 450 174 96 451 170 90 452 162 86 453 157 90 454 157 82 455 177 93 456 161 84 N X Y 457 148 87 458 168 86 459 176 91 460 166 94 461 169 87 462 168 91 463 176 95 464 167 104 465 159 84 466 164 82 467 181 92 468 165 91 N X Y 469 171 92 470 159 91 471 174 88 472 160 85 473 169 89 474 167 83 475 170 91 476 161 85 477 174 87 478 178 91 479 168 90 480 168 93 N X Y 481 165 85 482 173 89 483 166 84 484 175 98 485 158 83 486 174 86 487 178 90 488 170 86 489 167 93 490 168 94 491 161 89 492 161 88 N X Y 493 166 84 494 169 85 495 164 89 496 181 90 497 165 90 498 171 90 499 169 81 500 168 80 Выполните задание 1-й и 2-й частей для приведённого примера и дайте интерпретацию полученных результатов. 7. ВЫБОР ВАРИАНТА. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Студент должен выполнить задания № 1- № 4 контрольной работы по варианту, номер которого равен остатку от деления номера зачётной книжки на 20. Так, например, если номер зачётной книжки 1477, то остаток от деления этого числа на 20 равен 17 и, значит, следует решать 17-й вариант; если номер зачётной книжки 1846, то остаток равен 6, и следует решать 6-й 79 вариант. Если остаток равен нулю, то нужно решать 20-й вариант. Выбирать данные для задачи № 5 нужно так, как это указано в методических указаниях к этой задаче, т. е. основываясь на дате своего рождения и таблице случайных чисел. Перед решением должно быть выписано условие. Выполнение каждого пункта должно сопровождаться необходимыми пояснениями. Контрольную работу желательно набрать на компьютере. Пример оформления титульного листа контрольной работы приведен в Приложении 6. При обработке данных в задаче № 5 допускается использование либо программируемого калькулятора, либо стандартных пакетов компьютерных программ, позволяющих обрабатывать статистические данные. 8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Высшая школа,1998. 2. Колемаев В.А. Теория вероятностей и математическая статистика. ИНФРА-М,1997. 3. Ивашев-Мусатов О.С. Теория вероятностей и математическая статистика. Наука, 1979. 4. Раковщик Л.С., Худобина Э.А. Элементы дискретного анализа. ЛИЭИ, 1988. 5. Горелова Г.В. Теория вероятностей и математическая статистика в примерах и задачах с применением Excel.Ростов-на-Дону : Феникс, 2002. 80 Приложение 1 Таблица случайных чисел 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1534 6128 6047 0806 9915 2882 9213 8410 9974 3402 8188 3825 0801 5603 0714 4617 6789 6705 3840 7662 7639 3237 3917 9138 8358 1030 6606 4533 4258 5224 6872 8638 9958 0265 8987 5552 9383 9903 6530 8679 5765 7198 2385 0732 1642 4514 8744 3156 7887 2550 5080 3371 5323 8832 1796 2105 7649 6316 5991 4554 9885 9860 2354 5238 6380 3645 4899 8001 0807 1175 6958 6005 6163 5277 1189 1740 4765 8098 9573 7016 8255 1112 3410 2966 7596 5113 3328 0047 3077 0220 9274 8039 4307 5872 2836 4102 8644 5705 4525 4341 4388 3899 2103 8226 1492 1124 6338 6352 0378 7627 7306 8621 0774 2965 4391 4246 1721 6005 6286 1745 1564 4922 0992 8949 7962 7198 5822 2996 7878 9627 7394 0332 7589 8310 1639 6716 2678 8660 3795 7212 8038 7873 2551 9343 7355 5695 3463 9760 3683 4326 0782 2139 7483 5899 6467 8266 0372 1856 1790 9241 3273 2950 7329 5469 6423 9242 2975 6668 9365 0106 7928 1867 0956 4224 0699 9404 9362 9592 9109 6928 2060 3512 0291 1399 5836 2600 0687 9087 5574 0330 9297 1448 5752 1178 6691 1253 3825 3364 8823 9155 3309 0231 8864 8151 7028 4433 9297 0551 7122 7936 1914 7977 5040 2018 7822 1361 1542 7267 7437 0950 7601 3584 0487 6298 9903 0182 6014 6277 9843 5585 2371 9065 4532 7632 7222 3912 9255 0864 6249 2918 8374 0120 5654 2473 8070 9938 5564 2435 8034 9842 5336 1993 7285 8682 3652 9660 4168 4635 8519 3275 6353 5204 7273 0005 0841 7219 6576 6345 3956 6837 2417 8114 1351 9545 0110 0460 8004 0150 4301 7859 8224 2792 7590 6427 3500 7514 7172 1173 8214 6988 6187 4500 0613 3209 0968 2569 6687 1994 7161 0854 1739 8477 9727 4146 0387 7103 2941 6547 6564 1633 0392 1476 3516 5144 4985 1665 3805 0024 8939 9163 9307 7979 3786 5330 1212 0029 0376 0846 0028 5574 7067 8754 9205 6988 0670 8813 9978 2721 5598 7161 5959 0539 9446 1221 4402 7526 9127 7734 1877 0080 0866 2756 4267 3913 0207 1659 6764 4057 2009 9129 3914 4856 0446 9172 9520 9972 9008 5107 6741 2384 0504 9569 8042 4384 7055 4511 1202 9325 2913 0402 0227 0820 0611 8026 1489 9421 0241 2364 4205 4174 0678 2124 6913 3445 0119 5327 7467 4916 6073 9316 3028 5587 5369 0747 0092 1742 4153 5596 4461 9107 7887 9154 1257 2542 1354 6033 4919 6346 8650 0159 9203 4106 3191 7712 2454 1258 2427 4264 5067 3131 6751 4216 3816 3834 2555 8257 9219 3714 0016 6393 1111 2436 8629 7947 8648 8984 7206 1563 0300 1659 3881 5203 3860 8084 6104 6147 6437 5197 0643 0994 4461 9257 3588 5611 3679 5841 0345 5387 9157 9846 81 3729 8858 3522 0522 6043 0221 5397 8410 6197 6790 2783 6051 2157 1290 3470 8958 4112 5643 6509 8873 5702 5204 7585 0103 4779 7185 8726 5641 4726 5282 Продолжение приложения 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 5489 3522 7555 5759 6303 7351 7068 3613 5143 9815 5780 1187 4184 2916 5524 0146 4920 7978 7453 1473 8162 5645 2042 5470 4045 5880 9083 1762 2023 7965 7690 9292 0867 0505 6295 6323 8672 1422 2653 0438 2851 7962 3837 8542 0139 6687 6242 6859 5583 0935 7579 3584 6895 5634 7803 1428 4534 5144 1277 0951 2179 2972 1341 5291 2826 1947 0653 6938 8797 4219 1192 7702 1730 1257 4260 8713 2589 3855 0436 0480 1656 2127 9795 2615 8536 5507 1472 4376 2157 2753 4098 4126 0765 1943 5582 9606 7106 8993 8566 5201 8274 7158 1223 9836 2362 8162 6596 7020 8788 1251 3757 5652 6279 4978 1086 3939 2868 7203 6271 9395 5896 5094 6305 8841 2012 5128 7492 8407 7172 3086 5441 3529 6640 4059 5070 8953 4987 2447 0605 8732 6094 1956 5580 6225 0835 5665 2487 9074 3196 2623 5119 8447 0368 8638 1013 5245 9083 0285 6565 5694 5402 3425 7497 5348 4707 3301 8851 9080 1704 4439 4998 1090 0424 0703 9629 4903 4220 5276 5761 3365 5773 0670 5735 8649 7085 8718 1217 2251 9484 0579 3197 4993 1988 7020 9477 7001 7231 7803 6350 0503 7890 6137 2867 5700 2254 0144 6981 0377 7937 7267 5969 1641 1880 4279 6432 5925 0345 7276 4298 8989 8924 1678 4819 5916 2533 2233 2575 1117 5412 3013 1469 8327 1129 7418 4732 0607 2577 8171 4919 0345 7545 2358 6751 9562 9630 5786 6861 1683 9079 7871 6878 4919 0807 3556 1374 3668 9043 6298 4239 1645 7325 0065 8653 1873 8509 7340 7142 6692 4760 0116 1526 7753 7559 9702 2939 6021 7699 6721 1832 1773 5286 1106 7968 4603 9740 2106 0424 3414 0938 7379 2349 3224 7380 2191 5026 3254 4240 5345 3930 7352 2965 8122 0171 6460 4332 1130 4191 0852 8446 4305 5757 0127 4738 6912 3965 3213 1969 7543 7241 8368 8227 4118 3336 3176 0930 3886 9331 4549 6821 3125 1637 8730 1976 8641 5991 1289 7460 7124 1012 6368 0438 0464 3684 7336 8652 4865 3203 0891 5154 3213 2284 9585 2327 7722 2976 5296 1883 9937 6656 9233 4862 0731 4028 1935 1636 0308 5128 3270 1004 8199 9322 2434 4697 3268 5303 7955 8373 3706 1097 7690 0623 7034 4058 8825 0869 7878 8250 9102 7547 0696 5657 9536 9435 2456 5696 6249 1209 7666 2707 3415 6875 0164 0361 4538 9768 3120 1660 2452 2556 9033 8936 9321 7237 9732 3853 6641 5138 6380 7403 5240 6919 9469 9914 5275 2572 8822 1040 6235 1418 3595 9769 6941 4420 5544 2633 2672 2644 9529 0304 1944 1422 5708 1769 6568 7069 0230 3008 2358 5230 8573 9334 4456 0881 5547 5389 7341 8333 5294 5148 4820 1227 1289 1921 0033 2537 6340 8345 5455 4569 2584 6394 2890 8962 1494 7372 3477 6685 3875 1918 7685 82 6590 3482 1932 0478 3147 5601 3623 6738 1973 7323 9796 8283 1795 4767 8465 0106 2110 2372 8045 9862 Приложение 2 t2 1 z 2 Нормированная функция Лапласа Ф( z ) e dt 2 0 z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,0 00000 00399 00789 01197 01595 01994 02392 02790 03188 03586 0,1 03983 04380 04776 05172 05567 05962 06356 06749 07142 07535 0,2 07926 08317 08706 09095 09483 09871 10257 10642 11026 11409 0,3 11791 12172 12552 12930 13307 13683 14058 14431 14803 15173 0,4 15542 15910 16276 16640 17003 17364 17724 18082 18439 18793 0,5 19146 19497 19847 20194 20540 20884 21226 21566 21904 22240 0,6 22575 22907 23237 23565 23891 24215 24537 24857 25175 25490 0,7 25804 26115 26424 26730 27035 27337 27637 27935 28230 28524 0,8 28814 29103 29389 29673 29955 30234 30511 30785 31057 31327 0,9 31594 31859 32121 32381 32639 32894 33147 33398 33646 33891 1,0 34134 34375 34614 34850 35083 35314 35543 35769 35993 36214 1,1 36433 36650 36864 37076 37286 37493 37698 38000 38100 38298 1,2 38493 38686 38877 39065 39251 39435 39617 39796 39973 40147 1,3 40320 40490 40658 40824 40988 41149 41308 41466 41621 41774 1,4 41924 42073 42220 42364 42507 42647 42786 42922 43056 43189 1,5 43319 43448 43574 43699 43822 43943 44062 44179 44295 44408 1,6 44520 44630 44738 44845 44950 45053 45154 45254 45352 45449 1,7 45543 45637 45728 45818 45907 45994 46080 46164 46246 46327 1,8 46407 46485 46562 46638 46712 46784 46856 46926 46995 47062 1,9 47128 47193 47257 47320 47381 47441 47500 47558 47615 47670 2,0 47725 47778 47831 47882 47932 47982 48030 48077 48124 48169 2,1 48214 48257 48300 48341 48382 48422 48461 48500 48537 48574 2,2 48610 48645 48679 48713 48745 48778 48806 48840 48870 48899 2,3 48928 48956 48983 49010 49036 49061 49086 49111 49134 49158 2,4 49180 49202 49224 49245 49266 49286 49305 49324 49343 49361 2,5 49379 49396 49413 49430 49446 49461 49477 49492 49506 49520 83 2,6 49534 49547 49560 49573 49585 49598 49609 49621 49632 49643 Продолжение приложения 2 z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2,7 49653 49664 49674 49683 49693 49702 49711 49720 49728 49736 2,8 49744 49752 49760 49767 49774 49781 49788 49795 49801 49807 2,9 49813 49819 49825 49831 49836 49841 49846 49851 49856 49861 3,0 49865 49869 49874 49878 49882 49886 49889 49893 49896 49900 3,1 49903 49906 49910 49913 49916 49918 49921 49924 49926 49929 3,2 49931 49934 49936 49938 49940 49942 49944 49946 49948 49950 3,3 49952 49953 49955 49957 49958 49960 49961 49962 49964 49965 3,4 49966 49968 49969 49970 49971 49972 49973 49974 49975 49976 3,5 49977 49978 49978 49979 49980 49981 49981 49982 49983 49983 3,6 49984 49985 49985 49986 49986 49987 49987 49988 49988 49989 3,7 49989 49990 49990 49990 49991 49991 49992 49992 49992 49992 3,8 49993 49993 49993 49994 49994 49994 49994 49995 49995 49995 3,9 49995 49995 49996 49996 49996 49996 49996 49996 49997 49997 4,0 49997 5,0 49999 84 Приложение 3 Значения чисел q в зависимости от объёма выборки n и надёжности для определения доверительного интервала среднего квадратического отклонения х n 0.95 0.99 0.999 n 0.95 0.99 0.999 7 0.92 - - 25 0.32 0.49 0.73 8 0.80 - - 30 0.28 0.43 0.63 9 0.71 - - 35 0.26 0.38 0.56 10 0.65 - - 40 0.24 0.35 0.50 11 0.59 0.98 - 45 0.22 0.32 0.46 12 0.55 0.90 - 50 0.21 0.30 0.43 13 0.52 0.83 - 60 0.188 0.269 0.38 14 0.48 0.78 - 70 0.174 0.245 0.34 15 0.46 0.73 - 80 0.161 0.226 0.31 16 0.44 0.70 - 90 0.151 0.211 0.29 17 0.42 0.66 - 100 0.143 0.198 0.27 18 0.40 0.63 0.96 150 0.115 0.160 0.211 19 0.39 0.60 0.92 200 0.099 0.136 0.185 20 0.37 0.58 0.88 250 0.089 0.120 0.162 85 Число Степеней Приложение 4 Критические точки распределения 2 Уровень значимости 0,01 0,05 0,1 0,90 0,95 0,99 1 6,6 3,8 2,71 0,02 0,004 0,0002 2 9,2 6,0 4,61 0,21 0,1 0,02 3 11,3 7,8 6,25 0,58 0,35 0,12 4 13,3 9,5 7,78 1,06 0,71 0,30 5 15,1 11,1 9,24 1,61 1,15 0,55 6 16,8 12,6 10,6 2,20 1,64 0,87 7 18,5 14,1 12,0 2,83 2,17 1,24 8 20,1 15,5 13,4 3,49 2,73 1,65 9 21,7 16,9 14,7 4,17 3,33 2,09 10 23,2 18,3 16,0 4,87 3,94 2,56 11 24,7 19,7 17,3 5,58 4,57 3,05 12 26,2 21,0 18,5 6,30 5,23 3,57 13 27,7 22,4 19,8 7,04 5,89 4,11 14 29,1 23,7 21,1 7,79 6,57 4,66 15 30,6 25,0 22,3 8,55 7,26 5,23 16 32,0 26,3 23,5 9,31 7,96 5,81 17 33,4 27,6 24,8 10,1 8,67 6,41 18 34,8 28,9 26,0 10,9 9,39 7,01 19 36,2 30,1 27,2 11,7 10,1 7,63 20 37,6 31,4 28,4 12,4 10,9 8,26 21 38,9 32,7 29,6 13,2 11,6 8,90 22 40,3 33,9 30,8 14,0 12,3 9,54 23 41,6 35,2 32,0 14,8 13,1 10,2 24 43,0 36,4 33,2 15,7 13,8 10,9 25 44,3 37,7 34,4 16,5 14,6 11,5 26 45,6 38,9 35,6 17,3 15,4 12,2 27 47,0 40,1 36,7 18,1 16,2 12,9 28 48,3 41,3 37,9 18,9 16,9 13,6 29 49,6 42,6 39,1 19,8 17,7 14,3 30 50,9 43,8 40,3 20,6 18,5 15,0 Свободы 86 Приложение 5 Содержание дисциплины (Извлечение из рабочей программы дисциплины) РАЗДЕЛ 3. ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА Тема 3.1.Случайные события, вероятность и основные теоремы Сущность и условия применимости теории вероятностей: выработка строгих аналитических средств для описания массовых случайных явлений и процессов в природе и обществе; определения и формулы для основных видов соединений комбинаторики. Основные понятия теории вероятностей: события, их классификация, свойства случайных событий, действия над событиями; геометрическая трактовка событий и действий над ними. Вероятностное пространство: пространство элементарных событий, благоприятные исходы, наблюдаемость событий, пример; аксиоматическое определение вероятности и следствия из этих аксиом; классическое, геометрическое и статистическое определения вероятности события; теорема сложения вероятностей для совместных и несовместных событий; условная вероятность, формула и ее геометрическая трактовка; теорема умножения вероятностей для зависимых и независимых событий; формула полной вероятности, ее геометрическая трактовка; формулы Байеса, их вероятностный смысл; схема повторных независимых испытаний как последовательность успехов и неудач: формулы Бернулли, локальная теорема Лапласа; свойства дифференциальной функции; интегральная теорема Лапласа, свойства интегральной функции; формулы Пуассона. Тема 3.2. Случайная величина, классификация и основные теоремы Случайные величины и способы их описания: дискретные и непрерывные случайные величины; функция распределения вероятностей и ее свойства; способы задания дискретной 87 случайной величины, ее функция распределения, формула и график; непрерывная случайная величина, ее плотность распределения, свойства; основные числовые характеристики случайной величины: математическое ожидание, вероятностный смысл и геометрическая трактовка; основные свойства; определение дисперсии, ее вероятностный смысл, вычислительные формулы, свойства дисперсии; определение средне-квадратического отклонения и его трактовка; моменты; коэффициент линейной корреляции; независимость и некоррелируемость. Модели законов распределения вероятностей, наиболее употребляемые в социальноэкономических приложениях: биномиальный закон, закон Пуассона, равномерный закон, показательный закон, нормальный закон. Вероятностный смысл параметров этих распределений. Закон распределения вероятностей для функций от известных случайных величин. Тема 3.3.Основные предельные теоремы Неравенство Чебышева: сходимость по вероятности и сходимость по распределению последовательности случайных величин к случайной величине; центрирование и нормирование случайной величины; неравенство Чебышева и его частный случай; следствие неравенства Чебышева- правило 3-х сигм; теорема Чебышева и ее вероятностный смысл. Закон больших чисел и его следствия, их трактовка в теории измерений. Центральная предельная теорема Ляпунова особая роль нормального распределения при описании совокупности разнохарактерных случайных величин. Тема 3.4. Системы случайных величин Задание системы двух случайных величин; закон (таблица) распределения двух дискретных случайных величин и построение таблиц распределения ее отдельных компонент; построение уравнения линейной регрессии. Цепи Маркова и их использование в моделировании социально-экономических 88 процессов: терема о финальных вероятностях вектора состояний системы и ее применения в экономической практике. Элементы теории массового обслуживания, приложения. Тема 3.5. Статистическое оценивание и проверка гипотез Статистические оценки (аналоги) числовых характеристик случайных величин; требование к качеству оценок; эмпирическая функция распределения и плотность распределения (гистограмма); вариационная последовательность, варианты, частоты, относительные частоты. Статистические методы обработки экспериментальных данных: вычисление статистических оценок числовых характеристик в терминах условных эмпирических начальных моментов. Эмпирическая асимметрия и эксцесс, мода, медиана, вариация. Доверительная вероятность, доверительный интервал. Статистическая проверка гипотез о распределении признака с помощью критериев согласия. 89 Приложение 6 Образец оформления титульного листа контрольной работы Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный инженерно-экономический университет» Кафедра высшей математики Контрольная работа № 3 по дисциплине МАТЕМАТИКА Выполнил: __________ (Фамилия И.О.)________________ студент ____ курса (срок обучения) спец. _____________ группа ______ № зачет. книжки ________________________ Подпись: ___________________________________________ Преподаватель: __________ (Фамилия И,О.) _____________ Должность: ___________(уч. степень, уч. звание) __________ Оценка: ______________ Дата: ________________________ Подпись: _____________________________________________ Санкт-Петербург 200_ 90 Приложение 7 Перечень контрольных вопросов для проверки знаний по дисциплине 1. Что такое случайное событие? 2. Какие действия возможны над событиями? 3. Как выглядят формулы классической, геометрической, статистической вероятностей? 4. Каковы общие свойства (аксиомы) вероятностей? 5. Как находят вероятность суммы событий? 6. Что такое условная вероятность? Как вычислить вероятность произведения событий? 7. Формула полной вероятности и условия ее применения. 8. Формула Байеса и условия ее применения. 9. Схема испытаний Бернулли и формулы вычисления вероятностей для различных случаев. 10. Как задается дискретная случайная величина? 11. Что такое функция распределения? Как выглядит ее график для дискретной случайной величины? 12. Что такое непрерывная случайная величина? Что можно сказать о ее функции распределения? 13. Как вычислить вероятность попадания случайной величины в промежуток? 14. Что характеризует математическое ожидание? Как его вычисляют? 15. Для чего и как вычисляют дисперсию? 16. Нормальный (гауссовский) закон распределения. 17. Что такое эмпирическая функция распределения? Каковы особенности ее графика? 18. Какие существуют свойства статистических оценок? 19. Как выдвигаются гипотезы? 20. Для чего нужны кривые регрессии? 21. Что описывает коэффициент корреляции? 91