Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Свойства плотности распределения

Свойства плотности распределения

Для начала напомним, что такое плотность распределения:

Определение 1

Плотностью распределения $\varphi (x)$ непрерыной случайной величины называется первая производная от функции распределения вероятности $F(x)$.

Рассмотрим свойства плотности распределения:

Свойство 1: Функция $\varphi (x)$ плотности распределения неотрицательна:

Доказательство.

Мы знаем, что функция распределения $F(x)$ - неубывающая функция. Из определения следует, что $\varphi \left(x\right)=F'(x)$, а производная неубывающей функции -- есть функция неотрицательная.

ч. т. д.

Геометрически это свойство означает, то график функции $\varphi \left(x\right)$ плотности распределения находится либо выше, либо на самой оси $Ox$ (рис. 1)

Иллюстрация неравенства $\varphi (x)\ge 0$.

Рисунок 1. Иллюстрация неравенства $\varphi (x)\ge 0$.

Свойство 2: Несобственный интеграл от функции плотности распределения пределах от $-\infty $ до $+\infty $ равен 1:

Доказательство.

Вспомним формулу для нахождения вероятности того, что случайная величина попадет интервал $(\alpha ,\beta )$:



Рисунок 2.

Найдем вероятность того, что случайная величина попадет в интервал $(-\infty ,+\infty $):



Рисунок 3.

Готовые работы на аналогичную тему

Очевидно, что случайная величина всегда попадет в интервал $(-\infty ,+\infty $), следовательно, вероятность такого попадания равна единице. Получаем:

ч. т. д.

Геометрически, второе свойство означает, что площадь криволинейной трапеции, ограниченной графиком функции плотности распределения $\varphi (x)$ и осью абсцисс численно равна единице.

Можно также сформулировать обратное свойство:

Свойство 3: Любая неотрицательная функция $f(x)\ge 0$, удовлетворяющая равенству $\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{f\left(x\right)dx}=1$ является функцией плотность распределения некоторой непрерывной случайной величины.

Вероятностный смысл плотности распределения

Придадим переменной $x$ приращение $\triangle x$.

Вероятностный смысл плотности распределения: Вероятность того, что непрерывная случайная величина $X$ примет значения из интервала$(x,x+\triangle x)$, приближенно равна произведению плотности распределения вероятности в точке $x$ на приращение $\triangle x$:

Геометрическая иллюстрация вероятностного смысла плотности распределения непрерывной случайной величины.

Рисунок 4. Геометрическая иллюстрация вероятностного смысла плотности распределения непрерывной случайной величины.

Примеры решения задач с использованием свойств плотности распределения

Пример 1

Функция плотности распределения вероятности имеет вид:



Рисунок 5.

  1. Найти коэффициент $\alpha $.
  2. Построить график плотности распределения.

Решение:

  1. Рассмотрим несобственный интеграл $\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\varphi \left(x\right)dx}$, получаем:



Рисунок 6.

Используя свойство 2, получим:

\[-2\alpha =1,\] \[\alpha =-\frac{1}{2}.\]

То есть, функция плотности распределения имеет вид:



Рисунок 7.

  1. Построим её график:



Рисунок 8.

Пример 2

Функция плотности распределения имеет вид $\varphi \left(x\right)=\frac{\alpha }{chx}$

(Напомним, что $chx$ -- гиперболический косинус).

Найти значение коэффициента $\alpha $.

Решение. Используем второе свойство:

\[\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\frac{\alpha }{chx}dx}=1,\] \[\alpha \int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\frac{dx}{chx}}=1,\] \[\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\frac{dx}{chx}}={\mathop{lim}_{a\to -\infty } \int\limits^0_a{\frac{dx}{chx}}\ }+{\mathop{lim}_{b\to +\infty } \int\limits^b_0{\frac{dx}{chx}}\ }\]

Так как $chx=\frac{e^x+e^{-x}}{2}$, то

\[\int{\frac{dx}{chx}}=2\int{\frac{dx}{e^x+e^{-x}}}=2\int{\frac{de^x}{{1+e}^{2x}}}=2arctge^x+C\]

Тогда

\[\int\limits^{+\infty }_{-\infty }{\frac{dx}{chx}}={\mathop{lim}_{a\to -\infty } \left(-2arctge^a\right)\ }+{\mathop{lim}_{b\to +\infty } \left(2arctge^b\right)\ }=\pi \]

Следовательно:

\[\pi \alpha =1,\] \[\alpha =\frac{1}{\pi }\]
Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи

Автор статьи

Наталья Игоревна Восковская

Эксперт по предмету «Математика»

Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис