Дано конечное множество независимых испытаний с вероятностями успеха p_i (различные). Постройте формулу для дисперсии общего числа успехов, объясните условия независимости и рассмотрите частный случай с p_i = 1/2
Пусть X1,…,XnX_1,\dots,X_nX1,…,Xn — индикаторные случайные величины испытаний, то есть Xi∈{0,1}X_i\in\{0,1\}Xi∈{0,1} и Pr(Xi=1)=pi\Pr(X_i=1)=p_iPr(Xi=1)=pi. Общее число успехов S=∑i=1nXiS=\sum_{i=1}^n X_iS=∑i=1nXi. Формула для дисперсии: Var(S)=∑i=1nVar(Xi)=∑i=1npi(1−pi).
\operatorname{Var}(S)=\sum_{i=1}^n\operatorname{Var}(X_i) = \sum_{i=1}^n p_i(1-p_i). Var(S)=i=1∑nVar(Xi)=i=1∑npi(1−pi).
Вывод: в общем случае Var(S)=∑i=1npi−∑i=1npi2.
\operatorname{Var}(S)=\sum_{i=1}^n p_i - \sum_{i=1}^n p_i^2. Var(S)=i=1∑npi−i=1∑npi2.
(В общем для суммы случайных величин Var(S)=∑iVar(Xi)+2∑i<jCov(Xi,Xj)\operatorname{Var}(S)=\sum_i\operatorname{Var}(X_i)+2\sum_{i<j}\operatorname{Cov}(X_i,X_j)Var(S)=∑iVar(Xi)+2∑i<jCov(Xi,Xj); при независимости все ковариации равны нулю.) Условия независимости: случайные величины X1,…,XnX_1,\dots,X_nX1,…,Xn независимы в совокупности (взаимно), если для любого подмножества индексов III и любых значений xi∈{0,1}x_i\in\{0,1\}xi∈{0,1}Pr(⋂i∈I{Xi=xi})=∏i∈IPr(Xi=xi).
\Pr\big(\bigcap_{i\in I}\{X_i=x_i\}\big)=\prod_{i\in I}\Pr(X_i=x_i). Pr(i∈I⋂{Xi=xi})=i∈I∏Pr(Xi=xi).
Интуитивно это означает, что результат любого набора испытаний не влияет на вероятности результатов остальных; в частности независимо по парам (или полностью) даёт Cov(Xi,Xj)=0\operatorname{Cov}(X_i,X_j)=0Cov(Xi,Xj)=0 при i≠ji\ne ji=j, что и обеспечивает аддитивность дисперсии выше. Частный случай pi=12p_i=\tfrac12pi=21 для всех iii: Var(S)=∑i=1n12(1−12)=∑i=1n14=n4.
\operatorname{Var}(S)=\sum_{i=1}^n \tfrac12\bigl(1-\tfrac12\bigr)=\sum_{i=1}^n \tfrac14=\tfrac{n}{4}. Var(S)=i=1∑n21(1−21)=i=1∑n41=4n. Замечание: распределение суммы при различных pip_ipi называется пуассоновским биномиальным распределением (poisson binomial).
Формула для дисперсии:
Var(S)=∑i=1nVar(Xi)=∑i=1npi(1−pi). \operatorname{Var}(S)=\sum_{i=1}^n\operatorname{Var}(X_i)
= \sum_{i=1}^n p_i(1-p_i).
Var(S)=i=1∑n Var(Xi )=i=1∑n pi (1−pi ). Вывод: в общем случае
Var(S)=∑i=1npi−∑i=1npi2. \operatorname{Var}(S)=\sum_{i=1}^n p_i - \sum_{i=1}^n p_i^2.
Var(S)=i=1∑n pi −i=1∑n pi2 . (В общем для суммы случайных величин Var(S)=∑iVar(Xi)+2∑i<jCov(Xi,Xj)\operatorname{Var}(S)=\sum_i\operatorname{Var}(X_i)+2\sum_{i<j}\operatorname{Cov}(X_i,X_j)Var(S)=∑i Var(Xi )+2∑i<j Cov(Xi ,Xj ); при независимости все ковариации равны нулю.)
Условия независимости: случайные величины X1,…,XnX_1,\dots,X_nX1 ,…,Xn независимы в совокупности (взаимно), если для любого подмножества индексов III и любых значений xi∈{0,1}x_i\in\{0,1\}xi ∈{0,1} Pr(⋂i∈I{Xi=xi})=∏i∈IPr(Xi=xi). \Pr\big(\bigcap_{i\in I}\{X_i=x_i\}\big)=\prod_{i\in I}\Pr(X_i=x_i).
Pr(i∈I⋂ {Xi =xi })=i∈I∏ Pr(Xi =xi ). Интуитивно это означает, что результат любого набора испытаний не влияет на вероятности результатов остальных; в частности независимо по парам (или полностью) даёт Cov(Xi,Xj)=0\operatorname{Cov}(X_i,X_j)=0Cov(Xi ,Xj )=0 при i≠ji\ne ji=j, что и обеспечивает аддитивность дисперсии выше.
Частный случай pi=12p_i=\tfrac12pi =21 для всех iii:
Var(S)=∑i=1n12(1−12)=∑i=1n14=n4. \operatorname{Var}(S)=\sum_{i=1}^n \tfrac12\bigl(1-\tfrac12\bigr)=\sum_{i=1}^n \tfrac14=\tfrac{n}{4}.
Var(S)=i=1∑n 21 (1−21 )=i=1∑n 41 =4n .
Замечание: распределение суммы при различных pip_ipi называется пуассоновским биномиальным распределением (poisson binomial).