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

24 Окт в 14:30
7 +3
0
Ответы
1
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=1n Xi .
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=1n Var(Xi )=i=1n pi (1pi ).
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=1n pi i=1n 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 )+2i<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(iI {Xi =xi })=iI 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=1n 21 (121 )=i=1n 41 =4n .

Замечание: распределение суммы при различных pip_ipi называется пуассоновским биномиальным распределением (poisson binomial).
24 Окт в 15:37
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир