例1 赌场中有一种叫做幸运轮的赌具,在轮子上有均匀连续的刻度,范围为0~1,。当转动的轮子停止时,固定的指针会留在刻度上。这样,产生的实验结果是[0,1]之间的一个数,是指针所指向的位置的刻度。 因此样本空间为Ω=[0,1]。
如果随机变量X表示指针所指向的刻度,则X是一个连续型的随机变量,取值[0,1],且每一个x,事件{X=x}概率均为0。
一般的,连续型随机变量X所有可能取值充满一个区间,
每一个取值对应的概率均为0.
因此,连续型随机变量不能象离散型随机变量那样,用分布列的方法,对它的每个值指定概率的方式,给出其概率分布.
为此,我们考虑一个包含x的一个邻域:
1、连续随机变量和概率密度函数
若对
考虑区间 (x,x+ε) 上的概率:
如果存在极限
则近似的有:
于是对于
取
称为随机变量X的“概率密度函数”
1导数的定义:
3定积分:分割、近似、求和、取极限
2不定积分:
为
的原函数
的所有原函数称为
的不定积分记为:
如果
则
4牛顿-莱布尼兹公式
对于随机变量X如果存在一个非负可积的函数 f(x),x∈R,使得对任一区间[a, b]都有
则称X为连续型随机变量,称f(x)为X的概率分布密度函数,简称密度,简记为X~ f(x), x∈R
2、概率密度函数的定义:
样本空间
a
b
x
对于单点集a,有:
所以:
所以概率密度函数的性质:
故密度函数f(x)也可以理解为:X落入x附近的单位长度的概率。
对于很小的δ,我们有:
由于f(x)是概率律,不是某一事件的概率,故f(x)可以大于1.
密度函数必须是非负的,且必须满足归一性条件:
连续型随机变量的概率密度未必是连续函数。
例 (连续的均匀随机变量)赌客在赌场转动幸运轮,幸运轮上具有连续的刻度,从0到1.每次轮子停止转动时,指针会指向轮子的一个数。假定指针指向幸运轮上任意两个长度相同的区间的概率相等,试将这样的的随机试验用一个随机变量X来刻画。
X的密度函数为:
应用归一化条件:
故c=1.
更一般的有:
取值于区间[a,b]上的随机变量,如果X取值于[a,b]的任意两个长度相同的子区间的概率是相同的,称这种随机变量为具有均匀分布的随机变量。
密度函数为:
1、均匀分布若随机变量X的密度函数为
则称X服从在[a,b]上的均匀分布
显然,
且
若
则
在数值计算中,由于四舍五 入,小数点后第一位小数引起的误差服从[,]上均匀分布;在[a,b]上随机的掷质点,X表示质点坐标,X服从[a,b]上均匀分布
P53例10
f(x) =
则称X为指数随机变量。其中λ是分布的参数,λ>0
2、指数分布 若随机变量X的密度函数为
其中:
λ较小
λ较大
λ
λ
指数随机变量具有广泛的用处。例如:一台仪器的使用寿命,一辆汽车出一次车祸所用时间等等。指数随机变量与离散的几何随机变量十分相似。
无后效性
例(教材P54)已知连续型随机变量X有概率密度
求(1)常数A(2)
解(1)
(2)
例(教材P55)已知连续型随机变量X有概率密度
且P(1<X<3)=,求:常数a,b, P(X>)
解
附:定积分方法
1、直接用牛顿莱布尼兹公式
是常数);
2、凑微分法
其中
例:
3、第二类还原积分法
其中
例 求
当x=0时,t=0;当x=8时,t=2,
例 求
解
原式
4、分部积分法