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概率論與數理統計各種分布總結

教育 更新时间:2024-12-14 17:00:14

終于講到正态分布了,在此特别說明一下,本頭條關于數學知識的講解,重點是在于讓大家明白數學知識背後的含義,因為隻有深刻理解了其背後的含義,才能知其所以然,不然就很容易似懂非懂,遇到變形生疏的題目,難以跟所學知識點關聯上,也就不知道從何下手了。

一、正态分布數學表達

我們之前講述的二項分布、幾何分布,都是限定離散值數總數n的,也就是限定了試驗的總次數。而正态分布,恰恰相反,是不限定總試驗次數的,所以其n是可以無窮大的。凡是一個變量x,符合以下函數關系,稱為x符合正态分布,記為:

上述函數經過标準化後,稱為标準标準正态分布,記為,其函數形式為:

正态分布分布的曲線圖為:

概率論與數理統計各種分布總結(高中概率統計專欄之五-正态分布)1

标準正态分布圖

注意:1、正态分布圖的y坐标值,表示的是概率密度,而不是概率,而正态分布曲線下的陰影面積,是x取值-1至1之間範圍的總概率。很多人都誤以為正态分布圖的y值就是x值對應的概率值,這是錯誤的。2、正态分布的均值(也就是值)的概率密度是最大的,以均值為中心,左右兩邊的概率密度是對稱的,因此,正态分布的均值、中位數都是一樣的。3、由于正态分布函數,是關于概率密度的函數,所以求某個x值對應概率是沒有意義的,隻有求某個x值範圍的概率。其實某個x值範圍的概率,就是f(x)對某個x值範圍進行求定積分。

二、正态分布标準轉換

标準正态分布,其概率分布表如下:

概率論與數理統計各種分布總結(高中概率統計專欄之五-正态分布)2

這裡一定要注意,這個表的某個x值對應的概率,其實際含義是x值小于等于該值的範圍的累計概率千萬别理解為,x值對應的概率。如上表中,x=1.0的概率值是0.8413,其含義是x<=1的範圍的累計概率值,也就是圖中紅色陰影部分的面積。記為公式的話,就是:對于非标準正态分布,可通過以下公式進行标準轉換(也叫Z轉換)後查表得出相應的概率值。,所以

對于非标準正态分布概率計算,上述公式要明白,并能快速的把求某個x值範圍的概率,轉化為求某個z值範圍的概率,這樣就能通過查标準正态分布概率表獲得對應的概率值。

三、正态分布概率計算關系公式

關于正态分布概率計算,根據正态分布的左右對稱性,結合,可推導出以下關系公式:

四、二項分布與正态分布

在 高中概率統計專欄之三-二項分布 文章裡提過,當n值較大時,求大于某個x值範圍的概率,會出現需列舉計算很多個x值概率的問題,其實對于n值較大,二項分布就是無限近似于正态分布,可以采用正态分布概率計算公式來計算二項分布的範圍概率的,其滿足條件是:

也就是說,當二項分布的n值足夠大,使上述公式成立時,即可使用正态分布概率公式計算二項分布的範圍概率。其計算公式如下:

當 ,且,則

這裡要注意,計算Z值的公式裡的x的取值,需要在a的基礎上 -0.5,具體是 還是-,是根據計算的概率是否包含a值來決定的,如果包含a值,那麼取a 0.5,如果不包含a值,則取a-0.5。根據正态分布對稱特征,容易推導出:

當P(x<a)或P(x>=a),不含a的概率,則計算Z值時,x取a-0.5

當P(x>a)或P(x<=a),含a的概率,則計算Z值時,x取a 0.5

這樣通過上述公式計算出Z值,再查标準正态分布概率表,即可獲得對應的概率值。

五、對立面思維

在計算二項分布、幾何分布、正态分布概率時,我們一定要利用好對立面思維,來找到更快捷的途徑來計算概率。因為這幾項概率分布,都遵守總概率等于1的原則,所以我們要求某個條件的概率,如果計算複雜,可以考慮從這個條件的對立面去計算概率,根據總數為1的原則,正面計算複雜,那就意味着反面計算簡單。舉例:

正态分布下,要求,其對立面就是,所以可以通過,求得的概率值。

二項分布下,n=15,求P(x>3),其對立面就是P(x<4),其實就是求。

大家在面對概率題目時,有時候多使用這種對立面思維,解題立馬簡單了。

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