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@blueband21c 2023-04-24T21:12:04.000000Z 字数 5470 阅读 4297

第九讲 连续型随机变量及其概率分布

概率论与数理统计 讲义 NUDT 2023SP



9.1 连续型随机变量


从直方图到密度曲线


概率密度函数

随机变量 取值于 ,如果存在函数 满足:对任意 ,总有

则称 连续型随机变量概率密度函数 (probability density function,缩写:pdf ).


例:车辆通过的时间间隔

设 rv 为高速公路上任意相邻两台车通过同一个计时点的时间间隔,已知 的 pdf 为:


例:均匀取值的连续型随机变量

rv 表示某个从 等可能取值的角度值,其 pdf 可表示为


均匀分布

rv 服从区间 上的均匀分布(uniform distribution),是指其 pdf 为


连续型 rv 的性质

定理:给定连续型 rv 和任意常数


密度函数曲线与概率


连续型 rv 的概率分布函数

对连续型 rv ,其概率分布函数(或累积分布函数,缩写:cdf)为

其中 的 pdf.


pdf 与 cdf


例:设某桥梁的动态载荷 的 pdf 为

其中 为常数, 求 的 cdf.


解:由 pdf 的性质,

. 对任意

的 cdf 为


例:假设某电源系统的输出电压为 ,且 大于 的概率与 成反比, 求 的 pdf.


均匀分布的 pdf 与 cdf


9.2 连续型分布的分位点

. 对连续型 rv ,若 , 则称 对应的概率分布的 分位点


例: 连续型 rv 的 pdf 为

求其分布的 分位点.


解: 的 cdf

进而

, 可得

解得 .


9.3 连续型随机变量的期望值

设连续型 rv 的 pdf 为 ,则其 期望均值 可定义为


例:设连续型 rv 的 pdf 为

.


连续型随机变量的函数的期望

定理:设连续型 rv 的 pdf 为 是关于 的连续函数,则


例: 连续型 rv 的 pdf 为

.


解:


数学期望的线性性

推论: 对 rv (无论 为离散型还是连续型)


9.4 连续型随机变量的方差

连续型 rv 的 pdf 为 且其期望存在,则

称为 方差


方差的性质

定理: 对任意(离散或连续型)随机变量


均匀分布的方差


小结


‘Obvious’ is the most dangerous word in mathematics.
-- Eric Temple Bell



熵与信息论

给定概率空间 事件的熵 (Entropy) 是形如

的函数. 满足

  1. 如果 ,则 .
  2. 如果 相互独立,则 .
  3. 对任意 , .

随机变量的熵

离散型随机变量 的分布律为 ,则 的熵定义为


最大熵优化


具有最大熵的连续型随机变量

问题: 给定连续型随机变量 的取值区间 ,以及某些关于其数字特征的约束条件,求 的分布,使其熵 取到最大值.[1]

  1. ,且
  2. .

[1] 张颢,概率论,高等教育出版社,2018,北京. §8.2
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