概率论与数理统计之正态分布课件

概率论与数理统计概率论与数理统计 2024/8/51概率论与数理统计 2023/8/201u第四章第四章 正态分布正态分布 4.1 4.1 正态分布的概率密度和分布函数正态分布的概率密度和分布函数 4.2 4.2 正态分布的数字特征正态分布的数字特征 4.3 4.3 正态随机变量的线性函数的分布正态随机变量的线性函数的分布 4.4 4.4 二维正态分布二维正态分布 4.5 4.5 中心极限定理中心极限定理2第四章 正态分布2正正态分布分布正态分布3正正态分布，又称高斯分布分布，又称高斯分布正态分布，又称高斯分布4一、邂逅，正态曲线的首次发现正正态分布的前世今生分布的前世今生棣莫弗棣莫弗拉普拉斯中心极限定理，拉普拉斯中心极限定理，4.54.5节节二、寻找随机误差分布的规律（正态分布的确立）三、正态分布的各种推导四、正态分布开疆扩土五、正态魅影正态分布性质，正态分布性质，4.34.3节节一、邂逅，正态曲线的首次发现正态分布的前世今生棣莫弗拉普拉54.1 正态分布的概率密度与分布函数6定义：设随机变量定义：设随机变量 的概率密度为的概率密度为则称则称 服从服从正态分布正态分布，记作，记作 ，其中，其中 及及 是参数是参数正态分布也称为高斯分布正态分布也称为高斯分布特别地，当特别地，当 时，得到正态分布时，得到正态分布 ，称为，称为标准正态分布标准正态分布，其概率密度为其概率密度为4.1 正态分布的概率密度与分布函数6定义：设随机变量 64.1 正态分布的概率密度与分布函数7特点（性质）：特点（性质）：关于关于 对称对称4.1 正态分布的概率密度与分布函数7特点（性质）：关于 7如图以标准正态分布为例，分析如图以标准正态分布为例，分析 的取值对图像的影响的取值对图像的影响4.1 正态分布的概率密度与分布函数8是对称轴，只是左右平移，改变其左右位置，不改变其形状是对称轴，只是左右平移，改变其左右位置，不改变其形状改变其形状改变其形状（高矮胖瘦）（高矮胖瘦），不能改变其位置，不能改变其位置如图以标准正态分布为例，分析 的取值对图像的84.1 正态分布的概率密度与分布函数94.1 正态分布的概率密度与分布函数994.1 正态分布的概率密度与分布函数10分布函数分布函数分布函数分布函数的性质：第二章中分布函数所有性质4.1 正态分布的概率密度与分布函数10分布函数分布函数的10 的性质：11是曲线与是曲线与 轴之间，从轴之间，从 到到 点的面积点的面积 的性质：11是曲线与 轴之间，从 11标准正态分布的分布函数值表标准正态分布的分布函数值表见281页附附录表表1。我我们一起学一起学查表表。【例例】已知已知 X N(0,1)，查表解决以下问题。，查表解决以下问题。求概率求概率标准正态分布的分布函数值表见281页附录表1。我们一起学查表12转换公式转换公式13转换公式13其它结论：14其它结论：14144.1 正态分布的概率密度与分布函数15定理：设定理：设，则，则 落在区间落在区间 内的概率内的概率当然也有：当然也有：4.1 正态分布的概率密度与分布函数15定理：设，则 154.1 正态分布的概率密度与分布函数16证明：证明：例：设例：设，证明：对于任意的，证明：对于任意的 ，有，有4.1 正态分布的概率密度与分布函数16证明：例：设，证明164.1 正态分布的概率密度与分布函数17解：解：例：设例：设，求：，求：4.1 正态分布的概率密度与分布函数17解：例：设，求：174.1 正态分布的概率密度与分布函数18例：设例：设，求，求解：解：4.1 正态分布的概率密度与分布函数18例：设，求解：184.1 正态分布的概率密度与分布函数19解：解：例：设例：设，求：，求：4.1 正态分布的概率密度与分布函数19解：例：设，求：194.1 正态分布的概率密度与分布函数20解：解：例：设例：设，求：，求：4.1 正态分布的概率密度与分布函数20解：例：设，求：204.1 正态分布的概率密度与分布函数21解：解：例：设例：设，求：，求：落在区间落在区间其中其中的概率，的概率，正态分布中，尽管正态分布中，尽管 的取值范围是的取值范围是 ，但是它落在区间，但是它落在区间内的概率几乎可认为是内的概率几乎可认为是100%称为正态分布的称为正态分布的“”规则规则4.1 正态分布的概率密度与分布函数21解：例：设，求：214.2 正态分布的期望和方差正态分布的期望和方差 数学期望：数学期望：方差：方差：【例例】正态分布的标准化：正态分布的标准化：已知已知 X N(m m,s s 2)，则有，则有X N(m m,s s 2)4.2 正态分布的期望和方差 数学期望：方差：【例】正224.3 正态分布的线性性质正态分布的线性性质设随机随机变量量 ，则有有其中其中a,b(b 0)为常数。为常数。【例例】已知已知 X N(1,4)，试确定，试确定Y=1-2X的分布，并写出的分布，并写出Y 的的密度函数。密度函数。4.3 正态分布的线性性质设随机变量 23正态分布的可加性正态分布的可加性 设随机随机变量量 ，并且，并且X与与Y独立，独立，则1.1.两个正态分布情形两个正态分布情形2.2.多个正态分布情形多个正态分布情形 设随机随机变量量 相互独立，且相互独立，且 ，则其中其中 为常数。常数。正态分布的可加性 设随机变量 24【例例】已知已知 X N(-3,1)，Y N(2,1)，并且，并且X与与Y独立，独立，试确定试确定Z=X-2Y+7的分布，求的分布，求E(Z),D(Z)，写出，写出Z 的密度函数。的密度函数。【例】已知 X N(-3,1)，Y N(2,1)254.4 二维正态分布26定义：定义：其中其中 是参数是参数.二维随机变量二维随机变量 服从服从二维正态分布二维正态分布，记作，记作4.4 二维正态分布26定义：其中 264.4 二维正态分布27定理定理1 1：设二维连续随机变量：设二维连续随机变量 则则 与与 的边缘分布都是正态分布，且无论参数的边缘分布都是正态分布，且无论参数 为何值，都有为何值，都有并且并且 分别是分别是 与与 的数学期望与方差，的数学期望与方差，且且 是是 与与 的相关系数的相关系数.4.4 二维正态分布27定理1：设二维连续随机变量 274.4 二维正态分布28定理定理2 2：设二维连续随机变量：设二维连续随机变量 则则 与与 相互独立的充要条件是相关系数相互独立的充要条件是相关系数 4.4 二维正态分布28定理2：设二维连续随机变量 28客，考点客，考点 8.8.正态分布的性质及概率计算正态分布的性质及概率计算29客，考点29303031314.5 中心极限定理32 概率论中关于论证概率论中关于论证 “大量独立随机变量的和的极限分布是正态分布大量独立随机变量的和的极限分布是正态分布”的一系列定理统称为的一系列定理统称为中心极限定理中心极限定理4.5 中心极限定理32 概率论中关于论证324.5 中心极限定理33定理定理1 1：【林德伯格林德伯格莱维中心极限定理莱维中心极限定理】设随机变量设随机变量 相互独立，服从相同的分布，且相互独立，服从相同的分布，且则对于任何实数则对于任何实数 ，有，有此定理通常称为此定理通常称为“独立同分布的中心极限定理独立同分布的中心极限定理”4.5 中心极限定理33定理1：【林德伯格莱维中心极限定3334解：设随机变量解：设随机变量 表示第表示第 页的印刷错误的个数，则页的印刷错误的个数，则例：一册例：一册400400页的书中，每一页的印刷错误的个数服从泊松分布页的书中，每一页的印刷错误的个数服从泊松分布各页有多少个印刷错误是相互独立的，求这册书的印刷错误的个数不各页有多少个印刷错误是相互独立的，求这册书的印刷错误的个数不多于多于8888个的概率个的概率.则则因为因为 是相互独立是相互独立 ，所以由，所以由“林德伯格林德伯格莱维莱维”中心极限定理中心极限定理34解：设随机变量 表示第 页的印刷错误的个数，则例：3435解：解：例：一册例：一册400400页的书中，每一页的印刷错误的个数服从泊松分布页的书中，每一页的印刷错误的个数服从泊松分布各页有多少个印刷错误是相互独立的，求这册书的印刷错误不多于各页有多少个印刷错误是相互独立的，求这册书的印刷错误不多于8888个的概率个的概率35解：例：一册400页的书中，每一页的印刷错误的个数服从泊354.5 中心极限定理36设在独立试验序列中，事件设在独立试验序列中，事件 的概率的概率 ，随机变量，随机变量定理定理2 2：【棣莫弗棣莫弗拉普拉斯中心极限定理拉普拉斯中心极限定理】表示事件表示事件 在在 次试验中发生的次数，则对于任何实数次试验中发生的次数，则对于任何实数 ，有，有4.5 中心极限定理36设在独立试验序列中，事件 的概率3637例：某电站供应例：某电站供应1000010000户居民用电，设在高峰时每户用电的概率为户居民用电，设在高峰时每户用电的概率为0.80.8各用户用电多少是相互独立的，求：各用户用电多少是相互独立的，求：(1)(1)同一时刻有同一时刻有81008100户以上用电的概率；户以上用电的概率；所以由所以由“棣莫弗棣莫弗拉普拉斯中心极限定理拉普拉斯中心极限定理”，于是，于是解：解：(1)(1)设随机变量设随机变量 表示表示1000010000户中在同一时刻用电的户数，则户中在同一时刻用电的户数，则(2)(2)若每户用电功率为若每户用电功率为100W100W，则电站至少需要多少电功率才能保证以，则电站至少需要多少电功率才能保证以0.9750.975的概率供应居民用电的概率供应居民用电37例：某电站供应10000户居民用电，设在高峰时每户用电的3738例：某电站供应例：某电站供应1000010000户居民用电，设在高峰时每户用电的概率为户居民用电，设在高峰时每户用电的概率为0.80.8各用户用电多少是相互独立的，求：各用户用电多少是相互独立的，求：(1)(1)同一时刻有同一时刻有81008100户以上用电的概率；户以上用电的概率；(2)(2)若每户用电功率为若每户用电功率为100W100W，则电站至少需要多少电功率才能保证以，则电站至少需要多少电功率才能保证以0.9750.975的概率供应居民用电的概率供应居民用电解：解：(2)(2)若每户用电功率为若每户用电功率为100W100W，则，则 户用电功率为户用电功率为100 W100 W设电站供电功率为设电站供电功率为 W，则，则反查表反查表38例：某电站供应10000户居民用电，设在高峰时每户用电的383939