大數(shù)定律與中心極限定理

1、第四章 大數(shù)定律與中心極限定理4.1 設為退化分布：討論下列分布函數(shù)列的極限是否仍是分布函數(shù)？解：（1）（2）不是；（3）是。4.2 設分布函數(shù)如下定義：問是分布函數(shù)嗎？解：不是。4.3設分布函數(shù)列弱收斂于分布函數(shù)，且為連續(xù)函數(shù)，則在上一致收斂于。證：對任意的，取充分大，使有對上述取定的，因為在上一致連續(xù)，故可取它的分點：，使有，再令，則有 （1）這時存在，使得當時有 （2）成立，對任意的，必存在某個，使得，由（2）知當時有 （3） （4）由（1），（3），（4）可得，即有成立，結論得證。4.5 設隨機變量序列同時依概率收斂于隨機變量與，證明這時必有。證：對任意的有，故即對任意的有成立，于是有

2、從而成立，結論得證。4.6 設隨機變量序列，分別依概率收斂于隨機變量與，證明：（1）；（2）。證：（1）因為故即成立。（2）先證明這時必有。對任給的取足夠大，使有成立，對取定的，存在，當時有成立這時有 從而有由的任意性知，同理可證，由前述（1）有故，結論成立。4.7 設隨機變量序列，是一個常數(shù)，且，證明。證：不妨設對任意的，當時有，因而。于是有 。結論成立。4.9 證明隨機變量序列依概率收斂于隨機變量的充要條件為：證：充分性，令，則，故是的單調上升函數(shù)，因而，于是有 對任意的成立，充分性得證。必要性，對任給的，令，因為，故存在充分大的使得當時有，于是有 ，由的任意性知，結論為真。4.10 設隨

3、機變量按分布收斂于隨機變量，又數(shù)列，證明也按分布收斂于。證：先證明按分布收斂于。時為顯然，不妨設（時的修改為顯然），若，的分布函數(shù)分別記作，與，則=，當是的連續(xù)點時，是的連續(xù)點，于是有成立，結論為真。由4.12知，再由4.6(1)知，于是由前述結論及4.11知按分布收斂于，結論得證。4.11設隨機變量序列按分布收斂于隨機變量，隨機變量序列依概率收斂于常數(shù)，證明按分布收斂于。證：記的分布函數(shù)分別為，則的分布函數(shù)為，設是的連續(xù)點，則對任給的，存在，使當時有 （1）現(xiàn)任取，使得都是的連續(xù)點，這時存在，當時有 （2） （3）對取定的，存在，當時有 （4）于是當時，由（1），（2），（4）式有又因為于是

4、由（1），（3），（4）式有 （6）由（5），（6）兩式可得由的任意性即知按分布收斂于，結論得證。4.12設隨機變量序列按分布收斂于，隨機變量序列依概率收斂于，證明.證：記的分布函數(shù)分別為，對任給的，取足夠大，使是的連續(xù)點且因為，故存在，當時有令，因為，故存在，當時有而其中，當時有因而，由的任意性知，結論為真。4.13 設隨機變量服從柯西分布，其密度函數(shù)為證明。證：對任意的，有故。4.14 設為一列獨立同分布隨機變量，其密度函數(shù)為其中為常數(shù)，令，證明。證：對任意的，為顯然，這時有對任意的，有故成立，結論得證。4.15 設為一列獨立同分布隨機變量，其密度函數(shù)為令，證明。證：設的分布函數(shù)為，有這時

5、有對任意的，有故成立，結論得證。4.17設為一列獨立同分布隨機變量，都服從上的均勻分布，若，證明。證：這時也是獨立同分布隨機變量序列，且由辛欽大數(shù)定律知服從大數(shù)定理，即有，令，則是直線上的連續(xù)函數(shù)，由4.8題知結論成立。4.18設為一列獨立同分布隨機變量，每個隨機變量的期望為，且方差存在，證明。證：已知，記，令，則對任給的，由契貝曉夫不等式有故，結論得證。4.19設為一列獨立同分布隨機變量，且存在，數(shù)學期望為零，證明。證：這時仍獨立同分布，且，由辛欽大數(shù)定律知結論成立。4.21 設隨機變量序列按分布收斂于隨機變量，又隨機變量序列依概率收斂于常數(shù)，則按分布收斂于。證：由4.7題知，于是由4.12

6、題有，而按分布收斂于（見4.10題的證明），因而由4.11題知按分布收斂于，結論成立。4.22設為獨立同分布的隨機變量序列，證明的分布函數(shù)弱收斂于分布。證：這時也為獨立同分布隨機變量序列，且，由辛欽大數(shù)定律知，又服從分布，當然弱收斂于分布，由4.21題即知按分布收斂于分布，結論得證。4.23 如果隨機變量序列，當時有，證明服從大數(shù)定律（馬爾柯夫大數(shù)定律）證：由契貝曉夫不等式即得。4.26 在貝努里試驗中，事件出現(xiàn)的概率為，令證明服從大數(shù)定律。證：為同分布隨機變量序列，且，因而，又當時，與獨立，由4.24知服從大數(shù)定律，結論得證。4.28設為一列獨立同分布隨機變量，方差存在，又為絕對收斂級數(shù)，令

7、，則服從大數(shù)定律。證：不妨設。否則令，并討論即可。記，又。因為，故有由4.23知服從大數(shù)定律，結論得證。4.30設為一列獨立同分布隨機變量，共同分布為試問是否服從大數(shù)定律？答：因為存在，由辛欽大數(shù)定律知服從大數(shù)定律。4.31設為一列獨立同分布隨機變量，共同分布為其中，問是否服從大數(shù)定律？答：因為存在，由辛欽大數(shù)定律知服從大數(shù)定律。4.32 如果要估計拋擲一枚圖釘時尖頭朝上的概率，為了有95%以上的把握保證所觀察到的頻率與概率的差小于，問至少應該做多少次試驗？解：令據(jù)題意選取試驗次數(shù)應滿足，因為比較大，由中心極限定理有故應取，即，但圖釘?shù)撞恐?，尖頭輕，由直觀判斷有，因而，故可取。4.33 一本書

8、共有一百萬個印刷符號，排版時每個符號被排錯的概率為0.0001，校對時每個排版錯誤被改正的概率為0.9，求在校對后錯誤不多于15個的概率。解：令因為排版與校對是兩個獨立的工序，因而是獨立同分布隨機變量序列，令，其中，由中心極限定理有其中，查分布表即可得，即在校對后錯誤不多于15個的概率。4.34 在一家保險公司里有10000個人參加保險，每人每年付12元保險費，在一年里一個人死亡的概率為0.006，死亡時家屬可向保險公司領得1000元，問：（1）保險公司虧本的概率多大？（2）保險公司一年的利潤不少于40000元，60000元，80000元的概率各為多大？解：保險公司一年的總收入為120000元

9、，這時（1） 若一年中死亡人數(shù)，則公司虧本；（2） 若一年中死亡人數(shù)，則利潤中死亡人數(shù)元；若一年中死亡人數(shù)，則利潤中死亡人數(shù)元；若一年中死亡人數(shù)，則利潤中死亡人數(shù)元；令則，記已足夠大，于是由中心極限定理可得欲求事件的概率為（1）同理可求得（2）4.35 有一批種子，其中良種占，從中任取6000粒，問能以0.99的概率保證其中良種的比例與相差多少？解：令則，記，其中，據(jù)題意即要求使?jié)M足。令，因為很大，由中心極限定理有由分布表知當時即能滿足上述不等式，于是知，即能以0.99的概率保證其中良種的比例與相差不超過。4.36 若某產品的不合格率為0.005，任取10000件，問不合格品不多于70件的概率

10、等于多少？解：令則，記，其中，記，由中心極限定理有即不合格品不多于70件的概率約等于0.998。4.37 某螺絲釘廠的不合格品率為0.01，問一盒中應裝多少只螺絲釘才能使其中含有100只合格品的概率不小于0.95？解：令則，記，其中尚待確定，它應滿足，由中心極限定理有查分布表可取，由此求得，即在一盒中應裝103只螺絲釘才能使其中含有100只合格品的概率不小于0.95。4.39 用特征函數(shù)的方法證明“二項分布收斂于普哇松分布”的普哇松定理。證：設獨立同二項分布，即的特征函數(shù)為，記的特征函數(shù)記作，因為，故，于是有而是參數(shù)為的普哇松分布的特征函數(shù)，由特征函數(shù)的逆極限定理即知定理成立，證畢。4.40 設隨機變量服從-分布，其分布密度為證：當時，的分布函數(shù)弱收斂于分布。證：的特征函數(shù)為，易知的特征函數(shù)為而因而有故，所以相應的分布函數(shù)弱收斂于分布，命題得證。4.41設為一列獨立同分布隨機變量，且服從上的均勻分布，證明對成立中心極限定理。證：易知，于是故，對任意的，存在，使當時有，因而，從而當，若，由此知即林德貝爾格條件滿足，所以對成立中心極限定理，結論得證。4.42 設皆為獨立同分布隨機變量序列，且獨立，其中，證明：的分布函數(shù)弱收斂于正態(tài)分布。