隨機變量的分布函數(shù)課件

關(guān)于隨機變量的分布函數(shù)第1頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

問：在上式中，X,x

皆為變量.二者有什么區(qū)別？x起什么作用？F(x)

是不是概率？X是隨機變量,x是參變量.F(x)

是r.vX取值不大于x

的概率.第2頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

由定義，對任意實數(shù)x1<x2，隨機點落在區(qū)間（x1,x2]的概率為：P{x1<Xx2

}=P{Xx2}-P{Xx1}=F(x2)-F(x1)

因此，只要知道了隨機變量X的分布函數(shù)，它的統(tǒng)計特性就可以得到全面的描述.第3頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

分布函數(shù)是一個普通的函數(shù)，正是通過它，我們可以用數(shù)學分析的工具來研究隨機變量.第4頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三二、離散型r.v的分布函數(shù)設離散型r.vX

的概率分布列是P{X=xk

}=pk,

k=1,2,3,…則

F(x)=P(X

x)=

由于F(x)

是X

取的諸值xk

的概率之和，故又稱

F(x)

為累積概率函數(shù).第5頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三當x<0時，{X

x}=，故F(x)=0例1.，求F(x).當0x<1時，

F(x)=P(X

x)=P(X=0)=F(x)=P(X

x)解:X012P第6頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三當1x<2時，

F(x)=P(X=0)+P(X=1)=+=當x2時，

F(x)=P(X=0)+P(X=1)+P(X=2)=1例1.，求F(x).F(x)=P(X

x)解:X012P第7頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三故注意右連續(xù)下面我們從圖形上來看一下.第8頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三概率函數(shù)圖分布函數(shù)圖畫分布函數(shù)圖X012P第9頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

不難看出，F(xiàn)(x)

的圖形是階梯狀的圖形，在

x=0，1，2處有跳躍，其躍度分別等于P(X=0),P(X=1),P(X=2).第10頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三三、分布函數(shù)的性質(zhì)(3)F(x)

非降，即若x1<x2，則F(x1)F(x2);(2)F()=F(x)=0

(4)F(x)

右連續(xù)，即

如果一個函數(shù)具有上述性質(zhì)，則一定是某個r.vX

的分布函數(shù).也就是說，性質(zhì)(1)--(4)是鑒別一個函數(shù)是否是某r.v的分布函數(shù)的充分必要條件.F()=F(x)=1(1)0≤F(x)≤1,－∞<x<+∞;第11頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三試說明F(x)能否是某個r.v

的分布函數(shù).例2.設有函數(shù)F(x)

注意到函數(shù)F(x)在上下降，不滿足性質(zhì)(1)，故F(x)不能是分布函數(shù).不滿足性質(zhì)(2)，可見F(x)也不能是r.v

的分布函數(shù).或者解：第12頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三P66定理3.2.1

例3.3.2

一個班有100名學生其中20歲的有30人，21歲的有40人，22歲的有30人?，F(xiàn)從班上任意挑選一名學生，§是學生的的年齡，求§的分布函數(shù)第13頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三例3.2.3在△ABC中任取一點，設§為該點到底邊AB的距離。又已知AB上的高位h，求§的分布函數(shù)F(x)及F(x)的導數(shù)，并畫出F(x)的圖像。第14頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三例3.2.4

設§是某臺儀器從時刻零開始持續(xù)工作的時間。假設在時刻t以前沒有損壞，而在時間間隔（t，t+△t）中損壞的條件概率為求§的分布函數(shù)為。第15頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3.4連續(xù)型隨機變量

連續(xù)型隨機變量X所有可能取值充滿一個區(qū)間,對這種類型的隨機變量,不能象離散型隨機變量那樣,以指定它取每個值概率的方式,去給出其概率分布,而是通過給出所謂“概率密度函數(shù)”的方式.

下面我們就來介紹對連續(xù)型隨機變量的描述方法.第16頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三.連續(xù)型隨機變量、概率密度定義

設F（x）是隨機變量X的分布函數(shù)，若存在一個非負的函數(shù)f(x),對任何實數(shù)x，有，則稱X為連續(xù)型隨機變量，同時稱f(x)為X的概率密度函數(shù)，簡稱概率密度。

f(x)xoy第17頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三由定義知：1.連續(xù)型隨機變量的分布函數(shù)F(x)

是連續(xù)函數(shù).2.對f(x)的連續(xù)點，有由此F(x)與f(x)可以互推。第18頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三概率密度函數(shù)的性質(zhì)1.2.這兩條性質(zhì)是判定一個函數(shù)f(x)是否為某r.vX的概率密度函數(shù)的充要條件.o

f(x)xy第19頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三3．

f(x)xoyx1x2第20頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

故

X的密度f(x)

在x

這一點的值，恰好是X落在區(qū)間上的概率與區(qū)間長度之比的極限.這里，如果把概率理解為質(zhì)量，f(x)相當于線密度.

若x是f(x)的連續(xù)點，則：=f(x)4.對f(x)的進一步理解:P79中第21頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

要注意的是，密度函數(shù)f(x)在某點處a的高度，并不反映X取值的概率.但是，這個高度越大，則X取a附近的值的概率就越大.也可以說，在某點密度曲線的高度反映了概率集中在該點附近的程度.

f(x)xo第22頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三若不計高階無窮小，有：

它表示隨機變量X

取值于的概率近似等于.在連續(xù)型r.v理論中所起的作用與在離散型r.v理論中所起的作用相類似.第23頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三連續(xù)型r.v取任一指定值的概率為0.即：a為任一指定值這是因為需要指出的是:由于連續(xù)型隨機變量的分布函數(shù)是連續(xù)函數(shù)，從而P(X=a)=0.第24頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

P(X=a)=0的充分必要條件是F(x)是連續(xù)函數(shù)。任意a∈R。由此得，1)對連續(xù)型r.vX,有第25頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三2)由P(X=a)=0可推知而{X=a}并非不可能事件并非必然事件稱A為幾乎不可能事件，B為幾乎必然事件.可見，由P(A)=0,不能推出由P(B)=1,不能推出B=S第26頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三下面給出幾個r.v的例子.

由于連續(xù)型r.v唯一被它的密度函數(shù)所確定.所以，若已知密度函數(shù)，該連續(xù)型r.v的概率規(guī)律就得到了全面描述.

f(x)xo第27頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三解：例1.

設r.v

X

的密度函數(shù)為f(x)求(1)A,(2)F(x),(3)（1）由性質(zhì)2，A=2.第28頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三對x<-1，F(xiàn)(x)=0對對

x>1，F(xiàn)(x)=1求F(x).解：F(x)=P(X

x)=(2)第29頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三即(3).第30頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三大家一起來作下面的練習.求F(x).例2

設由于f(x)是分段表達的，求F(x)時注意分段求.第31頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三=01F(x)第32頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三對連續(xù)型r.v，若已知F(x)，我們通過求導也可求出f(x)，請看下例.即第33頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三例3

設r.vX的分布函數(shù)為(1)求X取值在區(qū)間(0.3,0.7)的概率；

(2)求X的概率密度.解:(1)P(0.3<X<0.7)=F(0.7)-F(0.3)=0.72-0.32=0.4

(2)f(x)=注意到F(x)在1處導數(shù)不存在，根據(jù)改變被積函數(shù)在個別點處的值不影響積分結(jié)果的性質(zhì)，可以在沒意義的點處，任意規(guī)定的值.第34頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三幾種重要的連續(xù)型隨機變量均勻分布（1）若r.vX的概率密度為：則稱X服從區(qū)間[a,b]上的均勻分布，記作：X

～U(a,b)第35頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三它的實際背景是：r.vX

取值在區(qū)間[a,b]上，并且取值在[a,b]中任意小區(qū)間內(nèi)的概率與這個小區(qū)間的長度成正比.則X

具有[a,b]上的均勻分布.分布函數(shù)為:f(x)≥0,滿足概率密度性質(zhì)。第36頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三若X~U[a,b],

(x1,x2)為[a,b]的任意子區(qū)間，則

公交線路上兩輛公共汽車前后通過某汽車停車站的時間，即乘客的候車時間等.均勻分布常見于下列情形：

如在數(shù)值計算中，由于四舍五入，小數(shù)點后某一位小數(shù)引入的誤差；第37頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三例4.

某公共汽車站從上午7時起，每15分鐘來一班車，即

7:00，7:15，7:30,7:45

等時刻有汽車到達此站，如果乘客到達此站時間X

是7:00到7:30之間的均勻隨機變量,試求他候車時間少于5分鐘的概率.解：依題意，

X

～U(0,30)

以7:00為起點0，以分為單位第38頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三

為使候車時間X少于5分鐘，乘客必須在7:10到7:15之間，或在7:25到7:30之間到達車站.所求概率為：從上午7時起，每15分鐘來一班車，即

7:00，7:15，7:30等時刻有汽車到達汽車站，即乘客候車時間少于5分鐘的概率是1/3.第39頁，講稿共45頁，2023年5月2日，星期三例5.設K在[0，5]上服從均勻分布，求方程4x2+4Kx+K+2=0有實根的概率。解：K~U[0，5]，有實根等價于