Влияние параметров нормального распределения на форму нормальной кривой.
Лекция 23. Распределения вероятностей непрерывных случайных величин.
При решении задач, которые выдвигает практика, приходится сталкиваться с различными распределениями непрерывных случайных величин. Плотности распределения непрерывных случайных величин называют также законами распределений. Часто встречаются, например, законы равномерного, нормального и показательного распределений.
Равномерное распределение.
Определение 23.1. Равномерным называют распределение вероятностей непрерывной случайной величины , если на интервале
, которому принадлежат все возможные значения
, плотность сохраняет постоянное значение:
, вне этого интервала
.
Приведем пример равномерно распределенной случайной величины.
Пример 23.1. Шкала измерительного прибора проградуирована в некоторых единицах. Ошибку при округлении отсчета до ближайшего целого деления можно рассматривать как случайную величину , которая может принимать с постоянной плотностью вероятности любое значение между двумя соседними целыми делениями. Таким образом,
имеет равномерное распределение.
Решение. Найдем плотность равномерного распределения , считая, что все возможные значения СВ заключены в интервале
, на котором функция
сохраняет постоянные значения.
По условию, не принимает значений вне интервала
, поэтому
при
и
.
Найдем постоянную . Так как все возможные значения СВ принадлежат интервалу
, то должно выполняться соотношение
или
.
Откуда: .
Итак, искомая плотность вероятности равномерного распределения имеет вид:
График плотности равномерного распределения изображен на рисунке 23.1.
Нормальное распределение.
Определение 23.2. Нормальным называют распределение вероятностей НСВ, которое описывается плотностью
. (23.1)
Так как нормальное распределение определяется двумя параметрами: и
, то достаточно знать эти параметры, чтобы задать нормальное распределение. При этом вероятностный смысл этих параметров таков:
есть математическое ожидание,
– среднее квадратическое отклонение.
Замечание 1.Общим называют нормальное распределение с произвольными параметрами и
. Нормированным называют распределение с параметрами
и
, при этом плотность нормированного распределения имеет вид:
.
Замечание 2.Функция общего нормального распределения имеет вид:
,
а функция нормированного распределения .
Замечание 3.Вероятность попадания нормированной нормальной величины в интервал
можно найти, пользуясь функцией Лапласа Ф
(§ 20.12). Действительно,
Ф
.
Отметим также, что Ф
.
Замечание 4.Вероятность того, что примет значение, принадлежащее интервалу
равна:
Ф
– Ф
. (23.2)
Нормальная кривая.
График плотности нормального распределения называют нормальной кривой (кривой Гаусса). При этом:
1) функция определена на всей оси
;
2) при всех значениях функция принимает положительные значения, т.е. нормальная кривая расположена над осью
;
3) ось служит горизонтальной асимптотой графика функции, т.к.
;
4) функция имеет максимум, равный ;
5) график функции симметричен относительно прямой , т.к. разность
содержится в аналитическом выражении функции в квадрате;
6) точки графика и
являются точками перегиба.
Нормальная кривая при и
изображена на рисунке 23.2.
Влияние параметров нормального распределения на форму нормальной кривой.
Выясним, как влияют на форму и расположение нормальной кривой значения параметров и
.
Известно, что графики функций и
имеют одинаковую форму; сдвинув график
в положительном направлении оси
на
единиц масштаба при
или в отрицательном направлении при
, получим график
. Отсюда следует, что изменение величины параметра
(математического ожидания) не изменяет формы нормальной кривой, а приводит лишь к ее сдвигу вдоль оси
: вправо, если
возрастает, и влево, если
убывает.
По-иному обстоит дело, если изменяется параметр (среднее квадратическое отклонение). Как уже было указано, максимум функции нормального распределения равен
. Отсюда следует, что с возрастанием
максимальная ордината нормальной кривой убывает, а сама кривая становится более пологой, т.е. сжимается к оси
; при убывании
нормальная кривая становится более «островершинной» и растягивается в положительном направлении оси
.
Заметим, что при и
нормальную кривую
называют нормированной.