概率論與數理統計 期末複習

2022-07-07 20:24:13 字數 4189 閱讀 6291

零:基礎知識

常見函式的導數:

\[(\log_a x)' = \frac 1 \\

(a^x) = a^x \ln a \\

(\tan x)' = \sec^2 x \\

(\cot x)' = -\csc^2 x \\

(\sec x)' = \sec x \tan x \\

(\csc x)' = - \csc x \cot x \\

(\arcsin x)' = \frac 1 } \\

(\arccos x)' = - \frac 1 } \\

(\arctan x)' = \frac 1 \\

(\mathrm x)' = - \frac 1

\]泰勒展開:

\[e^x = \sum_^\frac \\

f(x)=\sum_^\infty \frac(x_0)\cdot(x-x_0)^k}

\]第一章:隨機事件與概率

概率空間:\((\omega,f,p)\)

\[p(a - b) = p(a) - p(ab) \\

p(a + b) = p(a) + p(b) - p(ab) \\

古典概型:p(a) = \frac m n \\

幾何概型:p(a) = \frac \\

條件概率:p(a|b) = \frac \\

\]事件的獨立性

第二章:隨機變數及其概率分布

分布律:

離散:p

連續:f

二項分布:

n重伯努利試驗,事件發生k次的概率為:

\[x\sim b(n,p)\\

p_k = p(x = k) = c_n^k p^k (1 - p)^=b(k;n,p), k=0,1,...,n \\

\]泊松分布:

\[x\sim p(\lambda) \\

p(x=k)=e^\frac=p(k; \lambda), \lambda >0, k=0,1,...

\]當 n 很大\((n\ge20)\),p 很小\((p\le0.05)\)時,可用泊松分布模擬,即

\]指數分布:

\[f(x) = \lambda e^i_(x))

\]正態分佈:

\[f(x) = \frac\sigma}e^}\\

x\sim n(\mu, \sigma^2) \rightarrow \frac\sigma \sim n(0, 1)

\]正態分佈具有獨立可加性

第三章:多為隨機變數及其概率分布

x、y獨立,即:

\[f(x,y)=f_x(x)f_y(y)

\]泊松分布與正態分佈的再生性

卷積公式:

\[若x,y相互獨立,則z=x+y有:\\

f_z(z)=\int_^\infty f_x(x)f_y(z-x)

\]隨機變數最值的分布

第四章:隨機變數的數字特徵

期望與方差:

期望的存在性:

\[離散:\sum_|x_k|p_k<\infty時存在\\

連續:\int_^\infty|x|f(x)dx<\infty 時存在

\]隨機變數的函式的期望:

\[y=g(x)\\

e(y)=\int_^\infty g(x)f(x)dx

\]均勻分布中數學期望的幾何意義

方差:\[d(x)=e\=\int_^\infty[x-e(x)]^2f(x)dx\\

=e[x^2-2e(x)x+e(x)^2]=e(x^2)-e(x)^2

\]方差的性質:

\[d(cx)=c^2x\\

d(x\pm y)=d(x)+d(y)\pm 2e\=d(x)+d(y)\pm 2cov(x,y)\\

xy獨立時:d(x\pm y)=d(x)+d(y)

\]切比雪夫不等式:

\[p[|x-e(x)|\ge\epsilon]\le\frac

\]協方差:

\[cov(x,y)=e\=e(xy)-e(x)e(y)

\]協方差的性質:

\[cov(ax, by)=abcov(x,y)\\

cov(x_1+x_2,y)=cov(x_1,y)+cov(x_2,y)

\]\[\rho_=\frac}

\]第五章:概率極限定理

中心極限定理:

\[若x_1,x_2,...,x_n獨立同分布,且e(x_k)=\mu,d(x_k)=\sigma^2(k=0,1,,...,n)\\

則有\sum_^n x_k \frac\sim n(n\mu,n\sigma^2)

\]對於x服從兩點分布的情況,我們有

\[若p(x_k=1)=p\\

則\sum_n x_k\frac\sim n(np,np(1-p))\\

即\frac}\frac\sim n(0,1)

\]第六章:數理統計的基本概念

總體:全部可能觀察值x

簡單隨機樣本:\(x_1,x_2,...,x_n\)

樣本值:\(x_1,x_2,...,x_n\)

統計量:\(g(x_1,x_2,...,x_n)\)(乙個不含未知引數的簡單隨機樣本的函式)

\[樣本方差:s^2=\frac 1 \sum_^n(x_i-\overline)^2 \\

樣本k階原點矩:a_k=\frac 1 n\sum_^nx_i^k \\

樣本k階中心矩:b_k=\frac 1 n\sum_^n(x_i-\overline x)^k

\]\(\chi^2\)分布:

\[x_1,x_2,...,x_n\sim n(0,1)\\

\chi^2=x_1^2+x_2^2+...+x_n^2\sim \chi^2(n)

\]性質:

\[若\chi_1^2\sim \chi^2(n_1),\chi_2^2\sim \chi^2(n_2),且\chi_1^2與\chi_2^2獨立,則\chi_1^2+\chi_2^2\sim \chi^2(n_1+n_2) \\

若\chi^2\sim \chi^2(n),則e(\chi^2)=n,d(\chi^2)=2n

\]t分布:

\[設x\sim n(0,1), y\sim \chi^2(n),且x,y獨立,則\\

t=\frac x }\sim t(n)

\]當\(n\to\infty\)時,t分布與正態分佈相似;

關於y軸對稱

f分布\[u\sim \chi^2(n_1), v\sim \chi^2(n_2), u與v相互獨立,則\\

f=\frac\sim f(n1, n2)

\]正態總體樣本的平均值和方差的性質:

\[設x_1,x_2,...,x_n是來自正態總體n(\mu,\sigma^2)的樣本,\overline x和s^2分別是樣本均值和方差,則有:\\

\overline x \sim n(\mu,\fracn)(重要)\\

\frac\sim \chi^2(n-1)即\frac\sim \chi^2(n-1)(重要)\\

\overline x與s^2獨立\\

\frac}\sim t(n-1)

\]第七章 引數估計

\(\hat(x_1,x_2,...,x_n):\theta 的估計量(本質上是乙個統計量)\)

\(\hat(x_1,x_2,...,x_n)=\hat:\theta的估計值\)

矩估計:

\[總體k階矩:\mu_k=e(x^k),含有引數\theta\\

樣本k階矩:a_k=\frac 1 n \sum_^nx_k\\

令\mu_k=a_k,解方程即可

\]最大似然估計:

解方程使得\(l(\theta)=p(x_1=x_1,x_2=x_2,...,x_n=x_n)\)取得最大值

即\[l(\theta)=\prod_^n p(x_i=x_i)或\prod_^n f(x_i)取得最大值

\]解法:取對數後求導

\(\hat的無偏性:e(\hat)=\theta\),指示估計量是否均勻分布在實際值兩側

方法:寫出\(e(\hat)\)與\(x_i\)的關係式;寫出\(\theta\)與x的關係式;判斷是否相等

假設檢驗

\(\sigma^2\)未知時關於\(\mu\)的檢驗:

\[檢驗統計量:\frac} \\

拒絕域:w=(n-1)}, 假設\mu=\mu_0\\

w=, 假設\mu \le \mu_0

\]當樣本觀測值落入拒絕域中時,認為假設不成立。

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