by QZQ
基本
定义
- 若连续型随机变量X的概率密度为
f(x)=12π‾‾‾√σe−(x−μ)22σ2,−∞<x<∞
其中 μ , σ 为常数,则称X服从参数为 μ , σ 的正态分布或高斯分布,记为 X∼N(μ,σ2) . - 事实上, μ 是X的期望, σ2 是X的方差.
性质
- 曲线关于
x=μ
对称,这表明对于任意
h>0
有
P{μ−h<X≤μ}=P{μ<X≤μ+h}
- 当
x=μ
时取到最大值
f(μ)=12π‾‾‾√σ
- 在 x=μ±σ 处曲线有拐点。曲线以 Ox 轴为渐近线.
定性分析参数
- 固定 σ 改变 μ ,图形沿着 Ox 平移,不改变形状.正态分布的概率密度曲线的位置完全由参数 μ 所确定, μ 称为位置参数.
- 固定 μ 改变 σ ,由于最大值 f(μ)=12π√σ ,可知当 σ 越小时图形变得越尖,因而X落在 μ 的概率越大.
标准正态分布
当 μ=0,σ=1 时称随机变量X服从标准正态分布.其概率密度和分布函数分别用 φ(x),Φ(x) 表示.
引理
若 X∼N(μ,σ2) ,则 Z=X−μσ∼N(0,1)
分位点
设 X∼N(0,1) ,若 zα 满足条件
P{X>zα}=α,0<α<1,
则称点 zα 为标准正态分布的上 α 分位点.
相关的样本分布
χ2 分布
设
X1,X2,...,Xn
是来自总体N(0,1)的样本,则称统计量
χ2=X21+X22+...+X2n
服从自由度为n的 χ2 分布,记为 χ2∼χ2(n)
性质
- 可加性。
χ21+χ22∼χ2(n1+n2)
- 期望、方差
E(χ2)=n,D(χ2)=2n
上分位点
χ2α(n)≈12(zα+2n−1‾‾‾‾‾‾√)2
t 分布
设
t=XY/n‾‾‾‾√
服从自由度为n的 t 分布.记为
上分位点
对称性:
t1−α(n)=−tα(n)
n>45时,
tα(n)≈zα
F 分布
设
F=U/n1V/n2
服从自由度为 (n1,n2) 的 F 分布,记为
上分位点
F1−α(n1,n2)=1Fα(n2,n1)
正态总体的样本均值与样本方差的分布
对于总体X(任意分布,只要求存在均值和方差)的均值为
μ
,方差为
σ2,X1,X2,...Xn
是来自X的一个样本,
X⎯⎯⎯,S2
分别是样本均值和样本方差。
即
X⎯⎯⎯=1n∑i=1nXi
S2=1n−1∑i=1n(Xi−X⎯⎯⎯)2=1n−1(∑i=1nX2i−X⎯⎯⎯2)
有 E(X⎯⎯⎯)=μ,D(X⎯⎯⎯)=σ2/n,E(S2)=σ2.
进而,设
X∼N(μ,σ2),X⎯⎯⎯
服从正态分布.
有以下定理
定理1
X⎯⎯⎯∼N(μ,σ2/n)
定理2
1.
(n−1)S2σ2∼χ2(n−1)
2.
X⎯⎯⎯与S2相互独立
定理3
X⎯⎯⎯−μS/n√∼t(n−1)
定理4
设 X1,X2,...,Xn与Y1,Y2,...,Yn 分别是来自正态总体 N(μ1,σ21)和N(μ2,σ22) 的样本,且相互独立.
有
1.
S21/S22σ21/σ22∼F(n1−1,n2−1)
2. 当 σ21=σ22=σ2
(X⎯⎯⎯−Y⎯⎯⎯)−(μ1−μ2)Sw1n1+1n2‾‾‾‾‾‾‾‾√∼t(n1+n2−2)
其中
S2w=(n1−1)S21+(n2−1)S22n1+n2−2,Sw=S2w‾‾‾√
这篇博客详细介绍了正态分布的定义、性质及参数分析,包括标准正态分布和与之相关的χ2分布、t分布、F分布。文章讨论了这些分布的特性,如上分位点,并阐述了正态总体的样本均值和样本方差的分布规律。
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