11
CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN RỜI RẠC THÔNG DỤNG 0.1 Biến ngẫu nhiên Bernoulli Định lý 0.1. BNN X được gọi là BNN Bernoulli nếu X (Ω) = {0; 1} ρ(0) = 1 p; ρ(1) = p với 0 <p< 1. Ký hiệu X B(p). Ví dụ 0.1. Nếu A là một biến cố thì ta có thể định nghĩa hàm chỉ báo của A như sau: I A (ω)= { 1 nếu ω A 0 nếu ω/ A Ta thấy I A B(p) với p = P (A). Ví dụ 0.2. Tung một đồng xu (không nhất thiết cân đối và đồng chất). Giả sử đồng xu xuất hiện mặt sấp với xác suất p, suy ra xác suất đồng xu xuất hiện mặt ngữa là 1 p. Ta đặt các biến cố N : “xuất hiện mặt ngữa”. S : “xuất hiện mặt sấp”. Hiển nhiên Ω= {N ; S }. Ta xét ánh xạ X : −→ R S 7−→ X (S )=1 N 7−→ X (N )=0 Khi đó X B(p). Định nghĩa 0.1. (Dãy phép thử Bernoulli) Một dãy phép thử độc lập mà ở mỗi phép thử có một biến cố A nào đó được quan tâm, sẽ xảy ra với xác suất P (A)= p không đổi và không xảy ra với xác suất P ( A)=1 p, được gọi là dãy phép thử Bernoulli. 0.2 Biến ngẫu nhiên có phân phối nhị thức Định nghĩa 0.2. Xét một dãy gồm n phép thử Bernoulli, biến cố được quan tâm trong mỗi phép thử là biến cố A. Gọi X là số lần xuất hiện biến cố A trong n phép thử. Khi đó, ta nói X là một BNN có phân phối nhị thức với hai tham số p n, ký hiệu X B(n; p). 1

roirac

Embed Size (px)

DESCRIPTION

tham khảo

Citation preview

  • CC BIN NGU NHIN RI RC THNG DNG

    0.1 Bin ngu nhin Bernoulli

    nh l 0.1. BNN X c gi l BNN Bernoulli nu X() = f0; 1gv (0) = 1 p; (1) = p vi 0 < p < 1. K hiu X B(p).

    V d 0.1. Nu A l mt bin c th ta c th nh ngha hm ch boca A nh sau:

    IA (!) =

    1 nu ! 2 A0 nu ! =2 A

    Ta thy IA B(p) vi p = P (A).V d 0.2. Tung mt ng xu (khng nht thit cn i v ng cht).Gi s ng xu xut hin mt sp vi xc sut p, suy ra xc sut ngxu xut hin mt nga l 1 p. Ta t cc bin c

    N : xut hin mt nga. S: xut hin mt sp.Hin nhin = fN ;Sg. Ta xt nh x

    X : ! RS 7! X(S) = 1N 7! X(N) = 0

    Khi X B(p).

    nh ngha 0.1. (Dy php th Bernoulli) Mt dy php th clp m mi php th c mt bin c A no c quan tm, sxy ra vi xc sut P (A) = p khng i v khng xy ra vi xc sutP (A) = 1 p, c gi l dy php th Bernoulli.

    0.2 Bin ngu nhin c phn phi nh thc

    nh ngha 0.2. Xt mt dy gm n php th Bernoulli, bin cc quan tm trong mi php th l bin c A. Gi X l s ln xuthin bin c A trong n php th. Khi , ta ni X l mt BNN cphn phi nh thc vi hai tham s p v n, k hiu X B(n; p).

    1

  • nh l 0.2. Nu X N(n; p) th X() = f0; 1; 2; : : : ;ng. P (X = k) = Cknpk(1 p)nk.

    Chng minh. u tin ca nh l l hin nhin. Ta ch cn chngminh th hai, tc P (X = k) = Cknpk(1 p)nk.

    Dy kt qu ca n php th c biu th bi mt dy n k t gm Av A: AAAA : : : A.

    Bin c (X = k) xy ra khi trong dy c k k t A v n k k tA. Do , xc sut c c mt dy nh vy s bng pk(1p)nk. Mtkhc, c tt c Ckn dy khc nhau vi k k t A v n k k t A. Do ,P (X = k) = Cknp

    k(1 p)nk. V d 0.3. Xc sut mt bnh nhn c cha bnh thnh cng vi kthut mi l p = 0; 8. Gi s c 10 bnh nhn.

    1. Tnh xc sut c 6 bnh nhn c cha bnh thnh cng vi kthut mi.

    2. Tnh xc sut c nhiu nht 8 bnh nhn c cha bnh thnhcng vi k thut mi.

    3. Tnh xc sut c t nht mt bnh nhn c cha bnh thnhcng vi k thut mi.

    Gii. 1. Gi X l s bnh nhn c cha khi bng k thut mi. Khi, X B (10; 0; 8). Ta cn tnh P (X = 6).

    S dng nh l 0.2 ta tnh c

    P (X = 6) = C610(0; 8)6(0; 2)4 = 0; 0881:

    2. Ta cn tnh P (X 8). Ta c

    P (X 8) = 1 P (X = 9) P (X = 10)= 1 C910(0; 8)9 (0; 2) (0; 8)10 = 0; 6242:

    3. Ta cn tnh P (X 1). Ta cP (X 1) = 1 P (X = 0) = 1 (0; 2)10:

    V d 0.4. Mt nh tuyn dng kim tra kin thc ln lt n ng vin,vi xc sut c chn ca mi ng vin 0,56. Nu xc sut nhtuyn dng chn ng 8 ng vin l 0,1794 th s ngi phi kim tral bao nhiu ?

    2

  • Gii. Gi X l s ng c vin c tuyn dng. Khi , X B(n; 0; 56).Ta cn tm n P (X = 8) = 0; 1794. Ta c

    P (X = 8) = 0; 1794, C8n(0; 56)8(0; 44)n8 = 0; 1794, n = 12:Vy n = 12 l gi tr cn tm.

    V d 0.5. Mt my sn xut ln lt tng sn phm vi xc sut xuthin ph phm l 4%. Cho my sn xut n sn phm th thy xc sutc t nht 1 ph phm ln hn 30%. Xc nh gi tr nh nht ca n.

    Gii. Gi X l s ph phm c sn xut. Khi , X B(n; 0; 04). Tacn tm n nh nht P (X 1) > 0; 3.

    P (X 1) > 0; 3, 1 P (X = 0) > 0; 3, P (X = 0) < 0; 7, 0; 96n < 0; 7, n > 8; 7:

    Vy n = 9 l s nh nht tha yu cu bi.

    V d 0.6. Bnh Tay-Sachs l mt bnh di truyn gy ra bi mt gen btthng (ta gi l gen Tay-Sachs). Nhng ngi c gen bt thng nykhng c mt enzym quan trng c gi l hexosaminidase A (Hexa)gip ph v mt cht bo c gi l ganglioside GM2. Cht ny tcht ln no v gy tn hi n cc t bo thn kinh. Tr s sinh bt uc du hiu bnh t 3 n 6 thng. Tr em b bnh Tay-Sachs thngb ic, b m, b bi lit v thng cht tui ln 5. Bnh Tay-Sachsph bin nht ngi Do Thi. Mt s nhm khng phi ngi Do Thicng c nguy c mc bnh cao nh: bao gm nhng ngi c t tin lngi Php-Canada, t Louisiana Bayou, hoc t cc qun th Amish Pennsylvania.

    Nu mt cp v chng khng mc bnh Tay-Sachs nhng c manggen Tay-Sachs th xc sut a tr sinh ra mang bnh Tay-Sachs l 1

    4.

    Gi s cp v chng ny c 4 a con, hy tnh xc sut khng c atr no b bnh.

    Gii. Gi X l s a tr trong gia nh mc bnh Tay-Sachs. Khi ,X B(4; 1

    4). Ta cn tnh P (X = 0).

    Ta c P (X = 0) = C04(34)4 = 0; 3164.

    nh l 0.3. Cho Xi; i = 1; n l n BNN Bernoulli c lp v Xi B(p); i = 1; n. Khi , BNN X = X1 + X2 + + Xn c phn b nhthc vi hai tham s n v p.

    3

  • Vic chng minh nh l 0.3 kh n gin nn dnh cho bn c.nh l 0.3 gip cho vic tm hiu tnh cht ca cc BNN c phn phinh thc tr nn n gin hn.

    Mt trong nhng kh khn ln nht, khi s dng BNN c phn phinh thc, l vic tnh xc sut P (X = k) = Cknpk(1 p)nk vi n ln v pnh rt kh khn. Chng ta th xt v d sau: Mt nh my sn xutbng n vi t l bng hng l 0; 4%. Bit nh my sn xut 10000bng n trong ngy, tnh xc sut trong ngy c 30 bng b hng.

    Sau y l li gii ca bi ton:GiX l s bng n b hng trong ngy. Khi ,X B (10000; 0; 004).

    Ta cn tnh xc sut P (X = 30).Ta c P (X = 30) = C3010000(0; 004)

    30(0; 996)9970. Cng vic cn li cata l n gin gi tr C3010000(0; 004)

    30(0; 996)9970. y thc s l iu rtkh nu chng ta khng dng my tnh.

    Hn na, nu ta gp cc bi ton dng ny vi s lng php thcn ln hn gi tr trn (i khi ln ti hng triu) th d ta dng mytnh cng kh lng n gin gi tr tm c. khc phc nhc imtrn, ta s tm hiu kt qu quan trng sau:

    nh l 0.4. Cho dy s dng fpngn=1;+1 (0; 1) tha iu kinlimn!1

    npn = p > 0. Khi , vi mi k 2 Z>0 ta c

    limn!+1

    Cknpkn(1 pn)nk =

    eppk

    k!:

    Chng minh. t Tn = Cknpkn(1 pn)nk vi mi n 2 Zk. Khi Tn = C

    knp

    kn(1 pn)nk

    =n!

    k! (n k)!pkn(1 pn)nk

    =n (n 1) : : : (n k + 1)

    k!pkn(1 pn)nk

    =1

    k!

    1 1

    n

    : : :

    1 k 1

    n

    (npn)

    k(1 pn)nk:

    Ta tnh c

    limn!+1

    1 1

    n

    : : :

    1 k 1

    n

    = 1.

    limn!+1

    (npn)k = pk.

    Hn na, v limn!+1

    npn = p nn limn!+1

    pn = 0. Do ,

    limn!+1

    (1 pn)nk = limn!+1

    eln(1pn)(nk) = limn!+1

    epn(nk) = ep:

    4

  • Vy limn!+1

    Cknpkn(1 pn)nk =

    eppk

    k!.

    H qu 0.1. Cho n; k 2 Z>0 sao cho n ln hn k rt nhiu. Khi ,vi p l s dng kh gn 0 (c th hn l p 0; 01 ) ta c

    Cknpn(1 p)nk e

    (np)(np)k

    k!:

    Vi H qu 0.1, gi tr C3010000(0; 004)30(0; 996)9970 c th c tnh n

    gin nh sau:

    C3010000(0; 004)30(0; 996)9970 e

    404030

    30!= 0; 0185:

    0.3 Bin ngu nhin c phn phi hnh hc

    nh ngha 0.3. Xt mt dy v hn cc php th Bernoulli, binc c quan tm trong mi php th l bin c A. Gi X l s phpth cn thit xut hin bin c A. Khi , ta ni BNN X c phnphi hnh hc vi tham s p, k hiu X G(p).

    nh l 0.5. Nu X G(p) th X() = Z>0. P (X = k) = (1 p)k1p; k 2 Z>0.

    Chng minh. u ca nh l l hin nhin. Ta s chng minh th hai, tc P (X = k) = (1 p)k1p; k 2 Z>0.

    Bin c (X = k) xy ra khi v ch khi trong k 1 php th u tin,bin c A khng xut hin, trong ln th th k th mi xut hin binc A. Do , P (X = k) = (1 p)k1p. V d 0.7. Gieo mt con xc xc n khi no xut hin mt 1 chm thngng li. Tnh xc sut s ln gieo dng li con s 5.

    Gii. Gi X l s ln gieo cn thit xut hin mt 1 chm. Khi X G(1

    6). Ta cn tnh P (X = 5).

    Ta c P (X = 5) = (1 16)4 1

    6= 0; 0804.

    5

  • nh l 0.6. Nu X G(p) th P (X > k) = (1 p)k vi mi k 2 Z>0.

    Gii. Ta c

    P (X > k) =+1X

    i=k+1

    P (X = i) =+1X

    i=k+1

    (1 p)i1p:

    S dng ng thc+1Pi=0

    ai = 11a vi jaj < 1 ta c

    +1Xi=k+1

    (1 p)i1p = (1 p)kp+1Xi=0

    (1 p)i = (1 p)kp1p= (1 p)k:

    Do P (X > k) = (1 p)k. Trng hp k ln v p nh ta c th dng xp x

    (1 p)k = ek ln(1p) ekp:V d 0.8. Gi s xc sut c ma trong mt ngy vng A l 1

    100. Tnh

    xc sut khng c ma trong mt nm vng A.

    Gii. Gi X l s ngy cn thit xut hin ma vng A. Khi ,X G( 1

    100). Ta cn tnh P (X > 365).

    Ta c P (X > 365) = (1 1100

    )365 e 1100365 = e3;65 = 0; 03.

    0.4 Bin ngu nhin c phn phi nh thc m

    nh ngha 0.4. Xt mt dy v hn cc php th Bernoulli, bin cc quan tm trong mi php th l bin c A. GiX l s php thcn thit bin c A xut hin r ln r 2 Z>0. Khi , ta ni BNN Xc phn b nh thc m vi hai tham s r v p, k hiuX NB(r; p).

    nh l 0.7. Nu X NB(r; p) th X() = fr; r + 1; r + 2; : : :g. P (X = k) = Cr1k1pr(1 p)kr; k 2 Zr.

    6

  • Chng minh. u ca nh l l hin nhin. Ta s chng minh th hai, tc P (X = k) = Cr1k1p

    r(1 p)kr; k 2 Zr.Bin c (X = k) xy ra khi v ch khi trong k 1 php th u tin,

    bin c A xut hin r 1 ln, trong ln th th k cng xut hin binc A. Do , P (X = k) = Cr1k1p

    r(1 p)kr; k 2 Zr. V d 0.9. Xc sut mt x th bn trng mc tiu l 0,8. X th chngng bn khi no mc tiu b trng 3 vin n. Tnh xc sut x thngng bn ln bn th 5.

    Gii. Gi X l s ln bn cn thit mc tiu b trng 3 vin n.Khi , X NB(3; 0; 8). Ta cn tnh P (X = 5).

    Ta c P (X = 5) = C24(0; 8)3(0; 2)2 = 0; 1229.

    nh l 0.8. Xt mt dy v hn cc php th Bernoulli, bin c cquan tm trong mi php th l bin c A. Gi G1 l s php th cnthit ln u xut hin bin c A, G2 l s php th c cngthm ln th 2 xut hin bin c A, G3 l s php th c cngthm ln th 3 xut hin bin c A, . . . , Gr l s php th ccng thm ln th r xut hin bin c A. Khi , Gi; i = 1; r l ccBNN c lp v Gi G(p). Hn na, G1 +G2 + +Gr NB(r; p):

    Chng minh nh l 0.8 kh n gin nn dnh cho bn c. Ktqu thu c trong nh l 0.8 rt tin li khi nghin cu tnh cht caBNN c phn phi nh thc m.

    0.5 Bin ngu nhin c phn phi Poisson

    nh ngha 0.5. BNN X c gi l BNN c phn phi Poisson vitham s > 0 nu hai iu kin sau y c tha mn:

    X() = Z0.

    P (X = k) = ek

    k!; k 2 Z0.

    Da vo H qu 0.1, ta thy phn phi Poisson l gii hn ca phnphi nh thc vi cc tham s p =

    nv n khi n! +1. Do , phn phi

    Poisson cng c nhiu ng dng trong thc t.M hnh phn phi Poisson l m hnh thng c dng cho cc

    BNN dng s bin c xy ra trong mt khong thi gian no . Taxt v d sau y:

    7

  • V d 0.10. Quan st mt ca hng ngi ta thy c trung bnh 1 gi c30 khch n mua hng. Tnh xc sut c 4 khch vo ca hng trong10 pht.

    Sau y l li gii ca bi ton: Gi X l s khch vo ca hngtrong 10 pht. Ta cn tnh P (X = 4).

    Ta chia 10 pht thnh n (n ln) khong thi gian bng nhau[t0; t1]; [t1; t2]; : : : ; [tn1; tn] vi tn t0 = 10 sao cho mi khong c ti amt v khch vo. V trung bnh 1 gi c 30 khch vo siu th nn trong10 pht c trung bnh 5 khch vo siu th. Do , xc sut mt khongthi gian [ti; ti+1] c khch vo siu th l pn = 5n . Ta suy ra tng skhch n ca hng trong 10 pht tun theo lut phn phi nh thcvi tham s p = 5

    nv n. Do , nu cho n ! +1 ta c ngay BNN X c

    phn b Poisson vi tham s = 5. Vy P (X = 4) = e5544!

    = 0; 1755.

    V d 0.11. Mt bn xe khch trung bnh c 70 xe xut bn trong 1 gi.Tnh xc sut trong 5 pht c 3 xe xut bn.

    Gii. GiX l s xe xut bn trong thi gian 5 pht. Khi ,X P (356).

    Ta cn tnh P (X = 3).

    Ta c P (X = 3) =e

    356 35

    6

    33!

    = 0; 0969.

    V d 0.12. Quan st thy trung bnh 5 pht c 15 khch hng vo 1siu th nh. Tm xc sut c nhiu hn 2 khch vo siu th trong30 giy ?

    Gii. Gi X l s khch vo siu th trong thi gian 30 giy. Khi ,X P (1; 5). Ta cn tnh P (X > 2).

    P (X > 2) = 1 P (X = 0) P (X = 1) P (X = 2)= 1 e

    1;5 (1; 5)00!

    e1;5 (1; 5)1

    1! e

    1;5 (1; 5)22!

    = 0; 1912

    Vy P (X > 2) = 0; 1912.

    0.6 Bin ngu nhin c phn phi siu bi

    nh ngha 0.6. Mt tp hp gm c M phn t, trong c Nphn t (1 N < M ) mang tnh cht A. Ly ngu nhin mt lt nphn t thuc tp hp . Gi X l s phn t c tnh cht A trongn phn t ly ra. Khi , ta ni BNN X c phn b siu bi vi batham s N;M v n, k hiu X H(M ;N ;n).

    8

  • nh l 0.9. Nu X H(M ;N ;n) th X () = fmin fn (M N) ; 0g ; : : : ;min fn;Ngg.

    P (X = k) = CkNC

    nkMN

    CnM; k 2 X().

    Gii. chng minh u ca nh l 0.6 ta xt cc trng hp sau:+ Nu n M N ;n N th tp gi tr ca X l

    X () = f0; 1; : : : ; ng :

    + Nu n M N ;n > N th tp gi tr ca X l

    X () = f0; 1; : : : ; Ng :

    + Nu n > M N ;n N th tp gi tr ca X l

    X () = fn (M N) ; n (M N) + 1; : : : ; ng :

    + Nu n > M N ;n > N th tp gi tr ca X l

    X () = fn (M N) ; n (M N) + 1; : : : ; Ng :

    Kt hp cc trng hp trn ta suy ra

    X () = fmin fn (M N) ; 0g ; : : : ;min fn;Ngg :

    chng minh hai ta c nhn xt: bin c (X = k) xy ra khitrong n phn t ly ra c k phn t c tnh cht A cn n k phn tcn li khng c tnh cht A. C CkN cch ly k phn t t N phn tc tnh cht A, CnkMN cch ly n k phn t t M N phn t khngc tnh cht A. Do , s bin c s cp thun li cho bin c (X = k)l CkN CnkMN . Hn na, s cch ly n phn t tp hp ban u l CnM .Chnh v th, ta c P (X = k) = C

    kNC

    nkMN

    CnM; k 2 X().

    V d 0.13. Mt thng bia c 24 chai trong ln 3 chai qu hn sdng. Chn ngu nhin t thng ra 4 chai bia (chn 1 ln). Tnh xcsut chn c c 4 chai bia khng qu hn s dng.

    Gii. Gi X s chai bia khng qu hn dng. Khi , X H(24; 21; 4).Ta cn tnh P (X = 4).

    Ta c P (X = 4) =C421C424

    = 0; 5632.

    9

  • V d 0.14. Mt ca hng bn 50 con c chp, trong c 18 con cchp Nht. Mt khch hng chn ngu nhin 4 con c chp (chn 1ln). Tnh xc sut c t 2 ti 4 con c chp Nht.

    Gii. GiX l s con c chp Nht c ly ra. Khi ,X H(50; 18; 4).Ta cn tnh P (2 X 4). Ta c

    P (X = 2) =C232C

    218

    C450= 0; 3295

    P (X = 3) =C132C

    318

    C450= 0; 1134

    P (X = 4) =C418C450

    = 0; 0133

    Do , P (2 X 4) = 0; 4562. Nhn xt 0.1. Mt trong nhng kh khn khi s dng phn phi siubi l trng hp M;N nhn nhng gi tr kh ln. Khi , xc sutP (X = k) rt kh tnh ton ngay c khi s dng my tnh. Chng tath xt bi ton sau:

    V d 0.15. Mt hp ng 100000 vin bi, trong c 40000 bi . Chnngu nhin 10 bi t hp, tnh xc sut c 7 bi .

    Sau y l li gii ca bi ton:Gi X l s bi trong 10 bi ly ra, suy ra X H (100000; 40000; 10).

    Ta cn tnh P (X = 7). Ta c

    P (X = 7) =C740000C

    360000

    C10100000:

    Cng vic cn li ca ta l n gin gi tr C740000C

    360000

    C10100000. y thc s l

    iu rt kh nu chng ta khng c s h tr ca my tnh. Hn na,nu ta gp cc bi ton dng ny vi s lng c th c kho st cnln hn gi tr trn (i khi ln ti hng triu) th d chng ta c ccmy tnh cng kh lng n gin gi tr tm c. khc phc nhcim trn, ta s tm hiu kt qu quan trng sau:

    nh l 0.10. Cho M;N; n 2 Z>0, nu n N; n M N (k hiua b c hiu l t s a

    brt gn s 0) th vi mi s t nhin k

    khng ln hn n ta c

    CkNCnkMN

    CnM Cknpk(1 p)k

    vi p = NM

    (k hiu a b c hiu l t s abrt gn 1).

    10

  • Chng minh. Ta bin i

    CkNCnkMN

    CnM=

    n!N ! (M N)! (M n)!k! (n k)! (N k)!M ! (M N n+ k)! :

    V n N; nM N nn N !

    (Nk)! = Nk1 k1

    N

    : : :1 1

    N

    Nk. (Mn)!

    M != 1

    Mn(1n1M ):::(1 1M ) 1

    Mn.

    (MN)!(MNn+k)! (M N)nk.

    Khi , CkNC

    nkMN

    CnM Ckn N

    k(MN)nkMn

    = Cknpk(1 p)nk vi p = N

    M.

    Tr li V d 0.15, v 10 40000; 10 60000 nn

    P (X = 7) =C740000C

    360000

    C10100000 C710(0; 4)7(0; 6)3 = 0; 042467:

    T nh l 0.10 ta c th rt ra h qu quan trng sau:

    H qu 0.2. Cho X H (M ;N ;n), nu n N; n M N th ta cth xem X B n; N

    M

    .

    11