Умблик
Справочник вероятности
Повторные испытания
Вероятность и статистика · Повторные испытания

Наиболее вероятное число успехов

Мода биномиального распределения и случай двух одинаковых максимумов.

6 минут на чтениеЗаданий для самопроверки: 3

Чему научимся

Понятие помогает найти наиболее вероятный результат серии, не вычисляя всю таблицу биномиальных вероятностей. Оно также показывает, почему ожидание np и самое вероятное допустимое значение — не одно и то же.

Главная идея. Мода биномиального распределения — целое число успехов с наибольшей отдельной вероятностью. Она определяется положением числа (n + 1)p и может быть одной или двумя соседними точками.

План рассуждения и проверка понимания
  1. Проверьте биномиальные условия и отдельно обработайте границы p = 0 и p = 1, где мода равна 0 или n.
  2. Для 0 < p < 1 вычислите r = (n + 1)p и найдите целые m в промежутке r − 1 ≤ m ≤ r.
  3. Если r не целое, назовите единственную моду ⌊r⌋ — целую часть с округлением вниз; если r целое, назовите обе моды r − 1 и r.
  4. При необходимости проверьте соседние вероятности по их отношению, а не округлением математического ожидания np.

Частая ошибка. Округлить среднее np и получить одну моду, пропустив случай двух равных максимумов или даже выбрав неверную точку при малом n.

Как проверить себя. Используйте именно (n + 1)p: целое значение создаёт две моды r − 1 и r, а нецелое — одну моду, равную целой части r.

Схема к теме

Наглядная модель: Наиболее вероятное число успехов

Мода биномиального распределения и случай двух одинаковых максимумов.

Наглядная модель: Наиболее вероятное число успеховМода биномиального распределения и случай двух одинаковых максимумов.1Условиячто известно и чтотребуется2Модельпорядок, повторения идопустимые исходы3Подсчёткаждый вариантучитывается один раз4Проверкамалый случай можновыписать вручную
  • 1. Условия — что известно и что требуется
  • 2. Модель — порядок, повторения и допустимые исходы
  • 3. Подсчёт — каждый вариант учитывается один раз
  • 4. Проверка — малый случай можно выписать вручную
Последовательность отделяет выбор модели от вычисления и не даёт потерять или повторно учесть варианты. Вывод: Сначала ответьте на вопросы о порядке и повторениях, только потом выбирайте формулу.
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами

Объясните, почему при n = 5 и p = 0,5 числа успехов 2 и 3 одинаково наиболее вероятны, хотя математическое ожидание равно 2,5.

В хорошем объяснении есть:

  • Вычислено (n + 1)p = 3 и применён целый случай с модами 2 и 3.
  • Различены недопустимое как отдельный исход среднее 2,5 и два допустимых целых максимума распределения.

Вероятнее остальных

Мода биномиального распределения — число успехов, вероятность которого максимальна среди всех значений. Максимальная отдельная вероятность может быть небольшой: «самый вероятный» не означает «произойдёт наверняка» или «произойдёт чаще всех остальных вместе».

Для 0<p<10<p<1 отношение соседних вероятностей равно P(X=k+1)P(X=k)=n−kk+1p1−p\frac{P(X=k+1)}{P(X=k)}=\frac{n-k}{k+1}\frac p{1-p}. Пока оно больше единицы, вероятности растут; после перехода ниже единицы убывают. Отсюда модами являются целые числа mm в промежутке (n+1)p−1≤m≤(n+1)p(n+1)p-1\le m\le(n+1)p.

Один или два максимума

Если (n+1)p(n+1)p не целое, мода единственная: ⌊(n+1)p⌋\lfloor(n+1)p\rfloor. Если это целое rr, максимумы достигаются в r−1r-1 и rr. При p=0p=0 единственная мода 0, при p=1p=1 — nn: границы рассматривают отдельно. Это дополнительная тема исследования биномиальной модели.

Три примера

  1. При n=10n=10, p=0.3p=0.3 получаем (n+1)p=3.3(n+1)p=3.3. Наиболее вероятны ровно три успеха.
  2. При n=5n=5, p=0.5p=0.5 произведение равно 3: моды 2 и 3. Коэффициенты строки Паскаля для них одинаковы: 10 и 10.
  3. При n=2n=2, p=0.4p=0.4 мода равна 1, хотя ожидание np=0.8np=0.8. Среднее теоретическое значение не обязано быть допустимым результатом.

Ошибки

Округление npnp не является общим правилом. При n=2n=2 и p=0.3p=0.3 среднее 0.6 округляется до 1, но (n+1)p=0.9(n+1)p=0.9, и единственная мода — 0. Когда мод две, нужно назвать обе. Для других распределений эта формула не действует: максимум исследуют заново.

Формула, смысл и ограничения

Главные формулы с расшифровкой

(n+1)p−1≤m≤(n+1)p(n+1)p-1\le m\le(n+1)p

Формула словами: При 0 < p < 1 целые m в этом промежутке — моды биномиального распределения.

От формулы к наблюдению

Попробуйте самостоятельно

Измените параметры и сопоставьте расчёт с результатами случайного эксперимента.

От простого к сложному

Проверьте себя

Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.

Открываем задание…

Открываем задание…

Открываем задание…

Источники и соглашения

Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.