Умблик
Справочник вероятности
Случайные величины
Вероятность и статистика · Случайные величины

Случайная величина

Как числовая характеристика опыта превращает исходы в удобную вероятностную модель.

6 минут на чтениеЗаданий для самопроверки: 3

Чему научимся

Она сжимает сложный исход до интересующего числа — суммы очков, количества дефектов или времени ожидания — и тем самым позволяет применять единый аппарат распределений, ожидания и дисперсии.

Главная идея. Случайная величина — заранее заданная числовая функция X на исходах опыта. После опыта наблюдается одно её значение, но распределение описывает все возможные значения и вероятности их прообразов.

План рассуждения и проверка понимания
  1. Определите пространство исходов и точное правило X(ω), включая единицы измерения и кодировку нечисловых признаков.
  2. Найдите все возможные значения X и для каждого соберите исходы, которые к нему приводят, не предполагая их равновозможность автоматически.
  3. Сложите вероятности прообразов каждого значения и проверьте, что получившийся закон неотрицателен и нормирован на единицу.

Частая ошибка. Путать исход с числом X или считать разные значения величины равновероятными: у суммы двух костей значение 7 имеет больше прообразов, чем значение 2.

Как проверить себя. Сначала перечислите элементарные исходы и примените к ним функцию; вероятность значения равна сумме весов всех исходов его прообраза, а не одному общему знаменателю значений.

Схема к теме

Наглядная модель: Случайная величина

Как числовая характеристика опыта превращает исходы в удобную вероятностную модель.

Наглядная модель: Случайная величинаКак числовая характеристика опыта превращает исходы в удобную вероятностную модель.случайнаявеличинаисходчисловая функцияСлучайнаявеличина
  • Случайная величина → случайная величина
  • Случайная величина → исход
  • Случайная величина → числовая функция
Схема связывает понятие «Случайная величина» с его ключевыми признаками. Вывод: Свяжите определение, условия и обозначения: тогда формула станет краткой записью уже понятной идеи.
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами

Для двух костей объясните разницу между исходом (1,3), значением суммы X = 4 и событием {X = 4}, перечислив все прообразы и вычислив их вероятность.

В хорошем объяснении есть:

  • Названы три упорядоченные пары (1,3), (2,2), (3,1).
  • Событие отделено от отдельного исхода, а вероятность получена как 3/36.

Число, зависящее от исхода

Случайная величина — числовая функция на пространстве исходов. Правило вычисления задаётся заранее, а значение зависит от результата опыта. После броска двух костей можно записать исход как упорядоченную пару, а величину XX определить как сумму очков. Разные исходы способны давать одно и то же значение.

Обозначение XX относится к функции, а xx — к конкретному числу. Запись P(X=7)P(X=7) означает вероятность множества всех исходов, для которых сумма равна 7. В конечном пространстве любая числовая функция подходит. В общей теории дополнительно требуется измеримость: множества вида {X≤x}\{X\le x\} должны быть событиями.

Модель и наблюдение

Число дефектов, время ожидания и результат измерения — разные случайные величины, даже если они связаны с одним опытом. Единицы измерения входят в смысл величины. Полученное в одном опыте значение называют реализацией; оно не заменяет распределение всех возможных значений и их вероятностей.

Три примера

  1. Бросаем честную кость и определяем XX как индикатор чётности: 1 для чётного, 0 для нечётного. Тогда P(X=1)=3/6=1/2P(X=1)=3/6=1/2, а не 1/61/6.
  2. Для двух независимых честных костей XX — сумма очков. Значение 4 возникает при парах (1,3),(2,2),(3,1)(1,3),(2,2),(3,1), поэтому P(X=4)=3/36=1/12P(X=4)=3/36=1/12.
  3. При выборе коробки с вероятностями 0.6 и 0.4 число находящихся в ней карандашей равно соответственно 2 и 5. Закон величины состоит из этих двух значений с вероятностями 0.6 и 0.4; числа 3 и 4 невозможны.

Ошибки

Исход и значение величины — не одно и то же. Цвет шара сам по себе не число, но его можно кодировать индикатором; тогда нужно объяснить кодировку. Не следует автоматически считать значения равновозможными: сумма двух костей распределена неравномерно.

Формула, смысл и ограничения

Главные формулы с расшифровкой

X:Ω⟶RX:\Omega\longrightarrow\mathbb R

Формула словами: Каждому исходу ω поставлено в соответствие число X(ω); события вида X ≤ x должны иметь вероятность.

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.