二项分布
令随机变量 X 表明在 n 次彼此独立的伯努利实验中成功的次数,其中每次伯努利实验的成功概率均为 p,则可称变量 X 服从二项分布。记作 X∼B(np)。
其中 X 的值为 k 的概率记作 b(k;n;p)
b(k;n;p)=(kn)pk(1−p)n−k
X 的期望和方差分别为
E(X)D(X)=np=np(1−p)
当 n 非常大时,计算 b(k;n;p) 比较麻烦,可以考虑当 n→∞ 时,简化表达式 b(k;n;p),
n→∞limb(k;n;p)E(X)=n→∞lim(kn)pk(1−p)n−k=n→∞limk!n(n−1)(n−2)⋯(n−k+1)pk(1−p)n−k=np
表达式的极限不存在,需要附加条件。可以考虑构造一个分布 X∼B(n,pn),其中的 pn 随着 n 变化而变化,假定期望 npn 为定值,设 λn=npn,且 n→∞limλn=λ,此时
n→∞limb(k;n;pn)=n→∞lim(kn)pnk(1−pn)n−k=n→∞limk!n(n−1)(n−2)⋯(n−k+1)pk(1−p)n−k=n→∞limk!pkn(n−1)(n−2)⋯(n−k+1)pk(1−p)n−k=n→∞limk!λnk(1−n1)(1−n2)⋯(1−nk−1)(1−nλn)n−k=n→∞limk!λk×1×(1−nλn)−λnnnλn(k−n)=k!λke−λ
如果一个离散变量 X 服从这种分布,则称为 泊松分布,记作 X∼P(λ),
P{X=k}E(X)D(X)=k!λke−λ=λ,(k=0∑∞k!λk=eλ)=λ
求解泊松分布的方差:
E(X2)=k=0∑∞k2k!λke−λ=k=1∑∞k2k!λke−λ=λe−λk=1∑∞k(k−1)!λk−1=λe−λk=0∑∞(k+1)k!λk=λe−λ(k=0∑∞λ(k−1)!λk−1+k=0∑∞k!λk)=λe−λ(λeλ+eλ)=λ2+λ
D(X)=E(X2)−E2(X)=λ
与二项分布的方差相比,少了一个 1−p,由于
n→∞limpn=n→∞limnpnn1=λ⋅0=0
则 1−pn 最终趋向于 0,方差只剩下 λ.
参考资料·
排队论基础
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