Среднее квадратическое отклонение (стандарт)

Определение.Средним квадратическим отклонением (с.к.о.) случайной величины Х называется квадратный корень из её дисперсии:

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru . (12.6.1)

Среднее квадратическое отклонение имеет тот же смысл, что и дисперсия, т.е. является характеристикой рассеяния возможных значений случайной величины вокруг её математического ожидания. Вторая характеристика того же признака введена потому, что в отличие от дисперсии среднее квадратическое отклонение имеет ту же размерность, что и значения случайной величины. Например, если xiи МХ измеряются в метрах, то DX будет измеряться в квадратных метрах, что неудобно, а среднее квадратическое отклонение – соответственно снова в метрах.

Числовые характеристики основных дискретных распределений

Индикатор события

Найдём для характеристической случайной величины Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru (8.2.1) её математическое ожидание, дисперсию и среднее квадратическое отклонение. Очевидно, что величина Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru имеет такой же закон распределения, что и Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru :

ck
pk q p
Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru
pk q p

Тогда

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru (12.7.1)

Биномиальное распределение

Пусть случайная величина Х принимает значения k=0,1,2,…,п и распределена по биномиальному закону:

Р(Х=k)= Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru (12.7.2)

Величину Х можно рассматривать как сумму независимых случайных величин

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru , (12.7.3)

где слагаемыми являются характеристические случайные величины. Действительно, рассмотрим индикаторы каждого из п испытаний

c1   c2   ck   cn
p q р p q р p q р p q р

и составим ряд распределения случайной величины (12.7.3), которая по определению суммы случайных величин принимает возможные значения, равные всевозможным суммам, составленным из п нулей и единиц. Таких сумм будет Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru , где k- число единиц в сумме. Вероятности принятия этих значений получим, перемножив вероятности р и q в нужных количествах.

Х= Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru 0+0+…++0=0 (1 комбинация) 0+0+…+ +0+1=1 ( Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru комбинаций) 0+0+…+0+ +1+1=2 ( Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru комбинаций) 0+0+…+ +1+1+…1=k ( Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru комбинаций) … … 0+1+1+…+1= n-1 ( Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru комбинаций) 1+1+…+ +1=n (1 комбинация)
p qn Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru …… n Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru

Получили биномиальное распределение случайной величины (12.7.3). Для нахождения её числовых характеристик воспользуемся свойствами линейности математического ожидания и дисперсии относительно суммирования и формулами (10.12.1):

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru (12.7.4)

Теперь становится понятным смысл случайной величины Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru в приближённых формулах Лапласа (7.2.2, 7.2.4). А именно, Х представляет собой отклонение числа появлений события А от его математического ожидания (среднего значения), измеренное в стандартах, или так называемое нормированное отклонение.

Пример.Стрелок делает 2 выстрела в цель. Вероятность попадания при одном выстреле равна р, промаха – q. Тогда числа попаданий при первом и втором выстрелах имеют распределение

c1   c2
p q р p q р

Сумма Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru имеет распределение

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru 0+1=1
p q2 2рq p2

При трёх выстрелах имеем распределение:

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru
p q3 3рq2 3pq2 p3

Это частные случаи биномиального распределения при п=2 и 3.

Распределение Пуассона

Если случайная величина имеет распределение Пуассона (8.4.1), то она принимает значения k=0,1,2,… с вероятностями

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru (12.7.5)

В данном случае возможные значения случайной величины определяются бесконечной числовой последовательностью, и, следовательно, математическое ожидание выражается суммой бесконечного ряда

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru

По сокращённой формуле (12.4.1) найдём дисперсию:

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru

Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru .

Здесь мы воспользовались тем, что выражение Среднее квадратическое отклонение (стандарт) - student2.ru есть разложение экспоненты еl в ряд Маклорена. Таким образом, если случайная величина имеет распределение Пуассона, то и математическое ожидание, и дисперсия равны параметру l=пр, т.е. среднему числу появлений события А.

Наши рекомендации