CHƯƠNG 1: BIẾN NGẪU NHIÊN Gọi X là biến ngẫu nhiên chỉ số tiền người này được hay mất sau mỗi lượt chơi, thì X e{~1,1}. Tương ứng với giá trị xác suất là p(x =1)=28 va p(x=-1)=22. 38 38 Nghĩa là người này tham gia trò chơi 38 lần thì có 18 lần người này được $1 và 20 lần người này mất $1. Trung bình số tiền về mặt tần số là ex =$1.053 '38 '38 , Vậy trung bình một lượt chơi thì người này mất hơn 5 cent.
Về mặt hình ảnh ta có thể quan sát như sau: 16 Hinh 1.6: Hinh anh ky vong Coi 1 va -1 lahai cot méc trén thanh don nam ngang. Tai day ta dat hai qua can cé khéi lượng la is don vi tai 1 va = tai —1. Thi giatri EX =-0,053 lacét méctrén thanh don matai dé thanh đòn cân bằng như hình vẽ. Dựa trên hai ví dụ 3.5 ta đưa ra ý nghĩa của kỳ vọng của biến ngẫu nhiên: Ý nghĩa.
Tiến hành n phép thử, giả sử X là biến ngẫu nhiên nhận các giá trị có thể x, ;x;;.x„ với số lần (tần số)_ n, ;n, ;. Giá trị trung bình của biến ngẫu nhiên Xtrong n phép thử là Xịm +.+ Xu, — = n = k = X =X, +t AX, = Pn, +. PM + n n n n, Ny ARLEN x :A Fa ^ ^ z p,=— ,(i=1,.,k) laxac suất để biến ngẫu nhiên X nhận giá trị x,. Nên theo công thức n kỳ vọng ta có về mặt giá trị trong tình huống này: X = EX ; Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên chính là giá trị trung bình theo xác suất của biến ngẫu nhiên.
Nó phản ánh giá trị trung tâm của phân phối xác suất. Và hình ảnh để diễn tả cho kỳ vọng như sau: cho một thanh đòn không có khối lượng và trên đó đặt các khối tròn có khối lượng lần lượt là p, , í =1,.k tại các điểm có tọa độ x, trên thanh đòn. Ta có thể hình dung lúc này kỳ vọng của biến ngẫu nhiên chính làtọa độ của điểm trên thanh đòn mà tại đó giúp thanh đòn thăng bằng. Đụ Py LH | Y { -Ý 0 2% 4 oA 8%.7: Hinh anh ky vong me VLU | DAI HOC VAN LANG II.
Kỳ vọng biến ngẫu nhiên liên tục. Giả sử biến ngẫu nhiên liên tục X có hàm mật độ xác suất là ƒ (x), kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X được định nghĩa: BX = f xf (x)dx Ví dụ 1. 1 x = 3x <[0;2] Bién ngau nhién lién tuc X 6 ham mat dd: f(x) =} 2 0 ;x €(—00;0) U(2;+00) Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X: II. Tính chất kỳ vọng biến ngẫu nhiên.
Tính chất kỳ vọng biến ngẫu nhiên. X, Y là hai biến ngẫu nhiên bất kỳ và C e]R thì kỳ vọng của biến ngẫu nhiên có các tính chất sau: i E(C)=C ii, E(CX)=C(EX) iii, E(X+Y)=EX+EY iv. Nếu hai biến ngẫu nhiên X và Y độc lập thì E(XY)=EX. Tính chất kỳ vọng hàm biến ngẫu nhiên.
Cho biến ngẫu nhiên X có hàm mật độ xác suất ƒ (x ), kỳ vọng của hàm của biến ngẫu nhiên h(X) có thể được xác định bằng cách Đặt Y =h(X), xác định hàm mật độ xác suất g(_y) của Y và tính kỳ vọng của biến ngẫu nhiên Y E(h(x))= EY = f y9(y)dy Tuy nhiên, để tính kỳ vọng E(h(X)) không cần thiết phải tìm hàm mật độ của biến ngẫu nhiên h(X) mà ta có thể tính E(h(X)) trực tiếp bằng tinh chất sau: Tính chất kỳ vọng hàm biến ngẫu nhiên. Cho h là hàm số thực bất kỳ ¡. Nếu X là biến ngẫu nhiên rời rạc có bảng phân phối xác suất cho bởi xfs 2 ¬ x, ii. Néu X 1a biến ngẫu nhiên liên tục có hàm mật độ xác suất _ƒ(x)thì kỳ vọng của biến CHƯƠNG 1: BIẾN NGẪU NHIÊN ngẫu nhiên h(X) là: Ví dụ 1.
Cho biến ngẫu nhiên rời rạc X có bảng phân phối xác suất: | x | + 1 | 2 3 | P | oJ 02 [04 03 Để đối chiếu kết quả kỳ vọng của biến ngẫu nhiên XÝ, ta có 2 cách tính như sau Cách 1. Lập bảng phân phối xác suất cho biến ngẫu nhiên X? Y=X? 1 4 9 P 03 04 03 Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên Y = XŸ là EY =E(X?)}=1x0,3+4x0,4+9x0,3=4,6 Cách 2. Sử dụng công thức tính kỳ vọng hàm biến ngẫu nhiên: E(?)=(—1) x0,1+(1} x0,2+(2Ÿ x0,4+(3Ÿ x0,3=4,6 Hai cách tính đều cho kết quả E(X?)=4,6. Cho biến ngẫu nhiên liên tục X có hàm mật độ xác suất /0)=|sỶ khi 0<x<1 0 khí x<0vx>† Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên Y = XỶ, kết quả tính và đối chiếu thông qua2 cách: Cách 1.
Lập hàm mật độ xác suất cho biến ngẫu nhiên Y = X? Theo ví dụ 2.11) ta có hàm mật độ của biến ngẫu nhiên Y có dạng: _JgWy l0] ø(y)=13 0 ;y #[0;1] Vậy theo định nghĩa kỳ vọng biến ngẫu nhiên Y bằng: oe 1 1 4 rỊ 4 4p 5 43 - EY= dy= | y.— y3| =— |»s0)w [viva 3? ba | 7 Cách 2. Sử dụng công thức kỳ vọng cho hàm biến ngẫu nhiê liên tục ta có: +00 1 rụ 4 E(X°)= [ x9 f(x)dx =[x°.2 | =5 (#))=[x/)&=] 777 Đối chiếu hai kết quả ta có kỳ vọng của biến ngẫu nhién Y = X° bang + 1.2 Phương sai I. Định nghĩa phương sai biến ngẫu nhiên. Đặc trưng thứ nhất của biến ngẫu nhiên là kỳ vọng, thể hiện giátrj trung tâm của biến ngẫu nhiên.
Đắc trưng thứ hai thể hiện mức phân tán trung bình của các giá trị của biến ngẫu nhiên có thể ma VLU | DAI HOC VAN LANG nhận được xung quanh giá trị kỳ vọng. Giả sử ta có biến ngẫu nhiên X rời rạc, nhận các giá trị x, với ¡ =1,2,. Như vậy biến ngẫu nhiên thể hiện mức chênh lệch của giá trị biến ngẫu nhiên so với kỳ vọng là Y=(X-E3). Và biến ngẫu nhiên Y có thể nhận các giá trị âm và dương như hình vẽ dưới.
A x, —EX >0 x, -EX>0 X,,-EX>0 ~ X, © X, X, x, —EX <0 X,, =EX <0 v Hình 1.8: Giá trị biến ngẫu nhiên phân bố xung quanh kỳ vọng Trong một số trường hợp EY =0 và điều này không phản ánh đúng mức phân tán của giá trị biến ngẫu nhiên xung quanh kỳ vọng. Để khắc phục điều này, ta không tính trực tiếp sai lệch của giá trị biến ngẫu nhiên so với kỳ vọng, màtatính thông quatrị tuyệt đối hoặc bình phương sai lệch. Và để thuận tiện trong việc tính toán thì tatìm trung bình của bình phương các sai lệch. Cho biến ngẫu nhiên X có kỳ vọng là EX.
Phương sai của X, ký hiệu là VarX, được định nghĩa: VarX =E(X - EX” Áp dụng các tính chất của kỳ vọng ta có công thức tính phương sai: VarX =E(X—EX) =E(X*)-(EX) wo 2 s3) i=1 Trường hợp X là biến ngẫu nhiên liên tục. VarX =E(X*)-(EX) = fxertelan-| Fortoya — Trường hợp X là biến ngẫu nhiên rời rạc. VarX =E(X°)~(EX = °x°p, -( i=1 Ví dụ 1. Một chủ vườn thanh long thu hoạch trên hai thửa ruộng, mỗi thửa 10 quả bất kỳ, thu được bảng trọng lượng (gram) của từng quả như sau: Thửa 1 380 | 420 | 380 | 420 | 380 | 400 | 420 | 400 | 420 | 380 Thửa 2 400 | 500 | 300 | 300 | 500 | 300 | 400 | 450 | 450 | 400 Gọi X, ,X„ là biến ngẫu nhiên chỉ trọng lượng một quả thanh long trên thửa 1; 2.
CHƯƠNG 1: BIẾN NGẪU NHIÊN a. Tinh ky vongcua X, ,X,. Tính phương sai của X, ,X,. Tacó bảng phân phối xác suất của X, ,X, là x, 380 | 400 | 420 X, ] 300 | 400 | 450 | 500 p 4 2 4 p> 3/3 [2/2 10 10 10 10 | 10 | 10 | 10 Kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X, ,X, lần lượt bằng: 4 2 4 EX, =380.
Kỳ vọng về trọng lượng của một quả thanh long trồng trên hai thửa là bằng nshau. Nếu bạn là người thu mua thanh long, bạn sẽ chọn của thửa nào? b. Phương sai của biến ngẫu nhiên X, : VarÄ, = EX? —(EX, } 4 = 38022 + 4002.) =320 10 10 10 Phương sai của biến ngẫu nhiên X,: VarX, = EX? -(EX,) = 3002. Nếu theo định nghĩa phương sai, là kỳ vọng của bình phương sai lệch của biến ngẫu nhiên so với giátrj kỳ vọng biến ngẫu nhiên, vậy trong ví dụ này với kỳ vọng của2 biến ngẫu nhiên là bằng nhau, thì phương sai về trọng lượng của quả thanh long của thửa ruộng hai lớn hơn của thửa 1 nghĩa là các quả thanh long của thửa 1 “đều” hơn so với thửa 2.
Và nếu chọn thu mua, thì thanh long của thửa 1 sẽ được ưu tiên chọn hơn. Biến ngẫu nhiên liên tục X có hàm mật độ xác suất 3. /0)=| khi 0<x<† 0 khí x<0vx>† Phương sai của biến ngẫu nhiên X là: VarX =E(x?)-(Ex} = fx e(x)ax NI) “J scarface ôn -{[+s'a| == 0 II. Tính chất phương sai.
Cho hai biến ngẫu nhiên X, Y và hằng số thực Œ e IR, phương sai có các tính chất sau N VLU | DAI HOC VAN LANG i. Var(CX)=C*Varx ii¡. Nếu X và Y độc lập thì Var(X +Y) =VarX +VarY II. Do cách xây dựng công thức tính phương sai của biến ngẫu nhiên mà đơn vị đo của phương sai bằng bình phương đơn vị đo của biến ngẫu nhiên.
Nên để đánh giá mức độ phân tán trung bình của giá trị biến ngẫu nhiên theo đơn vị đo của nó, người ta dùng một đặc trưng mới đó là độ lệch tiêu chuẩn. Độ lệch tiêu chuẩn của biến ngẫu nhiên X bằng căn bậc hai phương sai của biến ngẫu nhiên X, ký hiệu =NVarX Ví dụ 1. Cho biến ngẫu nhiên liên tục X có hàm mật độ xác suất 3; 3. i xe[0;4] 0 khi x ¢[0;4] Ky vong ciiabién ngau nhién X: * f( 3 z3 EX= [⁄)& -|-jx 3s te 0 4 -((-Se3 +~x ae {Boat sda] : 128 8 Phương sai của biến ngẫu nhiên X : Tatính E(XE)= | x°ƒ(x)& -fe(-Ze Sa 0 4 4 -[[-3e$ +—x ae {Sora Sa) 160 32 Tacé Vark =E(X*)-(EX) = Canh 4 =2 0 ol Độ lệch chuẩn củabiến ngẫu nhiên X : o = VVarx -25 1.3 Giá trị tin chắc nhất.
Giá trị tỉn chắc nhất của biến ngẫu nhiên X, ký hiệu ModX. Trường hợp * là biến ngẫu nhiên rời rạc có bảng phân phối xác suất: X | x, Xy os X, | P, Ps ~ P, Thì Mod của biến ngẫu nhiên xác định là: ModX =x, © p, = Max{Pp,.--} CHƯƠNG 1: BIẾN NGẪU NHIÊN Trường hợp X là biến ngẫu nhiên liên tục với hàm mật độ xác suất ƒ(x)) thì Mod xác định là: ModX =x, = f, =Max{ f(x),x eR} Ý nghĩa. Giá trị tin chắc nhất của biến ngẫu nhiên là giá trị của biến ngẫu nhiên mà đại diện nhất cho phân bố.