Задание 6
тема 6 из 8

Свойства математического ожидания и дисперсии

Если случайную величину умножить на число aa и прибавить bb, ожидание изменится так же: E(aX+b)=aE(X)+bE(aX + b) = aE(X) + b. Дисперсия умножится на a2a^2, а сдвиг на bb её не меняет. Ожидание суммы величин равно сумме их ожиданий, поэтому закон распределения суммы можно не составлять.

Часто в задании6На карте навыков

Свойства ожидания и дисперсии

Пусть XX и YY — случайные величины, aa и bb — числа. Ожидание EE — по определению, дисперсия DD — по определению.

  • E(aX+b)=aE(X)+bE(aX + b) = aE(X) + b.
  • D(aX+b)=a2D(X)D(aX + b) = a^2 D(X): число bb не меняет дисперсию, множитель выходит в квадрате.
  • E(X+Y)=E(X)+E(Y)E(X + Y) = E(X) + E(Y) для любых величин.
  • D(X+Y)=D(X)+D(Y)D(X + Y) = D(X) + D(Y), если XX и YY независимы. Для зависимых величин это равенство может не выполняться.
  • У постоянной величины E(b)=bE(b) = b и D(b)=0D(b) = 0.

Величина aX + b

Если Y=aX+bY = aX + b, каждое значение XX умножают на aa и прибавляют bb. Среднее значение меняется так же: E(Y)=aE(X)+bE(Y) = aE(X) + b. Прибыль страховой компании — тоже такая величина: взнос минус выплата.

Дисперсия — средний квадрат отклонения от ожидания. Сдвиг на bb переносит и значения, и ожидание, поэтому отклонения не меняются. Множитель aa умножает каждое отклонение на aa, а квадрат отклонения — на a2a^2. Итак, D(Y)=a2D(X)D(Y) = a^2 D(X). Знак aa не важен, а стандартное отклонение умножается на ∣a∣|a|.

Пример

Известно, что E(X)=4,5E(X) = 4{,}5 и D(X)=3D(X) = 3. Случайная величина YY задана равенством Y=4X−7Y = 4X - 7. Найдите E(Y)E(Y) и D(Y)D(Y).

  1. 1.Здесь a=4a = 4, b=−7b = -7.
  2. 2.E(Y)=4⋅4,5−7=18−7=11E(Y) = 4 \cdot 4{,}5 - 7 = 18 - 7 = 11.
  3. 3.D(Y)=42⋅3=16⋅3=48D(Y) = 4^2 \cdot 3 = 16 \cdot 3 = 48. Число −7-7 в дисперсию не входит.

Ответ: E(Y)=11E(Y) = 11, D(Y)=48D(Y) = 48

Как сдвиг и растяжение меняют ожидание и дисперсию

Чему равны E(Y)E(Y) и D(Y)D(Y) для Y=2X−3{Y = 2X - 3}?
−16−12−8−40481216X: E(X) = 3, D(X) = 1,2−16−12−8−40481216Y = 2X − 3: E(Y) = 3, D(Y) = 4,8
ожидание EEполоса от E−σE - \sigma до E+σE + \sigma
E(Y)=a⋅E(X)+b=2⋅3−3=3E(Y) = a \cdot E(X) + b = 2 \cdot 3 - 3 = 3
D(Y)=a2⋅D(X)=22⋅1,2=4,8D(Y) = a^2 \cdot D(X) = 2^2 \cdot 1{,}2 = 4{,}8
Разброс стал в 22 раза шире, а дисперсия умножилась на a2=4a^2 = 4. Сдвиг на −3-3 меняет только ожидание: E(Y)=3E(Y) = 3.
Серые столбики — распределение XX, синие — распределение Y=aX+bY = aX + b. Множитель aa растягивает столбики, сдвиг bb переносит их вдоль оси. Двигайте ползунки и следите за треугольником и полосой.

Какое число из условия нужно

В задании обычно даны и E(X)E(X), и D(X)D(X), а спрашивают одно число. Для E(Y)E(Y) нужны E(X)E(X), aa и bb. Для D(Y)D(Y) нужны только D(X)D(X) и aa: число E(X)E(X) и сдвиг bb в дисперсию не входят.

Пример задания

Репет

Это задание доступно на тарифе «Подготовка».

Ожидание суммы

Ожидание суммы равно сумме ожиданий: E(X+Y)=E(X)+E(Y)E(X + Y) = E(X) + E(Y), и так же для трёх и более слагаемых. Это верно для любых величин, независимость не нужна. Заказы в двух кафе, очки за две партии, ожидание автобуса и поездка: общее среднее — сумма средних.

Для дисперсии правило другое: D(X+Y)=D(X)+D(Y)D(X + Y) = D(X) + D(Y), если величины независимы. Величины независимы, если значение одной не меняет вероятности значений другой: очки при разных бросках кости, результаты разных испытаний. Для независимых величин и D(X−Y)=D(X)+D(Y)D(X - Y) = D(X) + D(Y): разбросы складываются и при вычитании.

Пример

Игральную кость бросают 12 раз. Случайная величина XX — сумма выпавших очков. Найдите математическое ожидание XX.

  1. 1.X=X1+X2+…+X12X = X_1 + X_2 + \ldots + X_{12}, где XiX_i — очки при ii-м броске.
  2. 2.Для одного броска E(Xi)=3,5E(X_i) = 3{,}5 (одна кость).
  3. 3.E(X)=12⋅3,5=42E(X) = 12 \cdot 3{,}5 = 42. Закон распределения суммы составлять не нужно.

Ответ: 4242

Проверьте себя

00

Потренируйте навык

Все задания на этот навык

Решать