Неравенство Чебышёва и закон больших чисел

Содержание

Неравенство Чебышёва и закон больших чисел (Задание 6)

Обычно, чтобы найти вероятность, нужно знать распределение. Неравенство Чебышёва снимает это требование: зная только среднее и разброс, оно даёт оценку сверху для вероятности большого отклонения. Распределение может быть любым - хоть таблица из трёх строк, хоть масса мешка цемента. В задании 6 сюжеты производственные: масса фасовки, расход ткани, диаметр детали. Формулу в условии обычно приводят целиком, и задача сводится к аккуратной подстановке.

Что утверждает неравенство

Коридор вокруг среднего и два хвоста, которые оценивает неравенство

Та же формула в сигмах

Граница Чебышёва против настоящей вероятности

Оценка снизу

Среднее по выборке и закон больших чисел

Отдельный сюжет: величину измеряют nn раз независимо и берут среднее X‾=X1+…+Xnn\overline{X} = \dfrac{X_1 + \ldots + X_n}{n}. Центр остаётся на месте, а разброс сжимается.

Разброс среднего сжимается с ростом числа измерений
Выборочное среднее успокаивается к математическому ожиданию

Алгоритм

Примеры решения

Пример 1. Мешки цемента

Условие: Завод фасует цемент в мешки. Масса мешка - случайная величина с математическим ожиданием 5050 кг и стандартным отклонением 0,40{,}4 кг. Оцените сверху вероятность того, что масса случайно взятого мешка отличается от 5050 кг не менее чем на 22 кг.

Пример 2. Расход ткани

Условие: На швейной фабрике расход ткани на одно изделие - случайная величина с математическим ожиданием 2,52{,}5 м и стандартным отклонением 0,150{,}15 м. Оцените сверху вероятность того, что расход ткани на случайно выбранное изделие отличается от среднего не менее чем на 0,50{,}5 м.

Пример 3. Средняя масса детали в партии

Условие: Масса одной детали - случайная величина с математическим ожиданием 200200 г и стандартным отклонением 55 г, массы разных деталей независимы. В партию отбирают 100100 деталей и вычисляют среднюю массу детали в партии. Оцените сверху вероятность того, что эта средняя масса отличается от 200200 г не менее чем на 22 г.

Пример 4. Оценка снизу

Условие: Диаметр вала - случайная величина с математическим ожиданием 4040 мм и стандартным отклонением 0,30{,}3 мм. Оцените снизу вероятность того, что диаметр случайно выбранного вала отличается от 4040 мм менее чем на 1,51{,}5 мм.

Частые ошибки

Проверь себя
  1. Дано D(X)=0,36D(X) = 0{,}36 и ε=3\varepsilon = 3. Какова граница Чебышёва для P(∣X−E(X)∣⩾3)P(|X - E(X)| \geqslant 3)?
  2. В условии дано σ(X)=2\sigma(X) = 2, а ε=10\varepsilon = 10. Что подставляется в числитель неравенства?
  3. Чему равна дисперсия среднего по 2525 независимым измерениям, если дисперсия одного измерения равна 5050?
  4. Какова граница Чебышёва для вероятности отклониться от среднего не менее чем на три стандартных отклонения?
  5. Что утверждает закон больших чисел?