Нормальное распределение

Нормальный закон распределения (распределение Гаусса) является предельным случаем почти всех реальных распределений вероятности. Поэтому он используется в очень большом числе практических приложений.

Непрерывная СВ Х имеет нормальное распределение, если ее плотность вероятности имеет вид:

. (1.12)

Нормальное распределение (рис. 1.5) полностью определяется двумя параметрами - математическим ожиданием m = M(X) и средним квадратическим отклонением - σ = σ(Х) - и символически обозначается Х ~ N(m, σ²) или X ~ N(m, σ). При изменении числовой характеристики m нормальная кривая перемещается вдоль оси Ох, при изменении σ меняется форма кривой. Нормальный закон распределения с числовыми характеристиками (параметрами) m = 0 и σ² = 1 называется стандартным распределением.

Рис. 1.5.

Для практических расчетов вероятностей СВ, подчиняющихся нормальному распределению, удобно пользоваться таблицами значений функции Лапласа (Приложение 1). Функция (интеграл вероятностей) Лапласа Ф(u) имеет вид:

(1.13)

где F(u) - функция стандартного нормального распределения СВ U, . Тогда вероятность попадания СВ Х, распределенной по нормальному закону, в интервал [х₁, х₂].

Р(х₁ £ Х £ х₂) = Ф(u₂) – Ф(u₁), (1.14)

где .

Кроме того, справедливы следующие соотношения: Р(|Х - m| < σ) = 0,68; P(|Х - m| < 2σ) = 0,95; P(|Х - m| < 3σ) = 0,9973, где |Х - m| - отклонение СВ Х от математического ожидания. Другими словами, значения нормально распределенной СВ Х на 95 % сосредоточены в области (m - 2σ, m + 2σ) и на 99,73 % сосредоточены в области (m - 3σ, m + 3σ).

Следует также отметить, что линейная комбинация произвольного количества нормальных СВ имеет нормальное распределение.

В том случае, когда логарифм СВ подчинен нормальному закону, говорят, что она имеет логарифмически нормальное (логнормальное) распределение.

1.3.2. Распределение χ² (хи-квадрат)

При моделировании экономических процессов достаточно часто приходится рассматривать СВ, которые представляют собой алгебраическую комбинацию нескольких СВ. Возможность прогнозирования поведения таких СВ осуществляется при использовании ряда специально разработанных законов распределений. К ним относятся χ²-распределение, распределения Стьюдента и Фишера-Снедекора.

Пусть имеется n независимых СВ Х_i, i = 1, 2 … n, распределенных по нормальному закону, с математическими ожиданиями m_i и средними квадратическими отклонениями σ_i, соответственно. Если считать, что математическое ожидание каждой из них равно нулю, а среднее квадратическое отклонение – единице, тогда СВ U_i = (X_i - m_i)/σ_i имеют стандартное нормальное распределение, U_i ~ N(0,1).

Распределением χ² с ν = n степенями свободы называется распределение суммы квадратов n независимых СВ U_i

(1.15)

Число степеней свободы ν исследуемой СВ определяется числом СВ ее составляющих, уменьшенным на число линейных связей между ними. Например, число степеней свободы СВ, являющейся композицией n случайных величин, которые в свою очередь связаны m линейными уравнениями, определяется как ν = n - m.

Распределение χ² определяется одним параметром - числом степеней свободы ν: М(χ²) = ν = n - m, D(χ²) = 2ν = 2(n - m). График плотности вероятности СВ, имеющей χ²-распределение, расположен только в первой четверти декартовой системы координат и имеет асимметричный вид с вытянутым правым «хвостом». С увеличением числа степеней свободы распределение χ² постепенно приближается к нормальному распределению. Таблицы критических точек χ²-распределения приведены в Приложении 3.