Задачи с решениями

Задача 8.1. По данным эксперимента построен статистический ряд:

x_i
m_i

Найти оценки математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения случайной величины X.

Решение. 1) Число экспериментальных данных вычисляется по формуле:

n = = 20 + 5 + 15 + 10 = 50.

Значит, объем выборки n = 50.

2) Вычислим среднее арифметическое значение эксперимента:

= =

= = (11·20 + 12·5 + 13·15 + 14·10) = = 12,3.

Значит, найдена оценка математического ожидания = 12,3.

3) Вычислим исправленную выборочную дисперсию:

s² = =

= (20(11-12,3)² + 5(12-12,3)² + 15(13-12,3)² + 10(14-12,3)² ) = · (1,69·20+ +0,09·5 + 0,49·15 + 2,89·10) = ·70,5 = 1,44.

Значит, найдена оценка дисперсии: s²= 1,44.

5) Вычислим оценку среднего квадратического отклонения:

s = = 1,2 .

Ответ: = 12,3, s²= 1,44, s = 1,2 .

Задача 8.2. По данным эксперимента построен статистический ряд:

x_i	5,2	7,2	9,2	11,2	13,2	15,2
m_i

Решение. По формуле

u_i =

перейдем к условным вариантам:

u_i	- 2	- 1
m_i

Для них произведем расчет точечных оценок параметров:

= = -0,05 ,

D_в(u) = = 1,3143 ,

s_u²= · D_в(u) = 1,339.

Следовательно, вычисляем искомые точечные оценки:

= 2 + 9,2 = 9,1 ,

D_в(x) =2²· D_в(u)= 5,26 ,

s_х²=2²· s_u²=5,36.

Ответ: = 9,1, D_в(x) = 5,26, s_х² = 5,36.

Задача 8.3.По данным эксперимента построен интервальный статистический ряд:

[a_i; a_i+1)	[0; 2)	[2; 4)	[4; 6)	[6; 8)	[8; 10]
m_i

Найти оценки математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения.

Решение. 1) От интервального ряда перейдем к статистическому ряду, заменив интервалы их серединами x_i = :

x_i
m_i

2) Объем выборки вычислим по формуле:

N = = 3 + 4 + 10 + 5 + 3 = 25.

3) Вычислим среднее арифметическое значений эксперимента:

= = (1·3 + 3·4 + 5·10 + 7·5 + 9·3) = (3 + 12 + 50 + 35 + 27) = · 127 = 5,08.

3) Вычислим исправленную выборочную дисперсию:

s² = =

= ((1-5,08)² · 3 + (3-5,08)²· 4 + (5-5,08)²·10 + (7-5,08)²·5 + (9-5,08)² ·3)=

= · 131,87 ≈ 5,49.

Можно было воспользоваться следующей формулой:

s² = = (1·3 + 3²·4 + 5²·10 + 7²·5 + 9²·3 - ) = = (777 – 645,16) = · 131,84 ≈ 5,49.

5) Вычислим оценку среднего квадратического отклонения:

s= ² = ≈ 2,34.

Ответ: = 5,08, s²= 5,49, s = 2,34 .

Задача 8.4.Найти доверительный интервал с надежностью 0,95 для оценки математического ожидания M(X) нормально распределенной случайной величины X, если известно среднее квадратическое отклонение = 2, оценка математического ожидания =10, объем выборки n = 25.

Решение. Доверительный интервал для истинного математического ожидания с доверительной вероятностью γ = 0,95 при известной дисперсии σ находится по формуле:

- z_𝛾 < m < + z ,

где m = M(X) – истинное математическое ожидание; - оценка M(X) по выборке; n – объем выборки; z_𝛾 – находится по доверительной вероятности γ = 0,95 из равенства:

Ф (z_𝛾) = 0,475.

Из табл. П 2.2 приложения 2 находим: z_𝛾 = 1,96. Следовательно, найден доверительный интервал для M(X):

10 – 1,96 < m < 10 + 1,96 , т.е. 9,216 < m < 10,784.

Ответ: (9,216 ; 10,784).

Задача 8.5. По данным эксперимента построен статистический ряд:

x_i	- 3	- 2	- 1
m_i

Найти доверительный интервал для математического ожидания M (X)с надежностью 0,95.

Решение. Воспользуемся формулой для доверительного интервала математического ожидания при неизвестной дисперсии:

- t_𝛾 < m < + t .

где n – объем выборки; оценка M(X); s – оценка среднего квадратического отклонения; t_𝛾 - находится по доверительной вероятности γ = 0,95 из табл. П 2.3 приложения 2.

По числам γ = 0,95 и n = 20 находим: t_𝛾 = 2,093.

Теперь вычисляем оценки для M(X) и D(X):

= (– 3 – 6 – 4 + 0 + 3 + 4 + 6) = · 0 = 0.

s² = = = (9·1 + 4·3 + 1·4 + 0 + 1·3 + 4·2 + + 9·2 - · 0²) = (9 + 12 + 4 + 3 + 8 + 18) = · 54 ≈ 2,84.

Следовательно, s ≈ 1,685. Поэтому искомый доверительный интервал математического ожидания задается формулой:

0 – 2, 093 < m < 0 + 2, 093 _<=>– 0,76 < m < 0,76.

Ответ: (– 0,76; 0,76).

Задача 8.6.По данным десяти независимых измерений найдена оценка квадратического отклонения = 0,5. Найти доверительный интервал точности измерительного прибора с надежностью 99 %.

Решение. Задача сводится к нахождению доверительного интервала для истинного квадратического отклонения, так как точность прибора характеризуется средним квадратическим отклонением случайных ошибок измерений.

Доверительный интервал для среднего квадратического отклонения находим по формуле:

(1 - q_𝛾) < σ < (1 + q_𝛾), если q_𝛾< 1,

0< σ < (1 + q_𝛾), если q_𝛾> 1,

где = 0,5 - оценка среднего квадратического отклонения; q_𝛾 – число, определяемое из табл. П 2.4 приложения 2 по заданной доверительной вероятности γ = 0,99 и заданному объему выборки n = 10.

Находим: q_𝛾 = 1,08 > 1.

Тогда можно записать:

0< σ < 0,5 (1+ 1,08) <=> 0< σ < 1, 04.

Ответ: (0; 1,04).

Задачи

8.1.В результате испытаний получены следующие статистические значения случайной величины X:

- 0,9;	0,1;	- 2,9;	1,1;	5,1;	0,1;	- 6,9;	1,1;	- 3,9;	- 0,9;
5,1;	- 8,9;	-2,9;	0,1;	1,1;	6,1;	3,1;	0,1;	1,1;	- 2,9;
- 2,9;	0,1;	-3,9;	-0,9;	0,1;	3,1;	0,1;	1,1;	3,1;	0,1.

Найти оценки математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения.

8.2. В результате испытаний получены следующие статистические значения случайной величины X:

1,36; 1,37; 1,35; 1,31; 1,34; 1,36; 1,38; 1,35; 1,39; 1,40;

1,33; 1,34; 1,36; 1,35; 1,37; 1,41; 1,36; 1,34; 1,39; 1,36;

1,35; 1,37; 1,38; 1,40; 1,37; 1,36; 1,35; 1,34; 1,37; 1,38.

Найти оценки математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения.

8.3. В результате испытаний получены следующие статистические значения случайной величины X:

3,45; 3,47; 3,47; 3,43; 3,46; 3,44; 3,40; 3,45; 3,41; 3,42;

3,47; 3,49; 3,41; 3,48; 3,43; 3,40; 3,43; 3,47; 3,45; 3,44;

3,41; 3,40; 3,48; 3,46; 3,51; 3,39; 3,50; 3,50; 3,47; 3,38;

3,44; 3,40; 3,40; 3,44; 3,47; 3,53; 3,46; 3,46; 3,52; 3,47;

3,41; 3,44; 3,47; 3,45; 3,44; 3,45; 3,47; 3,42; 3,44; 3;50;

3,45; 3,50; 3,42; 3,48; 3,40; 3,45; 3,48; 3,48; 3,46; 3,47;

3,44; 3,44; 3,47; 3,43; 3,44; 3,47; 3,44; 3,45; 3,44; 3,46;

3,46; 3,44; 3,44; 3,44; 3,44; 3,46; 3,44; 3,42; 3,50; 3,46;

3,48; 3,43; 3,40; 3,46; 3,46; 3,47; 3,45; 3,48; 3,42; 3,46;

3,48; 3,38; 3,45; 3,43; 3,52; 3,43; 3,50; 3,51; 3,41; 3,52.

Найти оценки математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения.

Указание: вместо интервального статистического ряда построить статистический, выбрав в качестве значений случайной величины середины интервалов.

8.4. При измерении диаметров ста подшипниковых шариков, выбранных из большой партии шариков для определения стандартности, получены следующие результаты:

8,31; 8,42; 8,37; 8,40; 8,40; 8,30; 8,30; 8,42; 8,32; 8,29;

8,33; 8,36; 8,34; 8,37; 8,32; 8,36; 8,38; 8,38; 8,33; 8,36;

8,40; 8,36; 8,32; 8,36; 8,36; 8,30; 8,30; 8,33; 8,35; 8,37;

8,37; 8,30; 8,41; 8,34; 8,33; 8,37; 8,34; 8,38; 8,29; 8,34;

8,31; 8,36; 8,37; 8,30; 8,41; 8,34; 8,34; 8,37; 8,35; 8,40;

8,34; 8,36; 8,37; 8,37; 8,41; 8,35; 8,38; 8,33; 8,36; 8,36;

8,36; 8,37; 8,36; 8,40; 8,37; 8,34; 8,37; 8,32; 8,35; 8,36;

8,37; 8,41; 8,36; 8,36; 8,36; 8,40; 8,34; 8,40; 8,34; 8,33;

8,35; 8,37; 8,34; 8,36; 8,37; 8,37; 8,35; 8,36; 8,34; 8,42;

8,36; 8,33; 8,34; 8,35; 8,36; 8,32; 8,38; 8,32; 8,36; 8,37.

Найти оценки математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения.

8.5. В результате независимых испытаний получены данные:

2,38; 2,41; 2,33; 2,45; 2,42; 2,46; 2,43; 2,41;

2,36; 2,31; 2,41; 2,48; 2,44; 2,35; 2,38; 2,49;

2,37; 2,42; 2,39; 2,40; 2,34; 2,42; 2,36; 2,45;

2,42; 2,41; 2,39; 2,38; 2,43; 2,46.

1) Найти с доверительной вероятностью γ = 0,99 доверительный интервал для истинного математического ожидания

а) с известной дисперсией σ² = 0,0016,

б) с неизвестной дисперсией.

2) Найти с доверительной вероятностью γ = 0,95 доверительный интервал для истинного среднего квадратического отклонения.

8.6. В результате независимых испытаний получены данные:

1,38; 1,41; 1,33; 1,45; 1,42; 1,46; 1,43; 1,41;

1,36; 1,31; 1,41; 1,48; 1,44; 1,36; 1,38; 1,40;

1,37; 1,42; 1,39; 1,40; 1,34; 1,42; 1,36; 1,46;

1,41; 1,39; 1,38; 1,43; 1,46; 1,42.

1) Найти с доверительной вероятностью γ = 0,95 доверительный интервал для истинного математического ожидания

а) с известной дисперсией σ² = 0,0016,

б) с неизвестной дисперсией.

2) Найти с доверительной вероятностью γ = 0,99 доверительный интервал для истинного среднего квадратического отклонения.

Ответы

8.1. = - 0,2, s²= 10,907, s = 3,302 .

8.2. = 1,363, s²= 0,000498, s = 0,0223 .

8.3. = 3,46, D_в= 0,0011, σ_в= 0,033 .

Указание: постройте таблицу вида:

№	α_i - α_i+1	m_i	x_i =	x_i · m_i	x_i²· m_i
1. 2. 3.
		n

8.4. = 8,36, D_в= 0,00091, σ_в = 0,0302 .

8.5. 1) а) 2,381 < m < 2,419;

б) 2,377 < m < 2,423;

2) 0,032 < σ < 0,058.

8.6. 1) а) 1,389 < m < 1,417;

б) 1,371 < m < 1,434;

2) 0,023 < σ < 0,059.