二项分布的期望的方差的证明
山西大学附属中学 韩永权
离散型随机变量的二项分布:
在一次随机试验中,某事件可能发生也可能不发生,在n次独立重复试验中这个事件发生的次数ξ是一个随机变量.如果在一次试验中某事件发生的概率是P,那么在n次独立重复试验中这个事件恰好发生k次的概率是Pn(k)Cnkpkqnk,(k0,1,2n q1p)
称这样的随机变量ξ服从二项分布,记作ξ~B(n,p),其中n,p为参数,并记Cnkpkqnk=b(k;n,p).
1 求证:服从二项分布的随机变量的期望Enp.
kk1
证明如下:预备公式: kcnncn1
00n10n220n2k1k1(n1)(nk)n1n10(pq)n1(cnc1cn...cnq...cnq)1pqn1pq1pq1p1pkkkknk因为p(k)cnp(1p)nkcnpq,
00n1n122n2kknkn0n所以 E0cnpq1c12cnpq...kcnpq...ncnpq npq00n110n220n2k1k1(n1)(nk)n1n10 =np(cnpqcpqcpq...cpq...cq) 1n1n1n1n1p
=np(pq)n1np 所以Enp 方法二:
证明:若 X~B(n,p),则X表示n重贝努里试验中的“成功” 次数,现在我们来求X的数学期望。
若设Xi
1如第i次试验成功
i1,2,
0如第i次试验失败
n
则XX1X2...Xn,因为 P(Xi1)P,P(Xi0)1Pq 所以E(Xi)0q1pp,则E(X)E[Xi]E(Xi)np
i1
i1
n
n
可见,服从参数为n和p的二项分布的随机变量X的数学期望是np 需要指出,不是所有的随机变量都存在数学期望。 2 求证:服从二项分布的随机变量
的方差公式
Dnpq(q1p)
1k2
预备公式:k2CnknCnk1n(n1)Cn2 kk1k1k2CnknCn)1]Cn1n[(k11
k1k12kk1k2k1k2nCn)Cn1n(k1)Cn1nCn1n(n12 kCnnCn1n(n1)Cn2
22方法一:证明:DE(E)
iini
Ei2Cnpq 2
i0
n
n
n
Cpq
1
n
n1
nC
i2n
i1n1
pq
ini
i2ini
n(n1)Cn 2pqi2
npq
n1
npC
i1
i1
n1
pq
i1ni
npCq
0n1n1
n(n1)p
2
C
i2
n
i2n2
pi2qni
npqn1np(pq)n1npqn1n(n1)p2(pq)n2
npqn1npnpqn1n(n1)p2npn2p2np2np(1p)n2p2npqn2p2
22
由公式D(X)E(X2)[E(X)]2知,DE(E)
npqn2p2(np)2np(1p)
方法二: 设~B(n,p), 则X表示n重贝努里试验中的“成功” 次数。
若设Xi
n
1如第i次试验成功
i1,2,
0如第i次试验失败
n
则i是n次试验中“成功”的次数,E(i)0q1pp,
i1
故 D(i)E(i2)[E(i)]2pp2p(1p), i1,2,,n 由于1,2,...,n相互独立,于是
n
D()D(i)np(1p)
i1
追答死人。