統(tǒng)計學常用分布及其分位數(shù)

1、§ 1.4常用的分布及其分位數(shù)1.卡平方分布卡平方分布、t分布及F分布都是由正態(tài)分布所導出的分布，它們與正態(tài)分布一起，是試驗統(tǒng)計中常用的分布。當Xi、X2Xn相互獨立且都服從 N(0,1)時，Z=£ X：的i分布稱為自由度等于 n的/ 2分布，記作Z，2(n),它的分n112 X22.*12J0,式中的'n)=廣u2 eudu,20布密度 p( z)=z2, z 0稱為Gamma®數(shù)，且 1 =1,gj=、J乙，2分布是非對稱分布，具有可加性，即當Y與Z 相互獨立，且 Y7 2(n), Z 2(m),則Y+Z 2(n+m)。證明:先令XI、X2、Xn、Xn

2、+1、Xn+2、Xn+m相互獨立且都服從N(0,1),再根據(jù)7 2分布的定義以及上述隨機變雖 的相互獨立性，令y=x 2 +x 2 + +X2, z=x +x 2 +. +x 212nn 1 n - 2nm V 22 土 j_Y 2 Y 2 y 2 土 j_Y 2Y+Z- X 1 +X 2 + +X n + X " +X n+2 +X n+m，1 2(n+m)。即可得到Y+Z7 2 (n),則 Z = x" nt (n),它的分布密度n 12. t 分布若X與Y相互獨立，且.的分布稱為自由度 n等于n的t分布，記作Zz2P(Z)= _ 2n、1 ；X N(0,1) , Y葉

3、號)P(z)=vn切 i請注意：t分布的分布密度也是偶函數(shù)，且當 n>30時，t分布與標準正態(tài)分布N(0,1)的密度曲線幾乎重疊為一。這時，t分布的分布函數(shù)值查 N(0,1)的分布函數(shù)值表便可以得 到。3. F分布若X與Y相互獨立，且X，2(n), Y，2(m), 則z= -I-的分布稱為第一自由度等于n、第二自由度等于n mm的F分布，記作 ZF (n, m),它的分布密度n m n mp(z)=2(m n z) 2其他。堂 m220,請注意：F分布也是非對稱分布，它的分布密度與自由度 的次序有關，當 ZF (n, m)時，F(xiàn) (m ,n)。Z4. t分布與F分布的關系若 Xt( n)

4、，貝U Y=X2 F(1, n)。證：Xt(n), X的分布密度叩=* '"代 原"卜2、2)Y=X 2 的分布函數(shù) Fy (y) =P(Y< y=P(X 2<y。當 y壬 0時，F(xiàn)-(y)=0, p-(y)=0L當 y>0 時，F(xiàn)Y(y) =P(-<X<y=J p(x)dx=2"y p(x)dx,nY=X 2的分布密度1 n 1.PY(y)=br,w22 (n y) 2 與第一自由度等于1、第二自由度等于n的F分布的分布密 度相同，因此Y=X2F（1, n）。為應用方便起見，以上三個分布的分布函數(shù)值都可以從各 自的函數(shù)值表中

5、查出。但是，解應用問題時，通常是查分位 數(shù)表。有關分位數(shù)的概念如下：4.常用分布的分位數(shù)1）分位數(shù)的定義分位數(shù)或臨界值與隨機變雖的分布函數(shù)有關，根據(jù)應用的需要，有三種不同的稱呼，即 以分位數(shù)、上側以分位數(shù)與雙 側以分位數(shù)，它們的定義如下：當隨機變雖X的分布函數(shù)為 F（x），實數(shù)以滿足0 以1時，以分位數(shù)是使P（X x以=F（x以）=以的數(shù)x以，上側以分位數(shù)是使P（X 入=1 - F（入）=以的數(shù)入，雙側以分位數(shù)是使 P（X入1=F（入i）=0.5以的數(shù)入1、使P（X 入 2=1- F（入 2）=0.5 以的數(shù)入 2。因為1- F（入）=以，F(xiàn)（入）=1-以，所以上側以分位數(shù)入就是1-以分位數(shù)x

6、 1-；F（入1）=0.5以，1- F（入2）=0.5以，所以雙側 以分位數(shù)入1就 是0.5以分位數(shù)x 0.5a，雙側以分位數(shù)入2就是1- 0.5以分位數(shù) x 1- 0.5 a。2）標準正態(tài)分布的 以分位數(shù)記作Ua , 0.5以分位數(shù)記作u 0.5 a，1- 0.5以分位數(shù)記作u 1- 0.5 a。P(x)P(x)J£OX當 X N(0,1)時，P(X< Ua =F 0,i(Ua )=以， PX<U 0.5 a = F 0,1 (U 0.5 a )=0.5 以， PX<U 1-0& = F 0,i (U 1-0.5 a )=1- 0.5 以。根據(jù)標準正態(tài)分布

7、密度曲線的對稱性，當以=0.5時，U以=0；當以 <0.5 時，Ua <0。 7 (AUa =- U 1-也。如果在標準正態(tài)分布的分布函數(shù)值表中沒有負的分位數(shù)，則先查出U 1-劣，然后得到匕=-U 1-也。論述如下：當 XN(0,1)時，PX< U以= F 0,1 (u以)=以，PX< U 1- a = F 0,1 (U 1- a )=1-以，PX> U 1- a =1- F 0,1 (U 1- a )= a ,故根據(jù)標準正態(tài)分布密度曲線的對稱性，Uq =- U 1. a。例如， U 0.10=- U 0.90=- 1.282,U 0.05=- U 0.95 =

8、- 1.645,u 0.01=- u 0.99=- 2.326,U 0.025 = - U 0.975=- 1.960,u 0.005 = - u 0.995=- 2.576。乂因為P|X|< UL0.5a=1 -以，所以標準正態(tài)分布的雙側 以分位數(shù)分另U是u 1- 0.5 a和- U 1- 0.5 a。標準正態(tài)分布常用的上側以分位數(shù)有：以=0.10, u 0.90=1.282;以=0.05 , u 0.95=1.645;以=0.01 , u 0.99=2.326 ;以=0.025 , u 0.975=1.960;以=0.005 , u 0.995=2.576。3)卡平方分布的 以分位數(shù)

9、記作12以(n)o/ 2 以(n)>0 ,當 X 72 (n)時，PX< ' 2 以(n)=以例如，7 2 0.005 =0.21 , 7 2 0.025 =0.48 ,2 0.05 =0.71,2 0.95 (4)=9.49,'2 0.975(4)=11.1, n 0.995(4)=14.9。4) t分布的以分位數(shù)記作 "(n)當Xt (n)時，P(X<t以(n)=以，且與標準正態(tài)分布相類似，根據(jù)t分布密度曲線的對稱性，也有M (n)=- 11- a (n)，論述同 11以=-u 1-。例如，t0.95 (4)=2.132 , t 0.975 (4

10、)=2.776, t 0.995 (4)=4.604 , t 0.005 =- 4.604, t 0.025=- 2.776, t 0.05 (4)=- 2.132。另外，當n>30時，在比較簡略的表中查不到ta (n)，可用蠣作為偵(n)的近似值。5) F分布的以分位數(shù)記作 Fa (n , m)七(n , m)>0,當 X F (n , m)時，P(X<F 以(n , m)=以。另外，當以較小時，在表中1查不出F以(n, m),須先查1Fi- a (m, n),再求 F 以(n, m)=。論述如下：Fi_： (m , n )當 X F(m, n)時，PX< F 1.成

11、(m, n)=1 -以，=以，F(xiàn) 1-： (m,n)1 .P <F 以(n, m) =以，XP 1 >1=1-以，P 1 <1X F v： (m,n)X乂根據(jù)F分布的定義，F(xiàn)(n, m),X 1因此 F 以(n, m)='F/ (m , n )例如，F(xiàn) 0.95 (3,4)=6.59 , F 0.975(3,4)=9.98,F 0.99(3,4)=16.7 , F 0.95(4,3)=9.12,F 0.975(4,3)=15.1, F 0.99(4,3)=28.7 ,F 0.01(3,4)= 土，F(xiàn) 0.025 (3,4)=上，F(xiàn)。.。5(3,4)= 土。28.715

12、.19.12【課內(nèi)練習】1. 求分位數(shù) z2 0.05(8)， v 0.95(12)2. 求分位數(shù) t 0.05(8), t 0.95(12)。3. 求分位數(shù) F0.05(7,5)， F0.95(10,12)。4. 由u 0.975=1.960寫出有關的上側分位數(shù)與雙側分位數(shù)。5. 由t 0.95(4)=2.132寫出有關的上側分位數(shù)與雙側分位數(shù)。6. 若X 脖(4), P(X<0.711)=0.05 , P(X<9.49)=0.95 ,試寫 出有關的分位數(shù)。7. 若X F(5,3) , P(X<9.01)=0.95 , Y F(3,5), (Y<5.41)= 0.95,試寫出有關的分位數(shù)。8. 設X i、X 2、X 10相互獨立且都服從 N(0,0.09)分布, 試求 PZ Xi2 >1.44。習題答案：1. 2.73， 21.0。2.- 1.860， 1.782。3. 盅， 3.37。4. 1.960為上側 0.025分位數(shù)，-1.960與 1.960