数学 数理统计

随机变量的方差与标准差

整理随机变量方差的计算与线性变换性质,给出切比雪夫不等式及零方差的刻画。

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随机变量的方差与标准差 #

方差与标准差的定义### 方差的性质 #

以下均假定随机变量的方差存在.

性质

var⁡(X)=E(X2)−[E(X)]2\var(X)=E(X^2)-[E(X)]^2.

性质

常数的方差为 00, 即 var⁡(c)=0\var(c)=0.

性质

若 a,ba,b 是常数, 则 var⁡(aX+b)=a2var⁡(X).\var(aX+b)=a^2\var(X).

切比雪夫不等式 #

定理 切比雪夫

设随机变量 XX 的数学期望和方差都存在, 则对任意常数 ε>0\varepsilon>0, 有

P(∣X−E(x)∣⩾ε)⩽var⁡(X)ε2,\begin{equation} P(|X-E(x)|\geqslant\varepsilon)\leqslant\dfrac{\var(X)}{\varepsilon^2}, \end{equation}

或

P(∣X−E(x)∣<ε)⩾1−var⁡(X)ε2,\begin{equation} P(|X-E(x)|<\varepsilon)\geqslant 1-\dfrac{\var(X)}{\varepsilon^2}, \end{equation}

我们称事件 {∣X−E(X)∣⩾ε}\{|X-E(X)|\geqslant\varepsilon\} 为大偏差, 其概率 P(∣X−E(X)∣⩾ε)P(|X-E(X)|\geqslant\varepsilon) 称为偏差发生概率.

定理

若随机变量 XX 的方差存在, 则 var⁡(X)=0\var(X)=0 的充要条件是 XX 几乎处处为某个常熟 aa, 即 P(X=a)=1P(X=a)=1.

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