概率与数理统计课件-正态总体均值与方差的区间估计.ppt
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- 关 键 词:
- 概率 数理统计 课件 总体 均值 方差 区间 估计
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1、第四节第四节 正态总体均值与方差的正态总体均值与方差的区间估计区间估计一、单个总体的情况一、单个总体的情况二、两个总体的情况二、两个总体的情况三、小结三、小结.,),( , ,12221本方差本方差分别是样本均值和样分别是样本均值和样的样本的样本总体总体为为并设并设设给定置信水平为设给定置信水平为SXNXXXn 一、单个总体一、单个总体 的情况的情况),(2 N ,)1(2为已知为已知 由上节例由上节例1可知可知: 1 的置信区间的置信区间的一个置信水平为的一个置信水平为 22./, ,XzXznn 的置信区间的置信区间均值均值 1.(404) 2004一一、填填空空题题 本本题题分分, ,每
2、每小小题题级级分分2210),1( ,( ,XN 、设设总总体体未未知知,已已知知,则则 的的置置信信度度为为的的置置信信区区间间为为_._.22/, ,XzXznn222azL (153) 00 27一一、填填空空题题 本本题题分分, ,每每题题级级分分2213),1 ( ,( , ,_._.nXNXXLn K K、设设总总体体已已知知,是是样样本本,已已知知 的的置置信信水水平平为为的的置置信信区区间间长长度度不不超超过过则则样样本本容容量量2510 _._.()()().().nb b 、设设总总体体方方差差已已知知,则则当当填填满满足足题题意意的的最最小小整整数数 时时,可可使使总总体
3、体均均值值 的的置置信信水水平平为为的的置置信信区区间间长长度度不不大大于于222241zb (5,3,15) 2008 8 4一一、填填空空题题 本本大大题题共共 每每小小题题 分分 总总( (学学时时) )计计级级分分 包糖机某日开工包了包糖机某日开工包了1212包糖包糖, ,称得质量称得质量( (单单位位: :克克) )分别为分别为506,500,495,488,504,486,505,506,500,495,488,504,486,505,513,521,520,512,485. 513,521,520,512,485. 假设重量服从正态分布假设重量服从正态分布, ,解解,12,10
4、n ,92.502 x计算得计算得,10. 0)1(时时当当 05. 02/ zz 查表得查表得0.05). 0.10 ( 1 10, 和和分别取分别取置信区间置信区间的的试求糖包的平均质量试求糖包的平均质量且标准差为且标准差为附表附表3 3,95. 021 ,645. 1例例1 2/ znx645. 1121092.502 ,67.507 2/ znx645. 1121092.502 ,17.498 90% 的置信区间为的置信区间为的置信度为的置信度为即即 ).67.507,17.498(,05. 0)2(时时当当 ,975. 021 025. 02/zz 95%的置信区间为的置信区间为的置
5、信度为的置信度为同理可得同理可得 ).58.508,26.497(.,1 ;,1 ,置信区间也较小置信区间也较小较小时较小时当置信度当置信度置信区间也较大置信区间也较大较大时较大时当置信度当置信度从此例可以看出从此例可以看出 附表附表2-22-2,96. 1查表得查表得100 50 1.25 0.80 2 00N( ,1),120 92009254., ., .lnln()(). .XYXXE X 七七、( (本本题题分分) )假假设设,是是来来自自总总体体的的简简单单随随机机样样考考题题(级级 学学本本值值,已已知知( )求求 的的数数学学期期望望;( )求求 的的置置信信水水时时)平平为为
6、的的置置信信区区间间; 222112221211122()()()()()()( )()()( )YyyyyE XE ee f y dye edyeedye 解解( )22211, ,yzyznn ( ) 的的置置信信区区间间为为:,10 51 250 8204(ln .ln .ln .ln )(ln .ln .ln .ln )y 0 98 0 98(., .)(., .) 故故总总体体均均值值 的的置置信信区区间间为为 ,)2(2为未知为未知 , , 2/直接使用此区间直接使用此区间不能不能中含有未知参数中含有未知参数由于区间由于区间 znX , , 222 替换替换可用可用的无偏估计的无偏
7、估计是是但因为但因为SSS 1 的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为 .)1(2/ ntnSX 推导过程如下推导过程如下:,1)1()1( 2/2/ ntnSXntnSXP即即 1 的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为于是得于是得 2211/(),() .(),() .SSXtnXtnnn 1 (), (),/ /Xt nSn 又又根根据据第第5 5章章定定理理5.1(4)5.1(4)知知 ,1)1(/)1( 2/2/ ntnSXntP则则(3152005) 二二、单单项项选选择择题题 每每题题 分分, ,共共分分级级22222225),11111/ /( ,( ,()(),()()(
8、),()()(),()()(),()()( ),( )()( ),( )()( ),( )()( ),( )XNSSAXtnXtnnnSSBXtnXtnnnSSCXtnXtnnnSSDXtnXtnnn 、设设总总体体和和都都未未知知,则则 的的置置信信度度为为的的置置信信区区间间为为( ).( ).A21/ /()()Stnn (5,3,15) 20 0 8 一一、填填空空题题 本本大大题题共共 每每小小题题 分分 总总计计级级分分223),1 ( ,( ,(,),(,),_._.XNnXX 、设设总总体体若若 和和均均未未知知, 为为样样本本容容量量,总总体体均均值值 的的置置信信水水平平为
9、为的的置置信信区区间间为为则则 的的值值为为(153) 00 27二二、选选择择题题 本本题题分分, ,每每题题级级分分0 02551669 816 75152 1366 2 73 464 2 71 467 2 74 465 2 72 4. ., ,.,.,.,.,().),().),() (. ,. )() (. ,. )() (. ,. )() (. ,. )() (. ,. )() (. ,. )() (. ,. )() (. ,. )nxstABCD 、某某人人自自测测每每分分钟钟脉脉搏搏次次数数,得得到到数数据据假假设设每每分分钟钟脉脉搏搏次次数数服服从从正正态态分分布布则则此此人人
10、平平均均脉脉搏搏次次数数的的置置信信区区间间为为( ). ( ). A解解 有一大批糖果有一大批糖果,现从中随机地取现从中随机地取16袋袋, 称得重称得重量量(克克)如下如下: 496509502506496493505514512497510504503499508506设袋装糖果的重量服从正态分布设袋装糖果的重量服从正态分布, 试求总体均值试求总体均值,151 0.05, n : )1( 分布表可知分布表可知查查 nt )15(025. 0t,2022. 6,75.503 sx计算得计算得 . 0.95 的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为 附表附表4 4,1315. 2例例2 5%9
11、 的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为得得 1315. 2162022. 675.503).1 .507, 4 .500(即即就是说估计袋装糖果重量的均值在就是说估计袋装糖果重量的均值在500.4克与克与507.1克之间克之间, 这个估计的可信程度为这个估计的可信程度为95%. ).( 61. 621315. 2162022. 6 克克其误差不大于其误差不大于 , 的近似值的近似值为为若依此区间内任一值作若依此区间内任一值作 这个误差的可信度为这个误差的可信度为95%. . 95% , ),(2的置信区间的置信区间的的试求糖包重量试求糖包重量 N解解 ,12, n未知未知此时此时 ,92.
12、502 0.05, x ,35.12 s : )1( 分布表可知分布表可知查查 nt )11(025. 0t,85. 7201. 21235.12)1( 2/ ntns 于是于是 5%9 的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为得得 ).77.510,07.495(,201. 2附表附表4 4例例3( (续例续例1)1)如果只假设糖包的重量服从正态分布如果只假设糖包的重量服从正态分布解解).( ,1 , , ),(,22221LELNXXXn求求的置信区间的长度的置信区间的长度的置信度为的置信度为关于关于是是设随机变量设随机变量为未知参数为未知参数和和其中其中的样本的样本是来自正态总体是来自正
13、态总体设设 ,2未知时未知时当当 ,)1(1 2/ ntnSX 的置信区间为的置信区间为的置信度为的置信度为 , )1(2 2/ ntnSL 置信区间长度置信区间长度例例4 ,)1(4 22/22 ntnSL niiXXnESE122)(11)( 又又 21211XnXnEnii )()(11212XnEXEnnii )()()()(11212XEXDnXEXDnniii 2212211 nnnni,2 )1(4)( 22/22 ntnSELE 于是于是)()1(4222/SEntn .)1(4222/ ntn推导过程如下推导过程如下: , 22的无偏估计的无偏估计是是因为因为 S),1()1
14、(222 nSn 1 2的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为方差方差 .)1()1(,)1()1(22/1222/2 nSnnSn . ,未知的情况未知的情况只介绍只介绍根据实际需要根据实际需要 2的置信区间的置信区间方差方差 2.根根据据第第5 5章章定定理理5.1(3)5.1(3)知知 1 2的置信区间的置信区间的置信度为的置信度为于是得方差于是得方差 ,1)1()1()1( 22/2222/1 nSnnP则则 ,1)1()1()1()1( 22/12222/2 nSnnSnP即即 .)1()1(,)1()1(22/1222/2 nSnnSn 1 的置信区间的置信区间的一个置信度为的一
15、个置信度为标准差标准差 .)1(1,)1(122/122/ nSnnSn 进一步可得进一步可得:注意注意: 在密度函数不对称时在密度函数不对称时, , 2分布分布分布和分布和如如F 习惯上仍取对称的分位点来习惯上仍取对称的分位点来确定置信区间确定置信区间(如图如图). (续例续例2) 求例求例2 2中总体标准差中总体标准差 的置信度为的置信度为0.950.95的置信区间的置信区间. .解解,151 0.975,21 0.025,2 n : )1( 2分布表可知分布表可知查查 n )15(2025. 0 ,2022. 6 s计算得计算得 )15(2975. 0 代入公式得标准差的置信区间代入公式
16、得标准差的置信区间).60. 9,58. 4(附表附表5 5 ,488.27,262. 6附表附表5 5例例5解解,111 0.975,21 0.025,2 n );64.453,97.78().30.21,87. 8( . 0.95 1 2的置信区间的置信区间置信度为置信度为的的和标准差和标准差中总体方差中总体方差求例求例 2的置信区间的置信区间方差方差 的置信区间的置信区间标准差标准差 例例6 (续例续例1):)1(2分布表可知分布表可知查查 n ,816. 3)11(2975. 0 ,920.21)11(2025. 0 212102222223220 9750 025200( ,),21
17、0 95210 9592 709189 023, ,., ,. .( ),()( ),().( ).,( ).).( ).,( ).).X NxxxsXXYD L L四四、( (本本题题1414分分) )设设总总体体且且是是样样本本观观察察值值,样样本本方方差差( )求求的的置置信信水水平平为为的的置置信信区区间间;( )已已知知求求的的置置信信水水平平为为的的置置信信考考题题(级级 24 24学学;时时)区区间间2220 0250 97510 9518180 9462 6 666799. .,.,.( )( )( )( ) 解解:( )的的置置信信水水平平为为的的置置信信区区间间为为:,即即
18、为为(,);22232222223222112212220 3000 2 1137( )( ),.,.XXDDDXD ( );由由于于是是的的单单调调减减少少函函数数,置置信信区区间间为为,即即为为(,)。二、两个总体二、两个总体 的情况的情况),(),(222211 NN., , ,),(,),( , ,122212222121121的样本方差的样本方差分别是第一、二个总体分别是第一、二个总体总体的样本均值总体的样本均值分别是第一、二个分别是第一、二个的样本的样本个总体个总体为第二为第二的样本的样本第一个总体第一个总体为为并设并设设给定置信度为设给定置信度为SSYXNYYYNXXXnn 讨论
19、两个正态总体均值差和方差比的估计问题讨论两个正态总体均值差和方差比的估计问题.均为已知均为已知和和2221)1( 1 21的置信区间的置信区间的一个置信度为的一个置信度为 22221212121222., ,XYzXYznnnn , , , 21的无偏估计的无偏估计分别是分别是因为因为 YX推导过程如下推导过程如下: , 21的无偏估计的无偏估计是是所以所以 YX 21的置信区间的置信区间两个总体均值差两个总体均值差 1. , 的独立性及的独立性及由由YX,1211 nNX ,2222 nNY , 22212121 nnNYX 可知可知 ,1, 0 22212121NnnYX 或或 1 21的
20、置信区间的置信区间的一个置信度为的一个置信度为于是得于是得 22221212121222., ,XYzXYznnnn ,)2(2221均为未知均为未知和和 ),50(21则有则有即可即可实用上实用上都很大都很大和和只要只要 nn 1 21的近似置信区间的近似置信区间的一个置信度为的一个置信度为 22221212221212./, ,SSSSXYzXYznnnn , ,)3(222221为未知为未知但但 1 21的置信区间的置信区间的一个置信度为的一个置信度为 .11)2(21212/ nnSnntYXw .,2)1()1( 2212222112wwwSSnnSnSnS 其中其中5 6( . )
21、( . )由由,知知.,2)1()1(),2(11)()(2212222112212121wwwwSSnnSnSnSnntnnSYX 其中其中 例例7为比较为比较, 两种型号步枪子弹的枪口速度两种型号步枪子弹的枪口速度,随机地取随机地取型子弹型子弹10发发, 得到枪口速度的平均值为得到枪口速度的平均值为),s/m(5001 x),s/m(10. 1 1 s标准差标准差随机地取随机地取型子弹型子弹20发发, 得枪口速度平均值为得枪口速度平均值为),s/m(4962 x),s/m(20. 1 2 s标准差标准差假设两总体都可认为近似假设两总体都可认为近似地服从正态分布地服从正态分布,且由生产过程可
22、认为它们的方差且由生产过程可认为它们的方差相等相等, 求两总体均值差求两总体均值差 .950 21的置的置的置信度为的置信度为 信区间信区间.解解 由题意由题意, 两总体样本独立且方差相等两总体样本独立且方差相等(但未知但未知), 0.025,2 ,20,1021 nn,28221 nn : )1( 分布表可知分布表可知查查 nt,0484. 2)28(025. 0 t,2820. 11910. 19 222 ws,1688. 12 wwSs .950 21的置信区间的置信区间的一个置信度为的一个置信度为于是得于是得 201101)28(025. 021tSxxw),93. 04( ).93.
23、 4,07. 3( 即所求置信区间为即所求置信区间为解解 由题意由题意, 两总体样本独立且方差相等两总体样本独立且方差相等(但未知但未知),例例8为提高某一化学生产过程的得率为提高某一化学生产过程的得率, 试图采用试图采用一种新的催化剂一种新的催化剂, 为慎重起见为慎重起见, 在试验工厂先进行在试验工厂先进行81 n.73.911 x,75.932 x体都可认为近似地服从正态分布体都可认为近似地服从正态分布, 且方差相等且方差相等, 求求两总体均值差两总体均值差 . .950 21信区间信区间的置的置的置信水平为的置信水平为 试验试验. 设采用原来的催化剂进行了设采用原来的催化剂进行了次试验次
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