先修内容
具备微积分基础,希望把概率模型与数据推断连成一条严格链条的学习者。
综合练习
X₁,…,X₁₀₀ 独立同分布,均值 2、方差 9。用中心极限定理近似 P(X̄>2.9),并说明近似的依据与误差来源。
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样本均值近似服从 N(2, 9/100),标准化为标准正态后查分布函数。
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X̄ 近似服从 N(2,0.09),标准误 0.3,故 P(X̄>2.9)≈1-Φ((2.9-2)/0.3)=1-Φ(3)≈1-0.99865=0.00135。依据是有限方差独立同分布情形的中心极限定理;误差来自正态近似对尾部的偏差,三阶矩有界时 Berry–Esseen 界给出 O(1/√n) 量级的分布函数误差。
结果核验:若总体恰为正态,则 X̄ 精确服从 N(2,0.09),近似值即为精确值;重复模拟 10⁵ 次抽样,超过 2.9 的频率应稳定在约 0.0013 附近。
某正态总体抽取 n=16 的样本,x̄=10.4,样本标准差 s=2.0。构造均值 μ 的 95% 置信区间,并解释为何使用 t 分布而不是标准正态。
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方差未知时枢轴量 T=(X̄-μ)/(S/√n) 服从 t(n-1),查 t(15) 的 0.975 分位数。
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t_{0.975}(15)=2.131,区间为 x̄±t·s/√n=10.4±2.131×2/4=10.4±1.066,即 (9.33,11.47)。总体方差未知而用样本方差代替后,枢轴量分子为正态、分母含独立卡方变量的平方根,比值服从 t(15) 而非标准正态;n 增大时 t 分布趋向正态。
结果核验:若误用 z_{0.975}=1.96,半宽为 0.98,区间更窄,小样本覆盖率将低于 95%;t 区间更宽正是对方差估计不确定性的补偿,可用模拟重复抽样核对覆盖率。