概率论级数公式 | Series in Probability Theory
概率质量函数 | Probability Mass Function
pX(x)=n1for x=1,2,…,n
期望值 | Expectation
E(X)=x=1∑nxpX(x)=x=1∑nx⋅n1=n1x=1∑nx
使用等差数列求和公式:
x=1∑nx=2n(n+1)
因此,
E(X)=n1⋅2n(n+1)=2n+1
方差 | Variance
Var(X)=x=1∑n(x−E(X))2pX(x)
使用离散型均匀分布的方差公式:
Var(X)=12(n2−1)
伯努利分布 | Bernoulli Distribution
概率质量函数 | Probability Mass Function
pX(x)={p1−pif x=1if x=0
其中,0≤p≤1
where 0≤p≤1
期望值 | Expectation
E(X)=x∈{0,1}∑xpX(x)=0⋅(1−p)+1⋅p=p
方差 | Variance
Var(X)=x∈{0,1}∑(x−E(X))2pX(x)=(0−p)2(1−p)+(1−p)2p=p(1−p)
二项分布 | Binomial Distribution
概率质量函数 | Probability Mass Function
pX(k)=(kn)pk(1−p)n−kfor k=0,1,2,…,n
其中,(kn)=k!(n−k)!n!
where (kn)=k!(n−k)!n!
期望值 | Expectation
E(X)=k=0∑nk(kn)pk(1−p)n−k=np
方差 | Variance
Var(X)=k=0∑n(k−np)2(kn)pk(1−p)n−k=np(1−p)
几何分布 | Geometric Distribution
概率质量函数 | Probability Mass Function
pX(k)=(1−p)k−1pfor k=1,2,3,…
期望值 | Expectation
E(X)=k=1∑∞k(1−p)k−1p
求和过程:
E(X)令 qE(X)使用等比级数求和公式 k=1∑∞kqk−1E(X)=k=1∑∞k(1−p)k−1p=pk=1∑∞k(1−p)k−1=1−p=pk=1∑∞kqk−1=(1−q)21=p⋅(1−q)21=p⋅p21=p1
方差 | Variance
Var(X)=k=1∑∞(k−E(X))2(1−p)k−1p=k=1∑∞(k−p1)2(1−p)k−1p
计算过程 | Calculation Process
- 展开平方项
Var(X)=k=1∑∞(k2−2k⋅p1+p21)(1−p)k−1p=k=1∑∞(k2(1−p)k−1p−2k⋅p1(1−p)k−1p+p21(1−p)k−1p)=p[k=1∑∞k2(1−p)k−1−2⋅p1k=1∑∞k(1−p)k−1+p21k=1∑∞(1−p)k−1]
- 分别计算三个部分
第一部分:
k=1∑∞k2(1−p)k−1
利用公式 ∑k=1∞k2qk−1=(1−q)31+q 其中 q=1−p
k=1∑∞k2(1−p)k−1=(1−(1−p))31+(1−p)=p32−p
第二部分:
k=1∑∞k(1−p)k−1
利用公式 ∑k=1∞kqk−1=(1−q)21 其中 q=1−p
k=1∑∞k(1−p)k−1=p21
第三部分:
k=1∑∞(1−p)k−1
这是一个无穷等比数列,求和结果为:
k=1∑∞(1−p)k−1=1−(1−p)1=p1
- 综合计算方差
Var(X)=p[p32−p−2⋅p1⋅p21+p21⋅p1]=p[p32−p−p32+p31]=p[p32−p−2+1]=p[p3−p+1]=p21−p
综上所述,几何分布的方差为:
Var(X)=p21−p
泊松分布 | Poisson Distribution
概率质量函数 | Probability Mass Function
pX(k)=k!λke−λfor k=0,1,2,…
期望值 | Expectation
E(X)=k=0∑∞kk!λke−λ=λ
求和过程:
E(X)令 p(k)E(X)=k=0∑∞kk!λke−λ=k!λke−λ=k=1∑∞kp(k)=k=1∑∞kk!λke−λ=k=1∑∞λ(k−1)!λk−1e−λ=λk=0∑∞k!λke−λ=λ⋅1=λ
方差 | Variance
Var(X)=k=0∑∞(k−λ)2k!λke−λ=λ
求和过程:
Var(X)第一项:k=0∑∞k2k!λke−λ第二项:−2λk=0∑∞kk!λke−λ第三项:λ2k=0∑∞k!λke−λVar(X)=k=0∑∞(k−λ)2k!λke−λ=k=0∑∞(k2−2kλ+λ2)k!λke−λ=k=0∑∞k2k!λke−λ−2λk=0∑∞kk!λke−λ+λ2k=0∑∞k!λke−λ=λk=1∑∞k(k−1)!λk−1e−λ=λk=0∑∞(k+1)k!λke−λ=λ[k=0∑∞kk!λke−λ+k=0∑∞k!λke−λ]=λ(λ+1)=λ2+λ=−2λλ=−2λ2=λ2⋅1=λ2=λ2+λ−2λ2+λ2=λ