Математичне очікування випадкової величини x. Випадкові величини

Основні числові характеристики дискретних та безперервних випадкових величин: математичне очікування, дисперсія та середнє квадратичне відхилення. Їх властивості та приклади.

Закон розподілу (функція розподілу та ряд розподілу або щільність імовірності) повністю описують поведінку випадкової величини. Але в ряді завдань достатньо знати деякі числові характеристики досліджуваної величини (наприклад, її середнє значення і можливе відхилення від нього), щоб відповісти на поставлене запитання. Розглянемо основні числові характеристики дискретних випадкових величин.

Визначення 7.1.Математичним очікуваннямдискретної випадкової величини називається сума творів її можливих значень на відповідні їм ймовірності:

М(Х) = х 1 р 1 + х 2 р 2 + … + х п р п.(7.1)

Якщо число можливих значень випадкової величини нескінченно, то якщо отриманий ряд сходиться абсолютно.

Зауваження 1.Математичне очікуванняназивають іноді виваженим середнім, так як воно приблизно дорівнює середньому арифметичному спостерігаються значень випадкової величини при великому числідослідів.

Примітка 2.З визначення математичного очікування випливає, що його значення не менше найменшого можливого значення випадкової величини і не більше найбільшого.

Примітка 3.Математичне очікування дискретної випадкової величини є невипадкова(Постійна) величина. Надалі побачимо, що це справедливо і для безперервних випадкових величин.

Приклад 1. Знайдемо математичне очікування випадкової величини Х- числа стандартних деталей серед трьох, відібраних із партії у 10 деталей, серед яких 2 браковані. Складемо ряд розподілу для Х. З умови завдання випливає, що Хможе набувати значень 1, 2, 3. Тоді

Приклад 2. Визначимо математичне очікування випадкової величини Х- Числа кидків монети до першої появи герба. Ця величина може приймати нескінченне числозначень (безліч можливих значень є безліч натуральних чисел). Ряд її розподілу має вигляд:

+ (при обчисленні двічі використовувалася формула суми нескінченно спадаючою геометричній прогресії: , звідки).

Властивості математичного очікування.

1) Математичне очікування постійної і найпостійнішої:

М(З) = З.(7.2)

Доведення. Якщо розглядати Зяк дискретну випадкову величину, що приймає лише одне значення Зз ймовірністю р= 1, то М(З) = З?1 = З.

2) Постійний множникможна виносить за знак математичного очікування:

М(СГ) = З М(Х). (7.3)

Доведення. Якщо випадкова величина Хзадана поруч розподілу

Тоді М(СГ) = Сх 1 р 1 + Сх 2 р 2 + … + Сх п р п = З(х 1 р 1 + х 2 р 2 + … + х п р п) = СМ(Х).

Визначення 7.2.Дві випадкові величини називаються незалежними, якщо закон розподілу однієї з них не залежить від того, які значення набула інша. В іншому випадку випадкові величини залежні.

Визначення 7.3.Назвемо добутком незалежних випадкових величин Хі Y випадкову величину XY, можливі значення якої дорівнюють творам усіх можливих значень Хна всі можливі значення Y, А відповідні їм ймовірності рівні творам ймовірностей співмножників.

3) Математичне очікування твору двох незалежних випадкових величин дорівнює твору їх математичних очікувань:

M(XY) = M(X)M(Y). (7.4)

Доведення. Для спрощення обчислень обмежимося випадком, коли Хі Yприймають лише по два можливі значення:

Отже, M(XY) = x 1 y 1 ?p 1 g 1 + x 2 y 1 ?p 2 g 1 + x 1 y 2 ?p 1 g 2 + x 2 y 2 ?p 2 g 2 = y 1 g 1 (x 1 p 1 + x 2 p 2) + + y 2 g 2 (x 1 p 1 + x 2 p 2) = (y 1 g 1 + y 2 g 2) (x 1 p 1 + x 2 p 2) = M(X)?M(Y).

Зауваження 1.Аналогічно можна довести цю властивість для більшої кількості можливих значень співмножників.

Примітка 2.Властивість 3 справедливо добутку будь-якого числа незалежних випадкових величин, що доводиться методом математичної індукції.

Визначення 7.4.Визначимо суму випадкових величин Хі Y як випадкову величину Х+Y, можливі значення якої дорівнюють сумам кожного можливого значення Хз кожним можливим значенням Y; ймовірності таких сум рівні творам ймовірностей доданків (для залежних випадкових величин - творам ймовірності одного доданку на умовну ймовірністьдругого).

4) Математичне очікування суми двох випадкових величин (залежних або незалежних) дорівнює сумі математичних очікувань доданків:

M (X+Y) = M (X) + M (Y). (7.5)

Доведення.

Знову розглянемо випадкові величини, задані рядами розподілу, наведеними за доказом властивості 3. Тоді можливими значеннями X+Yє х 1 + у 1 , х 1 + у 2 , х 2 + у 1 , х 2 + у 2 . Позначимо їх ймовірності відповідно як р 11 , р 12 , р 21 і р 22 . Знайдемо М(Х+Y) = (x 1 + y 1)p 11 + (x 1 + y 2)p 12 + (x 2 + y 1)p 21 + (x 2 + y 2)p 22 =

= x 1 (p 11 + p 12) + x 2 (p 21 + p 22) + y 1 (p 11 + p 21) + y 2 (p 12 + p 22).

Доведемо, що р 11 + р 22 = р 1 . Справді, подія полягає в тому, що X+Yнабуде значення х 1 + у 1 або х 1 + у 2 і ймовірність якого дорівнює р 11 + р 22 , збігається з подією, що полягає в тому, що Х = х 1 (його ймовірність - р 1). Аналогічно доводиться, що p 21 + p 22 = р 2 , p 11 + p 21 = g 1 , p 12 + p 22 = g 2 . Значить,

M(X+Y) = x 1 p 1 + x 2 p 2 + y 1 g 1 + y 2 g 2 = M (X) + M (Y).

Зауваження. З якості 4 випливає, що сума будь-якого числа випадкових величин дорівнює сумі математичних очікувань доданків.

приклад. Знайти математичне очікування суми числа очок, що випали під час кидка п'яти гральних кісток.

Знайдемо математичне очікування числа очок, що випали під час кидка однієї кістки:

М(Х 1) = (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) Тому ж числу дорівнює математичне очікування числа очок, що випали на будь-якій кістці. Отже, за якістю 4 М(Х)=

Дисперсія.

Щоб мати уявлення про поведінку випадкової величини, недостатньо знати лише її математичне очікування. Розглянемо дві випадкові величини: Хі Y, задані рядами розподілу виду

Знайдемо М(Х) = 49?0,1 + 50?0,8 + 51?0,1 = 50, М(Y) = 0?0,5 + 100?0,5 = 50. Як видно, математичні очікування обох величин рівні, але якщо для Х М(Х) добре описує поведінку випадкової величини, будучи її найбільш ймовірним можливим значенням (причому інші значення ненабагато відрізняються від 50), то значення Yістотно відстоять від М(Y). Отже, поряд з математичним очікуванням бажано знати, наскільки значення випадкової величини відхиляються від нього. Для характеристики цього є дисперсія.

Визначення 7.5.Дисперсією (розсіянням)випадкової величини називається математичне очікування квадрата її відхилення від її математичного очікування:

D(X) = M (X - M(X))². (7.6)

Знайдемо дисперсію випадкової величини Х(Числа стандартних деталей серед відібраних) у прикладі 1 даної лекції. Обчислимо значення квадрата відхилення кожного можливого значення від математичного очікування:

(1 – 2,4) 2 = 1,96; (2 – 2,4) 2 = 0,16; (3 – 2,4) 2 = 0,36. Отже,

Зауваження 1.У визначенні дисперсії оцінюється не саме відхилення від середнього, яке квадрат. Це зроблено для того, щоб відхилення різних знаків не компенсували одне одного.

Примітка 2.З визначення дисперсії випливає, що ця величина набуває лише невід'ємних значень.

Примітка 3.Існує зручніша для розрахунків формула для обчислення дисперсії, справедливість якої доводиться в наступній теоремі:

Теорема 7.1.D(X) = M(X²) - M²( X). (7.7)

Доведення.

Використовуючи те, що М(Х) - постійна величина, та властивості математичного очікування, перетворимо формулу (7.6) на вигляд:

D(X) = M(X - M(X))² = M(X² - 2 X?M(X) + M²( X)) = M(X²) - 2 M(X)?M(X) + M²( X) =

= M(X²) - 2 M²( X) + M²( X) = M(X²) - M²( X), що й потрібно було довести.

приклад. Обчислимо дисперсії випадкових величин Хі Y, Розглянуті на початку цього розділу. М(Х) = (49 2 ?0,1 + 50 2 ?0,8 + 51 2 ?0,1) - 50 2 = 2500,2 - 2500 = 0,2.

М(Y) = (0 2? 0,5 ​​+ 100? 0,5) - 50? = 5000 - 2500 = 2500. Отже, дисперсія другої випадкової величини в кілька тисяч разів більше дисперсіїпершою. Таким чином, навіть не знаючи законів розподілу цих величин, відомим значеннямдисперсії ми можемо стверджувати, що Хмало відхиляється від свого математичного очікування, в той час як для Yце відхилення дуже суттєво.

Властивості дисперсії.

1) Дисперсія постійної величини Здорівнює нулю:

D (C) = 0. (7.8)

Доведення. D(C) = M((C - M(C))²) = M((C - C)²) = M(0) = 0.

2) Постійний множник можна виносити за знак дисперсії, звівши його у квадрат:

D(CX) = C² D(X). (7.9)

Доведення. D(CX) = M((CX-M(CX))²) = M((CX - CM(X))²) = M(C²( X - M(X))²) =

= C² D(X).

3) Дисперсія суми двох незалежних випадкових величин дорівнює сумі їх дисперсій:

D(X+Y) = D(X) + D(Y). (7.10)

Доведення. D(X+Y) = M(X² + 2 XY + Y²) - ( M(X) + M(Y))² = M(X²) + 2 M(X)M(Y) +

+ M(Y²) - M²( X) - 2M(X)M(Y) - M²( Y) = (M(X²) - M²( X)) + (M(Y²) - M²( Y)) = D(X) + D(Y).

Наслідок 1.Дисперсія суми кількох взаємно незалежних випадкових величин дорівнює сумі дисперсій.

Наслідок 2.Дисперсія суми постійної та випадкової величин дорівнює дисперсії випадкової величини.

4) Дисперсія різниці двох незалежних випадкових величин дорівнює сумі їх дисперсій:

D(X - Y) = D(X) + D(Y). (7.11)

Доведення. D(X - Y) = D(X) + D(-Y) = D(X) + (-1)² D(Y) = D(X) + D(X).

Дисперсія дає середнє значення квадрата відхилення випадкової величини середнього; з метою оцінки самого відхилення служить величина, звана середнім квадратичним відхиленням.

Визначення 7.6.Середнім квадратичним відхиленнямσ випадкової величини Хназивається квадратний корінь з дисперсії:

приклад. У попередньому прикладі середні квадратичні відхилення Хі Yрівні відповідно

2. Основи теорії ймовірностей

Математичне очікування

Розглянемо випадкову величину із числовими значеннями. Часто виявляється корисним пов'язати з цією функцією число - її "середнє значення" або, як то кажуть, "середню величину", "показник центральної тенденції". З ряду причин, деякі з яких будуть зрозумілі з подальшого, як «середнє значення» зазвичай використовують математичне очікування.

Визначення 3.Математичним очікуванням випадкової величини Хназивається число

тобто. математичне очікування випадкової величини – це виважена сума значень випадкової величини з вагами, рівними ймовірностям відповідних елементарних подій.

Приклад 6.Обчислимо математичне очікування числа, що випало на верхньої гранігрального кубика. Безпосередньо з визначення 3 випливає, що

Твердження 2.Нехай випадкова величина Хприймає значення х 1, х 2, ..., хm. Тоді справедлива рівність

(5)

тобто. математичне очікування випадкової величини – це виважена сума значень випадкової величини з вагами, рівними ймовірностям, що випадкова величина набуває певних значень.

На відміну від (4), де підсумовування проводиться безпосередньо за елементарними подіями, випадкова подія може складатися з кількох елементарних подій.

Іноді співвідношення (5) приймають як визначення математичного очікування. Однак за допомогою визначення 3, як показано далі, легше встановити властивості математичного очікування, необхідні для побудови імовірнісних моделейреальних явищ, ніж із допомогою співвідношення (5).

Для доказу співвідношення (5) згрупуємо в (4) члени з однаковими значеннямивипадкової величини:

Оскільки постійний множник можна винести за знак суми, то

За визначенням ймовірності події

За допомогою двох останніх співвідношень отримуємо необхідне:

Поняття математичного очікування у вероятностно-статистической теорії відповідає поняттю центру важкості у механіці. Помістимо в крапки х 1, х 2, ..., хmна числовій осі маси P(X= x 1 ), P(X= x 2 ),…, P(X= x m) відповідно. Тоді рівність (5) показує, що центр тяжкості цієї системи матеріальних точокзбігається з математичним очікуванням, що демонструє природність визначення 3.

Твердження 3.Нехай Х- випадкова величина, М(Х)– її математичне очікування, а- Деяке число. Тоді

1) М(а)=а; 2) М(Х-М(Х)) = 0; 3) М[(X- a) 2 ]= M[(X- M(X)) 2 ]+(a- M(X)) 2 .

На підтвердження розглянемо спочатку випадкову величину, що є постійної, тобто. функція відображає простір елементарних подій у єдину точку а. Оскільки постійний множник можна виносити за знак суми, то

Якщо кожен член суми розбивається на два доданки, те й вся сума розбивається на дві суми, у тому числі перша складена з перших доданків, а друга – з других. Отже, математичне очікування суми двох випадкових величин Х+У, визначених на тому самому просторі елементарних подій, дорівнює сумі математичних очікувань М(Х)і М(У)цих випадкових величин:

М(Х+У) = М(Х)+М(У).

А тому М(Х-М(Х)) = М(Х) - М(М(Х)).Як показано вище, М(М(Х)) = М(Х).Отже, М(Х-М(Х)) = М(Х) - М(Х) = 0.

Оскільки (Х - а) 2 = ((X – M(X)) + (M(X) - a)} 2 = (X - M(X)) 2 + 2(X - M(X))(M(X) - a) + (M(X) – a) 2 , то M[(Х - а) 2] =M(X - M(X)) 2 + M{2(X - M(X))(M(X) - a)} + M[(M(X) – a) 2 ]. Спростимо останню рівність. Як показано на початку доказу твердження 3, математичне очікування константи – сама ця константа, а тому M[(M(X) – a) 2 ] = (M(X) – a) 2 . Оскільки постійний множник можна виносити за знак суми, то M{2(X - M(X))(M(X) - a)} = 2(M(X) - a) М (X - M(X)). Права частина останньої рівності дорівнює 0, оскільки, як показано вище, М(Х-М(Х)) = 0.Отже, М[(X- a) 2 ]= M[(X- M(X)) 2 ]+(a- M(X)) 2 , що й потрібно було довести.

Зі сказаного випливає, що М[(X- a) 2 ] досягає мінімуму за а, рівного M[(X- M(X)) 2 ], при а = М(Х),оскільки другий доданок у рівності 3) завжди невід'ємний і дорівнює 0 тільки при зазначеному значенні а.

Твердження 4.Нехай випадкова величина Хприймає значення х 1, х 2, ..., хm, а f - деяка функція числового аргументу. Тоді

Для доказу згрупуємо у правій частині рівності (4), що визначає математичне очікування, члени з однаковими значеннями:

Користуючись тим, що постійний множник можна виносити за знак суми та визначенням ймовірності випадкової події (2), отримуємо

що й потрібно було довести.

Твердження 5.Нехай Хі У- випадкові величини, визначені на тому самому просторі елементарних подій, аі b- Деякі числа. Тоді M(aX+ bY)= aM(X)+ bM(Y).

За допомогою визначення математичного очікування та властивостей символу підсумовування отримуємо ланцюжок рівностей:

Необхідне доведено.

Вище показано, як залежить математичне очікування від переходу до іншого початку відліку та до іншої одиниці виміру (перехід Y=aX+b), і навіть до функцій від випадкових величин. Отримані результати постійно використовуються в техніко-економічному аналізі, при оцінці фінансово-господарської діяльності підприємства, при переході від однієї валюти до іншої у зовнішньоекономічних розрахунках, у нормативно-технічній документації та ін. Результати, що розглядаються, дозволяють застосовувати одні і ті ж розрахункові формули при різних параметрах масштабу та зсуву.

– кількість хлопчиків серед 10 новонароджених.

Цілком зрозуміло, що ця кількість заздалегідь не відома, і в черговому десятку дітей, що народилися, може виявитися:

Або хлопчиків – один і лише одинз перерахованих варіантів.

І, щоб дотримати форму, трохи фізкультури:

- Дальність стрибка в довжину (У деяких одиницях).

Її не в змозі передбачити навіть майстер спорту:)

Тим не менш, ваші гіпотези?

2) Безперервна випадкова величина – приймає Усе числові значенняз деякого кінцевого чи нескінченного проміжку.

Примітка : в навчальної літературипопулярні абревіатури ДСВ та НСВ

Спочатку розберемо дискретну випадкову величину, потім – безперервну.

Закон розподілу дискретної випадкової величини

– це відповідністьміж можливими значеннями цієї величини та їх ймовірностями. Найчастіше закон записують таблицею:

Досить часто зустрічається термін ряд розподілу, але в деяких ситуаціях він звучить двозначно, і тому я дотримуватимуся «закону».

А зараз дуже важливий момент: оскільки випадкова величина обов'язковоприйме одне із значень, то відповідні події утворюють повну групуі сума ймовірностей їх наступу дорівнює одиниці:

або, якщо записати згорнуто:

Так, наприклад, закон розподілу ймовірностей очок, що випали на кубику, має наступний вигляд:

Без коментарів.

Можливо, у вас склалося враження, що дискретна випадкова величина може набувати лише «хороших» цілей. Розвіємо ілюзію – вони можуть бути будь-якими:

Приклад 1

Деяка гра має наступний законрозподілу виграшу:

…напевно, ви давно мріяли про такі завдання:) Відкрию секрет – я також. Особливо після того, як завершив роботу над теорією поля.

Рішення: оскільки випадкова величина може прийняти тільки одне з трьох значень, то відповідні події утворюють повну групу, Отже, сума їх ймовірностей дорівнює одиниці:

Викриваємо «партизана»:

- Отже, ймовірність виграшу умовних одиниць становить 0,4.

Контроль: , у чому потрібно переконатися.

Відповідь:

Не рідкість, коли закон розподілу потрібно скласти самостійно. Для цього використовують класичне визначення ймовірності, теореми множення / складання ймовірностей подійта інші фішки тервера:

Приклад 2

У коробці знаходяться 50 лотерейних квитків, Серед яких 12 виграшних, причому 2 з них виграють по 1000 рублів, а інші - по 100 рублів. Скласти закон розподілу випадкової величини - розміру виграшу, якщо з коробки навмання витягується один квиток.

Рішення: Як ви помітили, значення випадкової величини прийнято розташовувати в порядок їх зростання. Тому ми починаємо з найменшого виграшу, і саме карбованців.

Усього таких квитків 50 – 12 = 38, і за класичному визначенню:
- Імовірність того, що навмання витягнутий квиток виявиться безвиграшним.

З рештою випадків все просто. Імовірність виграшу рублів становить:

Перевірка: і це особливо приємний момент таких завдань!

Відповідь: шуканий закон розподілу виграшу:

Наступне завдання для самостійного вирішення:

Приклад 3

Імовірність того, що стрілець вразить мету, дорівнює . Скласти закон розподілу випадкової величини – кількості влучень після двох пострілів.

…я знав, що ви за ним скучили:) Згадуємо теореми множення та додавання. Рішення та відповідь наприкінці уроку.

Закон розподілу повністю описує випадкову величину, проте на практиці буває корисно (а іноді й корисніше) знати лише деякі її числові характеристики .

Математичне очікування дискретної випадкової величини

Говорячи простою мовою, це середньоочікуване значенняпри багаторазовому повтореннівипробувань. Нехай випадкова величина набуває значення з ймовірностями відповідно. Тоді математичне очікування цієї випадкової величини дорівнює сумі творіввсіх її значень відповідні ймовірності:

або в згорнутому вигляді:

Обчислимо, наприклад, математичне очікування випадкової величини – кількості очок, що випали на гральному кубику:

Тепер згадаємо нашу гіпотетичну гру:

Виникає питання: а чи вигідно взагалі грати у цю гру? …у кого якісь враження? Адже «навскидку» і не скажеш! Але це питання можна легко відповісти, обчисливши математичне очікування, по суті – середньозваженийза ймовірностями виграш:

Таким чином, математичне очікування цієї гри програшно.

Не вір враженням – вір цифрам!

Так, тут можна виграти 10 і навіть 20-30 разів поспіль, але на довгої дистанціїнас чекає неминуче руйнування. І я не радив би вам грати в такі ігри:) Ну, може, тільки заради розваги.

З усього вищесказаного випливає, що математичне очікування – це вже невипадкова величина.

Творче завданнядля самостійного дослідження:

Приклад 4

Містер Х грає в європейську рулетку за наступною системою: постійно ставить 100 рублів на червоне. Скласти закон розподілу випадкової величини – його виграшу. Обчислити математичне очікування виграшу та округлити його до копійок. Скільки в середньомупрограє гравець із кожної поставленої сотні?

Довідка : європейська рулетка містить 18 червоних, 18 чорних та 1 зелений сектор («зеро»). У разі випадання «червоного» гравцеві виплачується подвоєна ставка, інакше вона йде до доходу казино

Існує багато інших систем гри в рулетку, для яких можна скласти свої таблиці можливостей. Але це той випадок, коли нам не потрібні ніякі закони розподілу та таблиці, бо достеменно встановлено, що математичне очікування гравця буде таким самим. Від системи до системи змінюється лише

Математичне очікування – це розподіл ймовірностей випадкової величини

Математичне очікування, визначення, математичне очікування дискретної та безперервної випадкових величин, вибіркове, умовне маточування, розрахунок, властивості, завдання, оцінка маточіння, дисперсія, функція розподілу, формули, приклади розрахунку

Розгорнути зміст

Згорнути зміст

Математичне очікування - це визначення

Одне з найважливіших понятьв математичної статистикиі теорії ймовірностей, що характеризує розподіл значень чи ймовірностей випадкової величини Зазвичай виражається як середньозважене значенняможливих параметрів випадкової величини. Широко застосовується під час проведення технічного аналізу, дослідження числових рядів, вивченні безперервних та тривалих процесів. Має важливе значенняпри оцінці ризиків, прогнозуванні цінових показників при торгівлі на фінансових ринках, використовується для розробки стратегій та методів ігрової тактики в теорії азартних ігор.

Математичне очікування – цесереднє значення випадкової величини, розподіл ймовірностей випадкової величини у теорії ймовірностей.

Математичне очікування – цеміра середнього значення випадкової величини теоретично ймовірності. Математичне очікування випадкової величини xпозначається M(x).

Математичне очікування – це

Математичне очікування – цетеоретично ймовірності середньозважена величинавсіх можливих значень, які може набувати ця випадкова величина.

Математичне очікування – цесума творів всіх можливих значень випадкової величини на ймовірність цих значень.

Математичне очікування – цесередня вигода від того чи іншого рішення за умови, що подібне рішенняможе бути розглянуто в рамках теорії великих чисел та тривалої дистанції.

Математичне очікування – цев теорії азартних ігор сума виграшу, яку може заробити або програти гравець, у середньому за кожною ставкою. На мові азартних гравців це іноді називається "перевагою гравця" (якщо воно позитивне для гравця) або "перевагою казино" (якщо воно є негативним для гравця).

Математичне очікування – цевідсоток прибутку на виграш, помножений на середній прибуток, мінус ймовірність збитку, помножена на середні збитки.

Математичне очікування випадкової величини у математичній теорії

Однією з найважливіших числових показників випадкової величини є математичне очікування. Введемо поняття системи випадкових величин. Розглянемо сукупність випадкових величин, які є результатами одного й того самого випадкового експерименту. Якщо - одне з можливих значень системи, то події відповідає певна ймовірність, що задовольняє аксіомам Колмогорова. Функція, визначена за будь-яких можливих значеннях випадкових величин, називається спільним законом розподілу. Ця функція дозволяє обчислювати ймовірності будь-яких подій. Зокрема, спільний закон розподілу випадкових величин і, які приймають значення з множини та, задається ймовірностями.

Термін «математичне очікування» введений П'єром Симоном маркізом де Лапласом (1795) і походить від поняття «очікуваного значення виграшу», що вперше з'явився в 17 столітті в теорії азартних ігор у працях Блеза Паскаля і Християна Гюйгенса. Однак перше повне теоретичне осмислення та оцінка цього поняття дано Пафнутієм Львовичем Чебишевим (середина 19 століття).

Закон розподілу випадкових числових величин(функція розподілу та ряд розподілу чи щільність ймовірності) повністю описують поведінку випадкової величини. Але в ряді завдань достатньо знати деякі числові характеристики досліджуваної величини (наприклад, її середнє значення та можливе відхилення від нього), щоб відповісти на поставлене запитання. Основними числовими характеристиками випадкових величин є математичне очікування, дисперсія, мода та медіана.

Математичним очікуванням дискретної випадкової величини називається сума творів її можливих значень відповідні їм ймовірності. Іноді математичне очікування називають виваженим середнім, тому що воно приблизно дорівнює середньому арифметичному спостерігаються значень випадкової величини при великій кількості дослідів. З визначення математичного очікування випливає, що його значення не менше від найменшого можливого значення випадкової величини і не більше від найбільшого. Математичне очікування випадкової величини є невипадковою (постійною) величиною.

Математичне очікування має простий фізичний сенс: якщо на прямій розмістити одиничну масу, помістивши в деякі точки деяку масу (для дискретного розподілу), або «розмазавши» її з певною щільністю (для абсолютно безперервного розподілу), то точка, що відповідає математичному очікуванню, буде координатою «центру тяжіння» прямою.

Середнє значення випадкової величини є деяке число, що є як би її «представником» і замінює її при грубо орієнтовних розрахунках. Коли ми говоримо: «середній час роботи лампи дорівнює 100 годин» або «середня точка влучення зміщена щодо мети на 2 м вправо», ми вказуємо певну числову характеристику випадкової величини, що описує її місце розташування на числовій осі, тобто. "Характеристику становища".

З характеристик становища теоретично ймовірностей найважливішу рольграє математичне очікування випадкової величини, яке іноді називають просто середнім значенням випадкової величини.

Розглянемо випадкову величину Х, що має можливі значення х1, х2, …, хnз ймовірностями p1, p2, …, pn. Нам потрібно охарактеризувати якимось числом положення значень випадкової величини осі абсцис з урахуванням того, що ці значення мають різні ймовірності. Для цієї мети природно скористатися так званим «середнім виваженим» із значень xi, причому кожне значення xi при середовищі має враховуватися з «вагою», пропорційною ймовірності цього значення. Таким чином, ми обчислимо середню випадкову величину X, яке ми позначимо M | X |:

Це середнє зважене значення називається математичним очікуванням випадкової величини. Отже, ми запровадили у розгляді одне з найважливіших понять теорії ймовірностей – поняття математичного очікування. Математичним очікуванням випадкової величини називається сума творів усіх можливих значень випадкової величини на ймовірності цих значень.

Нехай проводиться Nнезалежних дослідів, у кожному з яких величина Xприймає певне значення. Припустимо, що значення x1з'явилося m1раз, значення x2з'явилося m2раз, взагалі значення xiз'явилося mi разів. Обчислимо середнє арифметичне спостерігання значень величини Х, яке, на відміну від математичного очікування М | X |ми позначимо M*|X|:

При збільшенні дослідів Nчастоти piбудуть наближатися (збігатися ймовірно) до відповідних ймовірностей. Отже, і середнє арифметичне спостереження значень випадкової величини M | X |зі збільшенням кількості дослідів наближатися (збігається ймовірно) до її математичного очікування. Сформульований вище зв'язок між середнім арифметичним та математичним очікуванням становить зміст однієї із форм закону великих чисел.

Ми вже знаємо, що всі форми закону великих чисел констатують факт стійкості деяких середніх за великої кількості дослідів. Тут мова йдепро стійкість середнього арифметичного із низки спостережень однієї й тієї величини. При невеликій кількості дослідів середнє арифметичне їх результатів випадково; при достатньому збільшенні кількості дослідів воно стає «майже випадковим» і, стабілізуючись, наближається до постійній величині- Математичне очікування.

Властивість стійкості середніх за великої кількості дослідів легко перевірити експериментально. Наприклад, зважуючи якесь тіло в лабораторії на точних терезах, ми в результаті зважування отримуємо щоразу нове значення; Щоб зменшити помилку спостереження, ми зважуємо тіло кілька разів і користуємося середнім арифметичним отриманим значенням. Легко переконатися, що при подальшому збільшенні числа дослідів (зважувань) середнє арифметичне реагує на це збільшення дедалі менше і при досить великій кількості дослідів практично перестає змінюватися.

Слід зазначити, що найважливіша характеристика положення випадкової величини – математичне очікування – існує для всіх випадкових величин. Можна скласти приклади таких випадкових величин, котрим математичного очікування немає, оскільки відповідна сума чи інтеграл розходяться. Однак для практики такі випадки суттєвого інтересу не становлять. Зазвичай випадкові величини, з якими ми маємо справу, мають обмежену область можливих значень і, безумовно, мають математичне очікування.

Крім найважливішої з характеристик положення випадкової величини - математичного очікування, - на практиці іноді застосовуються інші характеристики положення, зокрема, мода і медіана випадкової величини.

Модою випадкової величини називається її найімовірніше значення. Термін «найбільш ймовірне значення», строго кажучи, застосовується тільки до перервних величин; для безперервної величинимодою є значення, у якому щільність ймовірності максимальна. На малюнках показана мода відповідно для перервної та безперервної випадкових величин.

Якщо багатокутник розподілу (крива розподілу) має більше одного максимуму, розподіл називається полімодальним.

Іноді зустрічаються розподіли, що мають посередині не максимум, а мінімум. Такі розподіли називають «антимодальними».

У загальному випадкумода та математичне очікування випадкової величини не збігаються. В окремому випадку, коли розподіл є симетричним і модальним (тобто має моду) і існує математичне очікування, воно збігається з модою і центром симетрії розподілу.

Часто застосовується ще одне характеристика становища – так звана медіана випадкової величини. Цією характеристикою користуються зазвичай лише безперервних випадкових величин, хоча формально можна визначити й у перервної величини. Геометрично медіана – це абсцис точки, в якій площа, обмежена кривою розподілу, ділиться навпіл.

У разі симетричного модального розподілу медіана збігається з математичним очікуванням та модою.

Математичне очікування є середнє значення, випадкової величини - числова характеристикарозподілу ймовірностей випадкової величини Самим загальним чиномматематичне очікування випадкової величини Х(w)визначається як інтеграл Лебега по відношенню до імовірнісної міри Ру вихідному імовірнісному просторі:

Математичне очікування може бути обчислено і як інтеграл Лебега від хщодо розподілу ймовірностей рхвеличини X:

Природним чиномможна визначити поняття випадкової величини з нескінченним математичним очікуванням. Типовим прикладомслужать часи повернення деяких випадкових блуканнях.

За допомогою математичного очікування визначаються багаточислові та функціональні характеристикирозподілу (як математичне очікування відповідних функцій від випадкової величини), наприклад, функція, що виробляє, характеристична функція, моменти будь-якого порядку, зокрема дисперсія, коваріація

Математичне очікування є характеристикою розташування значень випадкової величини (середнє значення її розподілу). У цьому ролі математичне очікування служить деяким " типовим " параметром розподілу та її роль аналогічна ролі статичного моменту - координати центру тяжкості розподілу маси - у механіці. Від інших характеристик розташування, за допомогою яких розподіл описується в загальних рисах, - медіан, мод, математичне очікування. великим значенням, яке воно і відповідна йому характеристика розсіювання – дисперсія – мають у граничних теоремах теорії ймовірностей. З найбільшою повнотою зміст математичного очікування розкривається законом великих чисел (нерівність Чебишева) і посиленим законом великих чисел.

Математичне очікування дискретної випадкової величини

Нехай є деяка випадкова величина, яка може набути одного з кількох числових значень (припустимо, кількість очок при кидку кістки може бути 1, 2, 3, 4, 5 або 6). Часто на практиці для такої величини виникає питання: а яке значення вона набуває "в середньому" при великій кількості тестів? Яким буде наш середній прибуток (або збиток) від кожної з ризикованих операцій?

Скажімо, є якась лотерея. Ми хочемо зрозуміти, вигідно чи ні в ній взяти участь (або навіть брати участь неодноразово, регулярно). Допустимо, виграшний кожен четвертий квиток, приз складе 300 руб., А ціна будь-якого квитка - 100 руб. За нескінченно великої кількості участі виходить ось що. У трьох чвертях випадків ми програємо, кожні три програші коштуватимуть 300 руб. У кожному четвертому випадку ми виграємо 200 руб. (Приз мінус вартість), тобто за чотири участі ми в середньому втрачаємо 100 руб., За одну – у середньому 25 руб. Разом у середньому темпи нашого руйнування становитимуть 25 крб./квиток.

Кидаємо гральна кістка. Якщо вона не шахрайська (без усунення центру тяжкості тощо), то скільки ми в середньому матимемо очок за раз? Оскільки кожен варіант рівноймовірний, беремо тупо середнє арифметичне та отримуємо 3,5. Оскільки це СЕРЕДНІШЕ, то нема чого обурюватися, що 3,5 очок ніякий конкретний кидок не дасть - ну немає у цього куба грані з таким числом!

Тепер узагальним наші приклади:

Звернемося до щойно наведеної картинки. Зліва табличка розподілу випадкової величини. Величина X може набувати одного з n можливих значень (наведені у верхньому рядку). Жодних інших значень не може бути. Під кожним можливим значенням знизу підписано його можливість. Справа наведена формула, де M(X) і називається математичним очікуванням. Сенс цієї величини в тому, що при великій кількості випробувань (при великий вибірці) Середнє значення буде прагнути цього самого математичного очікування.

Повернемося знову до того ж грального куба. Математичне очікування кількості очок при кидку дорівнює 3,5 (порахуйте самі за формулою, якщо не вірите). Скажімо, ви кинули його кілька разів. Випали 4 та 6. У середньому вийшло 5, тобто далеко від 3,5. Кинули ще раз, випало 3, тобто в середньому (4 + 6 + 3) / 3 = 4,3333 ... Якось далеко від математичного очікування. А тепер проведіть божевільний експеримент – киньте куб 1000 разів! І якщо в середньому не буде рівно 3,5, то буде близько до того.

Порахуємо математичне очікування вище описаної лотереї. Табличка виглядатиме ось так:

Тоді математичне очікування складе, як ми встановили вище.

Інша річ, що так само "на пальцях", без формули, було б важкувато, якби було більше варіантів. Ну скажімо, було б 75% програшних квитків, 20% виграшних квитків та 5% особливо виграшних.

Тепер є деякі властивості математичного очікування.

Довести це просто:

Постійний множник допускається виносити за знак математичного очікування, тобто:

Це окремий випадок якості лінійності математичного очікування.

Інший наслідок лінійності математичного очікування:

тобто математичне очікування суми випадкових величин дорівнює сумі математичних очікувань випадкових величин.

Нехай X, Y – незалежні випадкові величинитоді:

Це теж нескладно довести) Твір XYсамо є випадковою величиною, при цьому якщо вихідні величини могли приймати nі mзначень відповідно, то XYможе набувати nm значень. Імовірність кожного з значень обчислюється виходячи з того, що ймовірність незалежних подійперемножуються. У результаті отримуємо ось що:

Математичне очікування безперервної випадкової величини

Безперервні випадкові величини мають таку характеристику, як щільність розподілу (щільність ймовірності). Вона, по суті характеризує ситуацію, що деякі значення з множини дійсних чиселвипадкова величина приймає частіше, деякі – рідше. Наприклад, розглянемо ось який графік:

Тут X- Власне випадкова величина, f(x)- Щільність розподілу. Судячи з даному графіку, при дослідах значення Xчасто буде числом, близьким до нуля. Шанси ж перевищити 3 або виявитися менше -3 скоріше чисто теоретичні.

Нехай, наприклад, є рівномірний розподіл:

Це цілком відповідає інтуїтивному розумінню. Скажімо, якщо ми отримуємо у рівномірному розподілібагато випадкових дійсних чисел, кожне з відрізка |0; 1| , то середнє арифметичне має бути близько 0,5.

Властивості математичного очікування - лінійність і т.д., застосовні для дискретних випадкових величин, застосовні і тут.

Взаємозв'язок математичного очікування з іншими статистичними показниками

У статистичному аналізі поряд із математичним очікуванням існує система взаємозалежних показників, що відображають однорідність явищ та стійкість процесів. Часто показники варіації немає самостійного сенсу і використовуються подальшого аналізу даних. Винятком є ​​коефіцієнт варіації, який характеризує однорідність даних, що цінної статистичної характеристикою.

Ступінь мінливості чи стійкості процесів у статистичній науці може вимірюватися за допомогою кількох показників.

Найбільш важливим показником, Що характеризує мінливість випадкової величини, є Дисперсія, яка найтіснішим і безпосереднім чином пов'язана з математичним очікуванням. Цей параметр активно використовують у інших видах статистичного аналізу (перевірка гіпотез, аналіз причинно-наслідкових зв'язків та інших.). Як і середнє лінійне відхилення, дисперсія також відображає міру розкидання даних навколо середньої величини.

Мова знаків корисно перекласти мовою слів. Вийде, що дисперсія – це середній квадрат відхилень. Тобто спочатку розраховується середнє значення, потім береться різниця між кожним вихідним та середнім значенням, зводиться у квадрат, складається і потім ділиться на кількість значень у цій сукупності. Різниця між окремим значенням та середньою відображає міру відхилення. У квадрат зводиться для того, щоб усі відхилення стали виключно позитивними числамиі щоб уникнути взаємознищення позитивних та негативних відхилень при їх підсумовуванні. Потім, маючи квадрати відхилень, ми просто розраховуємо середню арифметичну. Середній – квадрат – відхилень. Відхилення зводяться у квадрат, і вважається середня. Розгадка магічного слова«дисперсія» полягає лише у трьох словах.

Однак у чистому вигляді, наприклад, середня арифметична, або індекс, дисперсія не використовується. Це скоріше допоміжний та проміжний показник, який використовується для інших видів статистичного аналізу. У неї навіть одиниці вимірювання нормальної немає. Судячи з формули, це квадрат одиниці виміру вихідних даних.

Нехай ми вимірюємо випадкову величину Nразів, наприклад, десять разів вимірюємо швидкість вітру та хочемо знайти середнє значення. Як пов'язане середнє значення із функцією розподілу?

Або кидатимемо гральний кубик велику кількість разів. Кількість очок, що випаде на кубику при кожному кидку, є випадковою величиною і може приймати будь-які натуральні значеннявід 1 до 6. Середнє арифметичне очок, що випали, підрахованих за всі кидки кубика, теж є випадковою величиною, проте при великих Nвоно прагне цілком конкретного числа – математичного очікування Mx. У даному випадку Mx = 3,5.

Як вийшла ця величина? Нехай у Nвипробуваннях n1раз випало 1 очко, n2разів – 2 очки тощо. Тоді кількість наслідків, у яких випало одне очко:

Аналогічно для наслідків, коли випало 2, 3, 4, 5 та 6 очок.

Припустимо тепер, що ми знаємо закон розподілу випадкової величини x, тобто знаємо, що випадкова величина x може набувати значень x1, x2, ..., xk з ймовірностями p1, p2, ..., pk.

Математичне очікування Mx випадкової величини x дорівнює:

Математичне очікування який завжди є розумною оцінкою якоїсь випадкової величини. Так, для оцінки середньої заробітної платирозумніше використовувати поняття медіани, тобто такої величини, що кількість людей, які отримують меншу, ніж медіана, зарплату та більшу, збігаються.

Імовірність р1 того, що випадкова величина х виявиться меншою за х1/2, і ймовірність р2 того, що випадкова величина x виявиться більшою за х1/2, однакові й рівні 1/2. Медіана визначається однозначно задля всіх розподілів.

Стандартним або Середньоквадратичним відхиленняму статистиці називається ступінь відхилення даних спостережень чи множин від СЕРЕДНЬОГО значення. Позначається літерами s чи s. Невелике стандартне відхилення вказує на те, що дані групуються навколо середнього значення, а значне - що початкові дані розташовані далеко від нього. Стандартне відхилення одно квадратного коренявеличини, яка називається дисперсією. Вона є середня кількість суми зведених у квадрат різниць початкових даних, що відхиляються від середнього значення. Середньоквадратичним відхиленням випадкової величини називається квадратний корінь з дисперсії:

приклад. В умовах випробувань при стрільбі по мішені обчислити дисперсію та середньоквадратичне відхилення випадкової величини:

Варіація- коливання, змінність величини ознаки в одиниць сукупності. Окремі числові значення ознаки, що зустрічаються в досліджуваній сукупності, називають варіантами значень. Недостатність середньої величини для повної характеристикисукупності змушує доповнювати середні величини показниками, що дозволяють оцінити типовість цих середніх шляхом вимірювання коливання (варіації) ознаки, що вивчається. Коефіцієнт варіації обчислюють за такою формулою:

Розмах варіації(R) являє собою різницю між максимальним і мінімальними значеннямиознаки у досліджуваній сукупності. Цей показник дає саме загальне уявленняпро коливання досліджуваного ознаки, оскільки показує різницю лише між граничними значеннями варіантів. Залежність крайніх значень ознаки надає розмаху варіації нестійкий, випадковий характер.

Середнє лінійне відхиленняє середнє арифметичне з абсолютних (за модулем) відхилень всіх значень аналізованої сукупності від їх середньої величини:

Математичне очікування теорії азартних ігор

Математичне очікування – цесередня кількість грошей, яку гравець в азартні ігри може виграти чи програти на даній ставці. Це дуже важливе поняття для гравця, тому що воно є основним для оцінки більшості ігрових ситуацій. Математичне очікування – це також оптимальний інструмент аналізу основних карткових розкладів і ігрових ситуацій.

Припустимо, ви граєте з другом у монетку, щоразу роблячи ставку порівну по $1 незалежно від того, що випаде. Решка – ви виграли, орел – програли. Шанси на те, що випаде решка один до одного, і ви робите ставку $1 до $1. Таким чином, математичне очікування у вас рівне нулю, т.к. з точки зору математики ви не можете знати ви будете вести або програвати після двох кидків або після 200.

Ваш годинний виграш дорівнює нулю. Часовий виграш – це та кількість грошей, яку ви очікуєте виграти за годину. Ви можете кидати монету 500 разів протягом години, але ви не виграєте та не програєте, т.к. ваші шанси ні позитивні, ні негативні. Якщо дивитися, з погляду серйозного гравця, така система ставок непогана. Але це просто втрата часу.

Але припустимо, хтось хоче поставити $2 проти вашого $1 у цю гру. Тоді ви одразу ж маєте позитивне маточкування в 50 центів з кожної ставки. Чому 50 центів? У середньому одну ставку ви виграєте, другу програєте. Поставте перший долар – і втратите $1, ставите другий – виграєте $2. Ви двічі зробили ставку $1 і йдете попереду на $1. Таким чином кожна з ваших однодоларових ставок дала вам 50 центів.

Якщо за годину монета випаде 500 разів, ваш годинний виграш становитиме вже $250, т.к. в середньому ви втратили по одному долару 250 разів і виграли по два долари 250 разів. $500 мінус $250 і $250, що і становить сумарний виграш. Зверніть увагу, що матожидання є сумою, яку в середньому ви виграли на одній ставці, дорівнює 50 центам. Ви виграли $250, роблячи ставку по долару 500 разів, що дорівнює 50 центам зі ставки.

Математичне очікування немає нічого спільного з короткочасним результатом. Ваш опонент, який вирішив ставити проти вас $2 міг обіграти вас на перших десяти кидках поспіль, але ви, маючи перевагу ставок 2 до 1 за інших рівних, за будь-яких обставин заробляєте 50 центів з кожної ставки в $1. Немає різниці, ви виграєте або програєте одну ставку або кілька ставок, але тільки за умови, що у вас вистачить готівки, щоб спокійно компенсувати витрати. Якщо ви продовжуватимете ставити так само, то за довготривалий періодчасу ваш виграш підійде до суми матожиданий в окремих кидках.

Щоразу, роблячи ставку з найкращим результатом (ставка, яка може виявитися вигідною на довгій дистанції), коли шанси на вашу користь, ви обов'язково щось виграєте на ній, і не важливо ви втрачаєте її чи ні в даній роздачі. І навпаки, якщо ви зробили ставку з найгіршим результатом (ставка, яка невигідна на довгій дистанції), коли шанси не на вашу користь, ви щось втрачаєте незалежно від того, ви виграли або програли в даній роздачі.

Ви робите ставку з найкращим результатом, якщо маточування у вас позитивне, а воно є позитивним, якщо шанси на вашому боці. Роблячи ставку з найгіршим наслідком, у вас негативне маточування, яке буває, коли шанси проти вас. Серйозні гравці роблять ставки тільки з найкращим результатом, за гіршого – вони пасують. Що означає шанси на вашу користь? Ви можете зрештою виграти більше, ніж приносять реальні шанси. Реальні шанси на те, що випаде решка 1:1, але у вас виходить 2:1 за рахунок співвідношення ставок. У цьому випадку шанси на вашу користь. Ви точно отримуєте найкращий результат із позитивним очікуванням у 50 центів за одну ставку.

Ось більше складний прикладматематичного очікування. Приятель пише цифри від одного до п'яти і робить ставку $5 проти $1 на те, що ви не визначите загадану цифру. Чи погоджуватись вам на таке парі? Яке тут маточіння?

У середньому чотири рази ви помилитеся. Виходячи з цього, шанси проти того, що ви відгадаєте цифру, складуть 4 до 1. Шанси за те, що при одній спробі ви втратите долар. Тим не менш, ви виграє 5 до 1, при можливості програти 4 до 1. Тому шанси на вашу користь, ви можете приймати парі і сподіватися на найкращий результат. Якщо ви зробите таку ставку п'ять разів, в середньому ви програєте чотири рази $1 і один раз виграєте $5. Виходячи з цього, за всі п'ять спроб ви заробите $1 з позитивним математичним очікуванням 20 центів за одну ставку.

Гравець, який збирається виграти більше, ніж ставить, як у прикладі вище – ловить шанси. І навпаки, він губить шанси, коли передбачає виграти менше, ніж ставить. Гравець, який робить ставку може мати або позитивне, або негативне маточування, яке залежить від того, ловить він або губить шанси.

Якщо ви поставите $50 для того, щоб виграти $10 за ймовірності виграшу 4 до 1, то ви отримаєте негативне маточування $2, т.к. в середньому ви виграєте чотири рази $10 і один раз програєте $50, з чого видно, що втрата за одну ставку складе $10. Але якщо ви поставите $30 для того, щоб виграти $10, при тих же шансах виграшу 4 до 1, то в даному випадку ви маєте позитивне очікування $2, т.к. ви знову виграєте чотири рази по $10 і один раз програєте $30, що становитиме прибуток у $10. Дані приклади показують, перша ставка погана, а друга – хороша.

Математичне очікування є центром будь-якої ігрової ситуації. Коли букмекер закликає футбольних уболівальників ставити $11, щоб виграти $10, то він має позитивне чаклунство з кожних $10 у розмірі 50 центів. Якщо казино виплачує рівні гроші з пасової лінії в крепсі, то позитивне очікування казино становитиме приблизно $1.40 з $100, т.к. ця гра побудована так, що кожен, хто поставив на цю лінію, в середньому програє 50.7% та виграє 49.3% загального часу. Безперечно, саме це начебто мінімальне позитивне маточіння і приносить колосальні прибутки власникам казино по всьому світу. Як зауважив господар казино Vegas World Боб Ступак, «одна тисячна відсотка негативної ймовірності на досить довгій дистанції розорить найбагатшу людину у світі».

Математичне очікування при грі в Покер

Гра в Покер є найбільш показовим і наочним прикладомз погляду використання теорії та властивостей математичного очікування.

Математичне очікування (англ. Expected Value) у Покері – середня вигода від того чи іншого рішення за умови, що подібне рішення може бути розглянуте в рамках теорії великих чисел та тривалої дистанції. Успішна гра в покер полягає в тому, щоб завжди приймати ходи лише з позитивним математичним очікуванням.

Математичний сенс математичного очікування при грі в покер полягає в тому, що ми часто стикаємося з випадковими величинами при прийнятті рішення (ми не знаємо, які карти на руках у опонента, які карти прийдуть на наступних колах торгівлі). Ми повинні розглядати кожне з рішень з погляду теорії великих чисел, що свідчить, що з досить великий вибірці середнє значення випадкової величини прагнутиме її математичного очікування.

Серед приватних формул для обчислення математичного очікування, в покері найбільше застосовується наступна:

Під час гри в покер математичне очікування можна розраховувати як для ставок, так і для колів. У першому випадку до уваги слід брати фолд-еквіті, у другому – власні шанси банку. Оцінюючи математичного очікування тієї чи іншої ходу слід пам'ятати, що фолд завжди має нульове матожидания. Таким чином, скидання карт буде завжди вигіднішим рішенням, ніж будь-який негативний хід.

Очікування говорить вам про те, що ви можете очікувати (прибуток або збиток) на кожен долар, що ризикує вами. Казино заробляють гроші, оскільки математичне очікування від усіх ігор, які практикуються в них, на користь казино. При досить довгій серії гри очікується, що клієнт втратить свої гроші, оскільки «ймовірність» на користь казино. Однак професійні гравці в казино обмежують свої ігри короткими проміжками часу, тим самим збільшуючи ймовірність своєї користі. Те саме стосується й інвестування. Якщо ваше очікування є позитивним, ви можете заробити більше грошей, Здійснюючи багато угод в короткий період часу. Очікування це ваш відсоток прибутку на виграш, помножений на середній прибуток, мінус ваша ймовірність збитку, помножена на середній збиток.

Покер також можна розглянути з погляду математичного очікування. Ви можете припустити, що певний хід вигідний, але в деяких випадках він може виявитися далеко не кращим, тому що вигідніший інший хід. Допустимо, ви зібрали фул-хаус у п'ятикартковому покері з обміном. Ваш суперник робить ставку. Ви знаєте, що, якщо підвищите ставку, він відповість. Тому підвищення виглядає найкращою тактикою. Але якщо ви все ж таки підніміть ставку, що залишилися двоє гравців, точно скинуть карти. Але якщо ви зрівняєте ставку, то повністю впевнені, що двоє інших гравців після вас надійдуть також. При підвищенні ставки ви отримуєте одну одиницю, а просто зрівнюючи дві. Таким чином, вирівнювання дає вам більш високе позитивне математичне очікування, і буде найкращою тактикою.

Математичне очікування також може дати поняття про те, яка тактика в покері менш вигідна, а яка – більше. Наприклад, граючи на певній руці, ви вважаєте, що втрати в середньому складуть 75 центів, включаючи анте, то таку руку слід грати, т.к. це краще, ніж скинутися, коли анте дорівнює $1.

Інший важливою причиноюдля розуміння суті математичного очікування є те, що воно дає вам почуття спокою незалежно від того, ви виграли ви ставку чи ні: якщо ви зробили гарну ставкуабо вчасно рятували, ви знатимете, що ви заробили або зберегли певну кількість грошей, яку гравець слабше не зміг вберегти. Набагато складніше скинути карти, якщо ви засмучені тим, що суперник на обміні зібрав сильнішу комбінацію. При цьому гроші, які ви зберегли, не граючи, замість того, щоб ставити, додаються до вашого виграшу за ніч або за місяць.

Просто пам'ятайте, що якщо поміняти ваші руки, ваш суперник відповів би вам, і як ви побачите у статті «фундаментальна покерна теорема» це лише одна з ваших переваг. Ви повинні радіти, коли це станеться. Вам навіть можна навчитися отримувати задоволення від програної роздачі, тому що ви знаєте, що інші гравці на вашому місці програли б набагато більше.

Як говорилося в прикладі з грою в монетку на початку, часовий коефіцієнт прибутку взаємопов'язаний з математичним очікуванням, і це поняття особливо важливе для професійних гравців. Коли ви збираєтеся грати в покер, ви повинні подумки прикинути, скільки ви зможете виграти за годину гри. У більшості випадків вам необхідно буде ґрунтуватися на вашій інтуїції та досвіді, але ви також можете користуватись і деякими математичними викладками. Наприклад, ви граєте в лоуболл з обміном, і спостерігаєте, що три учасники роблять ставки по $10, а потім змінюють дві карти, що є дуже поганою тактикою, ви можете порахувати для себе, що кожного разу, коли вони ставлять $10, вони втрачають близько $2. Кожен з них робить це вісім разів на годину, а отже, всі троє втрачають за годину приблизно $48. Ви один з чотирьох гравців, що залишилися, приблизно рівні, відповідно ці чотири гравці (і ви серед них) повинні розділити $48, і прибуток кожного складе $12 на годину. Ваш часовий коефіцієнт у цьому випадку просто дорівнює вашій долі від суми грошей, програної трьома поганими гравцями за годину.

За великий проміжоксумарний виграш гравця складає суму його математичних очікувань в окремих роздачах. Чим більше ви граєте з позитивним очікуванням, тим більше виграєте, і навпаки, чим більше роздач з негативним очікуванням ви зіграєте, тим більше ви програєте. Внаслідок цього, слід віддавати перевагу грі, яка зможе максимально збільшити ваше позитивне очікування або зведе нанівець негативне, щоб ви змогли підняти до максимуму ваш годинний виграш.

Позитивне математичне очікування в ігровій стратегії

Якщо ви знаєте, як рахувати карти, у вас може бути перевага перед казино, якщо вони не помітять цього і не викинуть вас геть. Казино люблять п'яних гравців і не переносять карти, що рахують. Перевага дозволить вам згодом виграти більша кількістьраз, ніж програти. Хороше управління капіталом при використанні розрахунків математичного очікування може допомогти отримати більше прибутку з вашої переваги і скоротити втрати. Без переваги вам найкраще віддати гроші на благодійність. У грі на біржі перевагу дає система гри, що створює більший прибуток, ніж втрати, різниця цін та комісійні. Жодне управління капіталом не врятує погану ігрову систему.

Позитивне очікування визначається значенням, що перевищує нуль. Чим більше це число, тим сильніше статистичне очікування. Якщо значення менше нуля, то математичне очікування також буде негативним. Чим більший модуль негативного значення, тим гірша ситуація. Якщо результат дорівнює нулю, то очікування є беззбитковим. Ви можете виграти тільки тоді, коли у вас є позитивне математичне очікування, розумна система гри. Гра інтуїції призводить до катастрофи.

Математичне очікування та біржова торгівля

Математичне очікування – досить широко затребуваний та популярний статистичний показник під час здійснення біржових торгів на фінансових ринках. Насамперед цей параметр використовують для аналізу успішності торгівлі. Не складно здогадатися, що чим більше дане значення, тим більше підстав вважати досліджувану торгівлю успішною. Звичайно, аналіз роботи трейдера не може проводитися тільки за допомогою даного параметра. Тим не менш, обчислюване значення в сукупності з іншими способами оцінки якості роботи може істотно підвищити точність аналізу.

Математичне очікування часто обчислюється у сервісах моніторингів торгових рахунків, що дозволяє швидко оцінювати роботу, що здійснюється на депозиті. Як винятки можна навести стратегії, у яких використовується “пересиджування” збиткових угод. Трейдеру може деякий час супроводжувати успіх, а тому, в його роботі може не виявитися збитків взагалі. У такому разі, орієнтуватися тільки за мотаченням не вийде, адже не будуть враховані ризики, що використовуються в роботі.

У торгівлі над ринком математичне очікування найчастіше застосовують під час прогнозування прибутковості будь-якої торгової стратегії чи прогнозування доходів трейдера з урахуванням статистичних даних його попередніх торгів.

Щодо управління капіталом дуже важливо розуміти, що при здійсненні угод з негативним очікуванням немає схеми управління грошима, яка може однозначно принести високий прибуток. Якщо ви продовжуєте грати на біржі в цих умовах, то незалежно від способу управління грошима ви втратите весь ваш рахунок, хоч би яким великим він був на початку.

Ця аксіома вірна не тільки для гри або операцій з негативним очікуванням, вона дійсна також для гри з рівними шансами. Тому єдиний випадок, коли у вас є шанс отримати вигоду в довгостроковій перспективі, - це укладання угод із позитивним математичним очікуванням.

Відмінність між негативним очікуванням і позитивним очікуванням - це різницю між життям і смертю. Немає значення, наскільки позитивне чи наскільки негативне очікування; важливо лише те, позитивне воно чи негативне. Тому до розгляду питань управління капіталом ви маєте знайти гру з позитивним очікуванням.

Якщо у вас такої гри немає, тоді жодне управління грошима у світі не врятує вас. З іншого боку, якщо у вас є позитивне очікування, то можна за допомогою правильного управліннягрошима, перетворити його на функцію експоненційного зростання. Не має значення, як мало це позитивне очікування! Іншими словами, не має значення, наскільки прибутковою є торгова система на основі одного контракту. Якщо у вас є система, яка виграє 10 доларів на контракт в одній угоді (після відрахування комісійних та прослизання), можна використовувати методи управління капіталом таким чином, щоб зробити її більш прибутковою, ніж систему, яка показує середній прибуток 1000 доларів за угоду (після відрахування комісійних та прослизання).

Має значення не те, наскільки прибуткова система була, а те, наскільки точно можна сказати, що система покаже, принаймні, мінімальний прибуток у майбутньому. Тому найбільш важливе приготування, яке може зробити трейдер, це переконатися в тому, що система покаже позитивне математичне очікування в майбутньому.

Щоб мати позитивне математичне очікування у майбутньому, дуже важливо не обмежувати ступеня свободи вашої системи. Це досягається не тільки скасуванням або зменшенням кількості параметрів, що підлягають оптимізації, але також шляхом скорочення якомога більшої кількості правил системи. Кожен параметр, який ви додаєте, кожне правило, яке ви вносите, кожна дрібна зміна, яку ви робите в системі, скорочує кількість ступенів свободи. В ідеалі, вам потрібно побудувати досить примітивну та просту систему, яка постійно приноситиме невеликий прибуток майже на будь-якому ринку. І знову важливо, щоб ви зрозуміли, - не має значення, наскільки прибутковою є система, поки вона прибуткова. Гроші, які ви заробите у торгівлі, будуть зароблені за допомогою ефективного управління грошима.

Торгова система - це просто засіб, який дає вам позитивне математичне очікування, щоб можна було керувати грошима. Системи, які працюють (показують принаймні мінімальний прибуток) тільки на одному або кількох ринках або мають різні правила або параметри для різних ринків, найімовірніше, не працюватимуть у режимі реального часу досить довго. Проблема більшості технічно орієнтованих трейдерів полягає в тому, що вони витрачають занадто багато часу та зусиль на оптимізацію. різних правилта значень параметрів торгової системи. Це дає цілком протилежні результати. Замість того, щоб витрачати сили та комп'ютерний час на збільшення прибутків торгової системи, спрямуйте енергію на збільшення рівня надійності отримання мінімального прибутку.

Знаючи, що управління капіталом - це лише цифрова граЩо вимагає використання позитивних очікувань, трейдер може припинити пошуки "священного Грааля" біржової торгівлі. Натомість він може зайнятися перевіркою свого торговельного методу, з'ясувати, наскільки цей метод логічно обґрунтований, чи дає він позитивні очікування. Правильні методиуправління капіталом, що застосовуються стосовно будь-яких, навіть дуже посередніх методів ведення торгівлі, самі зроблять решту роботи.

Будь-якому трейдеру для успіху у своїй роботі необхідно вирішити три найважливіші завдання: . Домогтися, щоб кількість вдалих угод перевищувала неминучі помилки та прорахунки; Налаштувати свою систему торгівлі так, щоб можливість заробітку була якнайчастіше; Досягти стабільності позитивного результату своїх операцій.

І тут нам, працюючим трейдерам, непогану допомогу може надати математичне очікування. Цей термін теоретично ймовірності одна із ключових. З його допомогою можна дати усереднену оцінку деякому випадковому значенню. Математичне очікування випадкової величини подібно до центру тяжкості, якщо уявити всі можливі ймовірності точками з різною масою.

Що стосується торгової стратегії з метою оцінки її ефективності найчастіше використовують математичне очікування прибутку (чи збитку). Цей параметр визначають, як суму творів заданих рівнів прибутку та втрат та ймовірності їх появи. Наприклад, розроблена стратегія торгівлі передбачає, що 37% всіх операцій принесуть прибуток, а частина – 63% - буде збитковою. При цьому, середній дохід від вдалої угоди складе 7 доларів, а середній програш дорівнюватиме 1,4 долара. Розрахуємо математичне очікування торгівлі за такою системою:

Що означає це число? Воно говорить про те, що, дотримуючись правил цієї системи, в середньому ми отримуватимемо 1,708 долара від кожної закритої угоди. Оскільки отримана оцінка ефективності більше нуля, то таку систему можна використовувати для реальної роботи. Якщо ж у результаті розрахунку математичне очікування вийде негативним, це вже говорить про середній збиток і така торгівля призведе до руйнування.

Розмір прибутку на одну угоду може бути виражений також відносною величиноюу вигляді %. Наприклад:

- Відсоток доходу на 1 угоду - 5%;

- Відсоток успішних торгових операцій - 62%;

- Відсоток збитку в розрахунку на 1 угоду - 3%;

- Відсоток невдалих угод - 38%;

Тобто середня угода принесе 1,96%.

Можна розробити систему, яка незважаючи на переважання збиткових угод даватиме позитивний результат, Оскільки її МО>0.

Втім, одного очікування мало. Важко заробити, якщо система дає дуже мало торгових сигналів. У цьому випадку її прибутковість буде порівнянна з банківським відсотком. Нехай кожна операція дає в середньому лише 0,5 долара, але якщо система передбачає 1000 операцій на рік? Це буде дуже серйозна сума за порівняно короткий час. Із цього логічно випливає, що ще одним відмітною ознакоюхорошої торгової системи вважатимуться короткий строкутримання позицій.

Джерела та посилання

dic.academic.ru – академічний інтернет-словник

mathematics.ru – освітній сайт з математики

nsu.ru - освітній сайт Новосибірського державного університету

webmath.ru - освітній порталдля студентів, абітурієнтів та школярів.

exponenta.ru освітній математичний сайт

ru.tradimo.com – безкоштовна онлайн школатрейдінга

crypto.hut2.ru - багатопрофільний інформаційний ресурс

poker-wiki.ru – вільна енциклопедія покеру

sernam.ru - Наукова бібліотекавибраних природничо-наукових видань

reshim.su – інтернет сайт РЕШИМО задачі контрольні курсові

unfx.ru - Forex на UNFX: навчання, торгові сигнали, довірче управління

slovopedia.com - Великий Енциклопедичний словникСловопедія

pokermansion.3dn.ru - Ваш гід у світі покеру

statanaliz.info – інформаційний блог « Статистичний аналізданих»

форекс-трейдер.рф – портал Форекс-Трейдер

megafx.ru – актуальна аналітика Форекс

fx-by.com – все для трейдера

Поняття математичного очікування можна розглянути з прикладу з киданням грального кубика. При кожному кидку фіксуються окуляри, що випали. Для їхнього вираження використовуються натуральні значення в діапазоні 1 – 6.

Після певної кількостікидків за допомогою не складних розрахунків можна знайти середнє арифметичне значенняокулярів.

Так само, як і випадання будь-якого з значень діапазону, ця величина буде випадковою.

А якщо збільшити кількість кидків у кілька разів? При великих кількостяхкидків середнє арифметичне значення очок буде наближатися до конкретного числа, що одержало теоретично ймовірностей назву математичного очікування.

Отже, під математичним очікуванням розуміється середнє значення випадкової величини. Даний показник може представлятися і як виважена сума значень ймовірної величини.

Це поняття має кілька синонімів:

• середнє значення;
• середня величина;
• показник центральної тенденції;
• перший момент.

Іншими словами, воно є нічим іншим як числом, навколо якого розподіляються значення випадкової величини.

У різних сферах людської діяльностіпідходи до розуміння математичного очікування дещо відрізнятимуться.

Воно може розглядатися як:

• середня вигода, отримана від ухвалення якогось рішення, у тому випадку, коли таке рішення розглядається з точки зору теорії великих чисел;
• Можлива сума виграшу чи програшу (теорія азартних ігор), розрахована загалом кожної зі ставок. На сленгу вони звучать як "перевага гравця" (позитивно для гравця) або "перевага казино" (негативно для гравця);
• відсоток прибутку, отриманого від виграшу.

Матеріювання не є обов'язковим для всіх випадкових величин. Воно відсутнє для тих, у яких спостерігається розбіжність відповідної суми або інтеграла.

Властивості математичного очікування

Як і будь-якого статистичного параметра, математичному очікуванню притаманні властивості:

Основні формули для математичного очікування

Обчислення математичного очікування може виконуватися як випадкових величин, що характеризуються як безперервністю (формула А), і дискретністю (формула Б):

1. M(X)=∑i=1nxi⋅pi, де xi – значення випадкової величини, pi – ймовірності:
2. M(X)=∫+∞−∞f(x)⋅xdx, де f(x) – задана щільність ймовірностей.

Приклади обчислення математичного очікування

Приклад А.

Чи можна дізнатися середнє зростання гномів у казці про Білосніжку. Відомо, що кожен із 7 гномів мав певне зростання: 1,25; 0,98; 1,05; 0,71; 0,56; 0,95 та 0,81 м.

Алгоритм обчислень досить простий:

• знаходимо суму всіх значень показника зростання (випадкова величина):
  1,25+0,98+1,05+0,71+0,56+0,95+ 0,81 = 6,31;
• отриману суму ділимо на кількість гномів:
  6,31:7=0,90.

Таким чином, середнє зростання гномів у казці дорівнює 90 см. Іншими словами таке математичне очікування зростання гномів.

Робоча формула - М (х) = 4 0,2 +6 0,3 +10 0,5 = 6

Практична реалізація математичного очікування

До обчислення статистичного показникаматематичного очікування вдаються у різних сферах практичної діяльності. Насамперед йдеться про комерційну сферу. Адже введення Гюйгенсом цього показника пов'язане з визначенням шансів, які можуть бути сприятливими або навпаки несприятливими для якоїсь події.

Цей параметр широко застосовується для оцінки ризиків, особливо якщо йдеться про фінансові вкладення.
Так, у підприємництві розрахунок математичного очікування виступає як метод для оцінювання ризику при розрахунку цін.

Також цей показник може використовуватися для розрахунку ефективності проведення тих чи інших заходів, наприклад, з охорони праці. Завдяки йому можна визначити ймовірність настання події.

Ще одна сфера застосування цього параметра – менеджмент. Також він може розраховуватися під час контролю якості продукції. Наприклад, з допомогою мат. очікування можна розрахувати можлива кількістьвиготовлення бракованих деталей.

Незамінним мат.очікування виявляється і під час проведення статистичної обробкиотриманих у ході наукових дослідженьрезультатів. Він дозволяє розрахувати і можливість прояву бажаного чи небажаного результату експерименту чи дослідження залежно від рівня досягнення поставленої мети. Адже її досягнення може асоціюватися з виграшем і вигодою, а її не досягнення - як програш або збиток.

Використання математичного очікування на Форекс

Практичне застосування даного статистичного параметра можливе під час операцій на валютному ринку. З його допомогою можна здійснювати аналіз успішності торгових угод. При чому збільшення значення очікування свідчить про збільшення їхньої успішності.

Також важливо пам'ятати, що математичне очікування не повинно розглядатися як єдиний статистичний параметр, який використовується для аналізу роботи трейдера. Використання кількох статистичних параметрів поряд із середнім значенням підвищує точність аналізованого в рази.

Цей параметр добре зарекомендував себе під час моніторингових спостережень за торговими рахунками. Завдяки йому виконується швидка оцінка робіт, які здійснюються на депозитному рахунку. У випадках, коли діяльність трейдера вдала і він уникає збитків, користуватися виключно розрахунком математичного очікування не рекомендується. У таких випадках не враховуються ризики, що знижує ефективність аналізу.

Проведені дослідження тактик трейдерів свідчать, що:

• найбільш ефективними виявляються тактики, що базуються на випадковому вході;
• Найменш ефективні – тактики, що базуються на структурованих входах.

У досягненні позитивних результатівне менш важливі:

• тактика управління капіталом;
• стратегії виходів

Використовуючи такий показник як математичне очікування, можна припустити яким буде прибуток або збиток при вкладенні 1 долара. Відомо, що цей показник, розрахований для всіх ігор, які практикуються у казино, на користь закладу. Саме це дає змогу заробляти гроші. У разі довгої серії ігор, ймовірність втрати грошей клієнтом істотно зростає.

Ігри професійних гравців обмежені невеликими проміжками часу, що збільшує ймовірність виграшу і знижує ризик програшу. Така сама закономірність спостерігається і під час виконання інвестиційних операцій.

Інвестор може заробити значну суму при позитивному очікуванні та скоєнні великої кількостіугод за невеликий часовий проміжок.

Очікування може розглядатися як різниця між добутком відсотка прибутку (PW) на середній прибуток (AW) та ймовірність збитку (PL) на середній збиток (AL).

Як приклад, можна розглянути наступний: позиція – 12,5 тис. доларів, портфель – 100 тис. доларів, ризик на депозит – 1%. Прибутковість угод становить 40% випадків за середньої прибутку 20%. У разі збитку середні втрати становлять 5%. Розрахунок математичного очікування для угоди дає значення 625 доларів.