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概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)
《概率統(tǒng)計(jì)》是高等院校理工類、經(jīng)管類的重要課程之一。在考研數(shù)學(xué)中的比重大約占22%左右。主要內(nèi)容包括:概率論的基本概念、隨機(jī)變量及其概率分布、數(shù)字特征、大數(shù)定律與中心極限定理、統(tǒng)計(jì)量及其概率分布、參數(shù)估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)、回歸分析、方差分析、馬爾科夫鏈等內(nèi)容。
概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)是數(shù)學(xué)的一個(gè)有特色且又十分活躍的分支,一方面,它有別開生面的研究課題,有自己獨(dú)特的概念和方法,內(nèi)容豐富,結(jié)果深刻;另一方面,它與其他學(xué)科又有緊密的聯(lián)系,是近代數(shù)學(xué)的重要組成部分。由于它近年來突飛猛進(jìn)的發(fā)展與應(yīng)用的廣泛性,目前已發(fā)展成為一門獨(dú)立的一級學(xué)科。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論與方法已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和科學(xué)技術(shù)中,如預(yù)測和濾波應(yīng)用于空間技術(shù)和自動(dòng)控制,時(shí)間序列分析應(yīng)用于石油勘測和經(jīng)濟(jì)管理,馬爾科夫過程與點(diǎn)過程統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用于地震預(yù)測等,同時(shí)他又向基礎(chǔ)學(xué)科、工科學(xué)科滲透,與其他學(xué)科相結(jié)合發(fā)展成為邊緣學(xué)科,這是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)發(fā)展的一個(gè)新趨勢。
目前,大部分同學(xué)開始了概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的復(fù)習(xí),本文主要想對同學(xué)們近期的復(fù)習(xí)做一個(gè)簡單的指導(dǎo)。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)初步主要考查考生對研究隨機(jī)現(xiàn)象規(guī)律性的基本概念、基本理論和基本方法的理解,以及運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)方法分析和解決實(shí)際問題的能力。
常有的題型有:填空題、選擇題、計(jì)算題和證明題,試題的主要類型有:
(1)確定事件間的關(guān)系,進(jìn)行事件的運(yùn)算;
(2)利用事件的關(guān)系進(jìn)行概率計(jì)算;
(3)利用概率的性質(zhì)證明概率等式或計(jì)算概率;
(4)有關(guān)古典概型、幾何概型的概率計(jì)算;
(5)利用加法公式、條件概率公式、乘法公式、全概率公式和貝葉斯公式計(jì)算概率;
(6)有關(guān)事件獨(dú)立性的證明和計(jì)算概率;
(7)有關(guān)獨(dú)重復(fù)試驗(yàn)及伯努利概率型的計(jì)算;
(8)利用隨機(jī)變量的分布函數(shù)、概率分布和概率密度的定義、性質(zhì)確定其中的未知常數(shù)或計(jì)算概率;
(9)由給定的試驗(yàn)求隨機(jī)變量的分布;
(10)利用常見的概率分布(例如(0-1)分布、二項(xiàng)分布、泊松分布、幾何分布、均勻分布、指數(shù)分布、正態(tài)分布等)計(jì)算概率;
(11)求隨機(jī)變量函數(shù)的分布(12)確定二維隨機(jī)變量的分布;
(13)利用二維均勻分布和正態(tài)分布計(jì)算概率;
(14)求二維隨機(jī)變量的邊緣分布、條件分布;
(15)判斷隨機(jī)變量的獨(dú)立性和計(jì)算概率;
(16)求兩個(gè)獨(dú)立隨機(jī)變量函數(shù)的分布;
(17)利用隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望、方差的定義、性質(zhì)、公式,或利用常見隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望、方差求隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望、方差;
(18)求隨機(jī)變量函數(shù)的數(shù)學(xué)期望;
(19)求兩個(gè)隨機(jī)變量的協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)并判斷相關(guān)性;
(20)求隨機(jī)變量的矩和協(xié)方差矩陣;
(21)利用切比雪夫不等式推證概率不等式;
(22)利用中心極限定理進(jìn)行概率的近似計(jì)算;
(23)利用t分布、χ2分布、F分布的定義、性質(zhì)推證統(tǒng)計(jì)量的分布、性質(zhì);
(24)推證某些統(tǒng)計(jì)量(特別是正態(tài)總體統(tǒng)計(jì)量)的分布;
(25)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量的概率;
(26)求總體分布中未知參數(shù)的矩估計(jì)量和極大似然估計(jì)量;
(27)判斷估計(jì)量的無偏性、有效性和一致性;
(28)求單個(gè)或兩個(gè)正態(tài)總體參數(shù)的置信區(qū)間;
(29)對單個(gè)或兩個(gè)正態(tài)總體參數(shù)假設(shè)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn);
(30)利用χ2檢驗(yàn)法對總體分布假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)。
這一部分主要考查概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本概念、基本性質(zhì)和基本理論,考查基本方法的應(yīng)用。對歷年的考題進(jìn)行分析,可以看出概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的試題,即使是填空題和選擇題,只考單一知識(shí)點(diǎn)的試題很少,大多數(shù)試題是考查考生的理解能力和綜合應(yīng)用能力。要求考生能靈活地運(yùn)用所學(xué)的知識(shí),建立起正確的概率模型,綜合運(yùn)用極限、連續(xù)函數(shù)、導(dǎo)數(shù)、極值、積分、廣義積分以及級數(shù)等知識(shí)去解決問題。
在解答這部分考題時(shí),考生易犯的錯(cuò)誤有:
(1)概念不清,弄不清事件之間的關(guān)系和事件的結(jié)構(gòu);
(2)對試驗(yàn)分析錯(cuò)誤,概率模型搞錯(cuò);
(3)計(jì)算概率的公式運(yùn)用不當(dāng);
(4)不能熟練地運(yùn)用獨(dú)立性去證明和計(jì)算;
(5)不能熟練掌握和運(yùn)用常用的概率分布及其數(shù)字特征;
(6)不能正確應(yīng)用有關(guān)的定義、公式和性質(zhì)進(jìn)行綜合分析、運(yùn)算和證明。
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怎樣學(xué)“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”
“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”是理工科大學(xué)生的一門必修課程,也是報(bào)考碩士研究生時(shí)數(shù)學(xué)試卷中重要內(nèi)容之一[其中數(shù)學(xué)一占20%?,數(shù)學(xué)三占25%?,數(shù)學(xué)四占25%?(概率論)].由于該學(xué)科與生活實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)有著緊密的聯(lián)系,是許多新發(fā)展的前沿學(xué)科(如控制論、信息論、可靠性理論、人工智能等)的基礎(chǔ),因此學(xué)好這一學(xué)科是十分重要的.?
首先我們從歷屆考研成績進(jìn)行分析,觀察一下高等數(shù)學(xué)與概率統(tǒng)計(jì)之間有什么差異其一是概率統(tǒng)計(jì)的平均得分率往往低于高等數(shù)學(xué)平均得分率.其二高等數(shù)學(xué)的得分分布呈兩頭小中間大現(xiàn)象,即低分和高分比例小,而中間分?jǐn)?shù)段比例大,而概率統(tǒng)計(jì)的得分率卻是低分多, 中間分?jǐn)?shù)少,高分較多的現(xiàn)象.為什么會(huì)發(fā)生上述差異?經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)雖然高等數(shù)學(xué)與概率統(tǒng)計(jì)同屬數(shù)學(xué)學(xué)科,但各有自己的特點(diǎn). 高等數(shù)學(xué)主要是通過學(xué)習(xí)極限、導(dǎo)數(shù)和積分等知識(shí)解決有關(guān)(一維或多-維)函數(shù)的有關(guān)性質(zhì)和圖象的問題, 它與中學(xué)的數(shù)學(xué)有著密切聯(lián)系而且有著相同的思想方法和解題思路.因而在概念上理解比較容易接受(當(dāng)然也有比較抽象的內(nèi)容如中值定理等).另一方面由于涉及許多具體初等函數(shù),在求導(dǎo)數(shù)和積分時(shí)有許多計(jì)算上的技巧,需要大量練習(xí)以熟練掌握這些技巧,因而部分學(xué)生即使概念不十分清楚,但仍能正確解答相當(dāng)多的試題,在考研中得到一定的成績.?
而在“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”的學(xué)習(xí)中更注重的是概念的理解,而這正是廣大學(xué)生所疏忽的,在考研復(fù)習(xí)時(shí)幾乎有近一半以上學(xué)生對“什么是隨機(jī)變量”、“為什么要引進(jìn)隨機(jī)變量”仍說不清楚.對于涉及隨機(jī)變量的獨(dú)立,不相關(guān)等概念更是無從著手,這一方面是因?yàn)楦叩葦?shù)學(xué)處理的是“確定”的事件.如函數(shù)y=f(x),當(dāng)x確定后y有確定的值與之對應(yīng).而概率論中隨機(jī)變量X在抽樣前是不確定的,我們只能由隨機(jī)試驗(yàn)確定它落在某一區(qū)域中的概率,要建立用“不確定性”的思維方法往往比較困難,如果套用確定性的思維方法就會(huì)出錯(cuò).由于基本概念沒有搞懂,即使是十分簡單的題目也難以得分.從而造成低分多的現(xiàn)象.另一方面由于概率論中涉及的計(jì)算技巧不多,除了古典概型,幾何概型和計(jì)算二維隨機(jī)變量的函數(shù)分布時(shí)如何確定積分上、下限有一些計(jì)算的難點(diǎn),其他的只是數(shù)值或者積分、導(dǎo)數(shù)的計(jì)算.因而如果概念清楚,那么解題往往很順利且易得到正確答案,這正是高分較多的原因.?
根據(jù)上面分析,啟示我們不能把高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)方法照搬到“概率統(tǒng)計(jì)”的學(xué)習(xí)上來,而應(yīng)按照概率統(tǒng)計(jì)自身的特點(diǎn)提出學(xué)習(xí)方法,才能取得“事半功倍”的效果.下面我們分別對“概率論”和“數(shù)理統(tǒng)計(jì)”的學(xué)習(xí)方法提出一些建議.?
一、 學(xué)習(xí)“概率論”要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)
1. 在學(xué)習(xí)“概率論”的過程中要抓住對概念的引入和背景的理解,例如為什么要引進(jìn)“隨機(jī)變量”這一概念。這實(shí)際上是一個(gè)抽象過程。正如小學(xué)生最初學(xué)數(shù)學(xué)時(shí)總是一個(gè)蘋果加2個(gè)蘋果等于3個(gè)蘋果,然后抽象為1+2=3.對于具體的隨機(jī)試驗(yàn)中的具體隨機(jī)事件,可以計(jì)算其概率,但這畢竟是局部的,孤立的,能否將不同隨機(jī)試驗(yàn)的不同樣本空間予以統(tǒng)一,并對整個(gè)隨機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行刻畫?隨機(jī)變量X(即從樣本空間到實(shí)軸的單值實(shí)函數(shù))的引進(jìn)使原先不同隨機(jī)試驗(yàn)的隨機(jī)事件的概率都可轉(zhuǎn)化為隨機(jī)變量落在某一實(shí)數(shù)集合B的概率,不同的隨機(jī)試驗(yàn)可由不同的隨機(jī)變量來刻畫. 此外若對一切實(shí)數(shù)集合B,知道P(X∈B). 那么隨機(jī)試驗(yàn)的任一隨機(jī)事件的概率也就完全確定了.所以我們只須求出隨機(jī)變量X的分布P(X∈B). 就對隨機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行了全面的刻畫.它的研究成了概率論的研究中心課題.故而隨機(jī)變量的引入是概率論發(fā)展歷史中的一個(gè)重要里程碑.類似地,概率公理化定義的引進(jìn),分布函數(shù)、離散型和連續(xù)型隨機(jī)變量的分類,隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)特征等概念的引進(jìn)都有明確的背景,在學(xué)習(xí)中要深入理解體會(huì).?
2. 在學(xué)習(xí)“概率論”過程中對于引入概念的內(nèi)涵和相互間的聯(lián)系和差異要仔細(xì)推敲,例如隨機(jī)變量概念的內(nèi)涵有哪些意義:它是一個(gè)從樣本空間到實(shí)軸的單值實(shí)函數(shù)X(w),但它不同于一般的函數(shù),首先它的定義域是樣本空間,不同隨機(jī)試驗(yàn)有不同的樣本空間.而它的取值是不確定的,
隨著試驗(yàn)結(jié)果的不同可取不同值,但是它取某一區(qū)間的概率又能根據(jù)隨機(jī)試驗(yàn)予以確定的,而我們關(guān)心的通常只是它的取值范圍,即對于實(shí)軸上任一B,計(jì)算概率P(X∈B),即隨機(jī)變量X的分布.只有理解了隨機(jī)變量的內(nèi)涵,下面的概念如分布函數(shù)等等才能真正理解.又如隨機(jī)事件的互不相容和相互獨(dú)立兩個(gè)概念通常會(huì)混淆,前者是事件的運(yùn)算性質(zhì),后者是事件的概率性質(zhì),但它們又有一定聯(lián)系,如果P(A)·P(B)>0,則A,B獨(dú)立則一定相容.類似地,如隨機(jī)變量的獨(dú)立和不相關(guān)等概念的聯(lián)系與差異一定要真正搞懂.?
3. 搞懂了概率論中的各個(gè)概念,一般具體的計(jì)算都是不難的,如F(x)=P(X≤x),EX,DX等按定義都易求得.計(jì)算中的難點(diǎn)有古典概型和幾何概型的概率計(jì)算,二維隨機(jī)變量的邊緣分布fx(x)=∫-∞∞ f(x,y)dy,事件B的概率P((X,Y)∈B)=∫∫Bf(x,y)dxdy,卷積公式等的計(jì)算,它們形式上很簡單,但是由于f(x,y)通常是分段函數(shù),真正的積分限并不再是(-∞,∞)或B,這時(shí)如何正確確定事實(shí)上的積分限就成了正確解題的關(guān)鍵,要切實(shí)掌握.?
4. 概率論中也有許多習(xí)題,在解題過程中不要為解題而解題,而應(yīng)理解題目所涉及的概念及解題的目的,至于具體計(jì)算中的某些技巧基本上在高等數(shù)學(xué)中都已學(xué)過.因此概率論學(xué)習(xí)的關(guān)鍵不在于做許多習(xí)題,而要把精力放在理解不同題型涉及的概念及解題的思路上去.這樣往往能“事半功倍”.
二、 學(xué)習(xí)“數(shù)理統(tǒng)計(jì)”要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)?
1. 由于數(shù)理統(tǒng)計(jì)是一門實(shí)用性極強(qiáng)的學(xué)科,在學(xué)習(xí)中要緊扣它的實(shí)際背景,理解統(tǒng)計(jì)方法的直觀含義.了解數(shù)理統(tǒng)計(jì)能解決那些實(shí)際問題.對如何處理抽樣數(shù)據(jù),并根據(jù)處理的結(jié)果作出合理的統(tǒng)計(jì)推斷,該結(jié)論的可靠性有多少要有一個(gè)總體的思維框架,這樣,學(xué)起來就不會(huì)枯燥而且容易記憶.例如估計(jì)未知分布的數(shù)學(xué)期望,就要考慮到① 如何尋求合適的估計(jì)量的途徑,②如何比較多個(gè)估計(jì)量的優(yōu)劣?這樣,針對①按不同的統(tǒng)計(jì)思想可推出矩估計(jì)和極大似然估計(jì),而針對②又可分為無偏估計(jì)、有效估計(jì)、相合估計(jì),因?yàn)椴煌墓烙?jì)名稱有著不同的含義,一個(gè)具體估計(jì)量可以滿足上面的每一個(gè),也可能不滿足.掌握了尋求估計(jì)的統(tǒng)計(jì)思想,具體尋求估計(jì)的步驟往往是“套路子”的,并不困難,然而如果沒有從根本上理解,僅死背套路子往往會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤.?
2. 許多同學(xué)在學(xué)習(xí)數(shù)理統(tǒng)計(jì)過程中往往抱怨公式太多,置信區(qū)間,假設(shè)檢驗(yàn)表格多而且記不住.事實(shí)上概括起來只有八個(gè)公式需要記憶,而且它們之間有著緊密聯(lián)系,并不難記,而區(qū)間估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)中只是這八個(gè)公式的不同運(yùn)用而已,關(guān)鍵在于理解區(qū)間估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)意義,在理解基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用這八個(gè)公式,完全沒有必要死記硬背.
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