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正态分布 推导
2007-10-11 11:18

在一本俄国的概率教材上看到以下一段精彩的推导,才知道原来所谓正态分布并不是哪位数学家一拍脑门想起来的。记得大学时的教材上只告诉了我们在抽样实验中当样本总量很大时,随机变量就服从正态分布,至于正态分布是怎么来的一点都不提。大学之前,我始终坚信数学是世界上最精致的艺术。但是上了大学之后,发现很多数学上很多问题教材中都是语焉不详,而且很多定义没有任何说明的就出来了,就像一致连续,一致收敛之类的,显得是那么的突兀。这时候数学就像数学老师一样蛮横,让我对数学极其反感,足足有四年之久。只到前些日子,在CSDN上读到孟岩的一篇并于矩阵的文章,才重新对数学发生兴趣。最近又读到了齐民友所写的《重温微积分》以及施利亚耶夫所写的《概率》,才知道原来每一个定义,和每一个定理都有它的价值和意义。

前几天在网上遇到老文,小小的探讨了一下这个问题,顺便问起他斯特林公式的证明过程。他说碰巧最近很是在研究这个公式,就写出来放在百度上以供来者瞻仰吧。于是就有了这篇文章:

斯特林(Stirling)公式的推导

如果哪位在读本篇之前想要知道斯特林公式是怎么来的,请阅读之。

本来是想和老文一块发的,怎奈一个小小的公式编辑器让我费了两个晚上才搞定。于是直至今日,方才有这篇小文字。

本篇是斯特林公式的一个应用。本篇的推导全部抄自施利亚耶夫著《概率》,本文的证明完成了棣莫弗——拉普拉斯定理推导的前半部分,后半部分以及其与伯努利大数定律的关系在以后再往上贴吧。其实也不是很难,自己动动手也是能推出来的。

这次推导可以说是连续性随机变量第一次出现在该书中,作为理解连续性随机变量的基础,正态分布是十分重要的。

斯特林公式:

根据斯特林公式,

因此

对于0<x<1

注意到

这个结论也可以表述为以下的形式:

假如设

这里只给出等价关系,离相等还差一步。如果中间画了等号,那么公式就是大家所熟悉的棣莫弗——拉普拉斯定理了,即二项分布以正态分布为极限分布。从等价到相等,也没什么难的了,反正就是微积分证明的主要思路——略去高阶无穷。这里就不再给出了吧。

---------------------

不好意思,以前漏了个条件

k满足|k-np|=o(npq)的2/3次方这个条件是原来给定的条件,而不是推导出来的.这个条件的意义是保证二项分布的 p 和 q 不会太小. 比如考虑一个极端的情况 p->0 ,那么上面的推导就不成立了.


类别:数学和密码学 | 添加到搜藏 | 浏览() | 评论 (15)
 
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网友评论:
2
2007-10-12 16:16 | 回复
*&^%$32!)99*776^5%%$$44 迷糊...
 
3
2007-10-15 02:11 | 回复
怎么嵌入的公式编辑器啊 你俩太敬业了,赞:)
 
4
2007-10-15 12:02 | 回复
那些都是图片而已.先把公式做成图片,然后上传的
 
5
2007-11-30 09:17 | 回复
差点忘了, k满足|k-np|=o(npq)的2/3次方这个条件是原来给定的条件,而不是推导出来的.
 
6
2007-12-19 13:59 | 回复
斑竹介绍得太精彩了!
 
7
2007-12-19 14:08 | 回复
所有科学都充满着微小而重要的思辨和严谨而细致的演绎相结合的双重美感!
 
8
2007-12-19 15:17 | 回复
阁下说的有道理,所有科学不知道,但数学肯定是. 何不留名?以备来者瞻仰.
 
9
2008-03-20 12:35 | 回复
原来正态分布是这样的,高中课本上的空白我也搞清楚了,感谢版主。
 
10
2008-06-16 21:42 | 回复
谢谢你!
 
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2008-10-31 00:47 | 回复
http://courses.ncssm.edu/math/Stat_Inst/Stats2007/Stat%20and%20Calc/Calc%20Derivation%20of%20Normal%20Dist.pdf
 
12
2008-10-31 01:07 | 回复
Pn(k)的式子有错误。到H(x)改过来了。 苏联教科书路子比较像布尔巴基风格,理论性强。 但是美国数学则强调直观,概念。正如某位先生说的,对所有的数学理论或概念,需要从三方面审视,analytical,geometrical and numerical. 利用计算机代数系统如maple,mathematica,matlab等,可以实现后两者。这样学得的数学,才能生动活泼,为我所用。[奈何我们国家的教育体系到目前既没有学到法国,苏联的高度理论化技术,也没有得到美式直观化的精髓,倒是继承了儒家教育的死板传统,小学而大疑。很多习题都是主观制造出来的游戏,而无数学上的启发性和重要性] 另外,很长的时期,数学是以问题引领其发展的,严密的数学理论都是经过无数先贤反复雕琢,打磨的产物。了解一些数学史十分必要。 ====== 下面摘自wiki百科, 歷史 常態分佈首先由棣莫佛(Abraham de Moivre)在1734年發表的一篇關於二項分佈文章中提出。(第二版The Doctrine of Chances,1738年重新印刷)in the context of approximating certain binomial distributions for large n。拉普拉斯對棣莫佛的結論作了擴展,發表在Analytical Theory of Probabilities(1812年)。現在通常稱之為棣莫佛-
 
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2008-10-31 01:08 | 回复
歷史 常態分佈首先由棣莫佛(Abraham de Moivre)在1734年發表的一篇關於二項分佈文章中提出。(第二版The Doctrine of Chances,1738年重新印刷)in the context of approximating certain binomial distributions for large n。拉普拉斯對棣莫佛的結論作了擴展,發表在Analytical Theory of Probabilities(1812年)。現在通常稱之為棣莫佛-拉普拉斯定理。 拉普拉斯在誤差分析試驗中使用了常態分佈。勒讓德於1805年引入最小二乘法這一重要方法;而高斯則宣稱他早在1794年就使用了該方法,並通過假設誤差服從常態分佈給出了嚴格的證明。 「鐘形曲線」這個名字可以追溯到Jouffret 他在1872年首次提出這個術語"鐘形曲面",用來指代二元常態分佈(bivariate normal). 常態分佈這個名字還被Charles S. Peirce, Francis Galton, Wilhelm Lexis在1875分佈獨立的使用. 這個術語是不幸的,因為它反應和鼓勵了一種謬誤,即很多機率分佈都是正態的。 (請參考下面的"實例") 這個分佈被稱為「正態」或者「高斯」正好是Stigler名字由來法則的一個例子,這個法則說「沒有科學發現是以它最初的發現者命名的」。
 
14
2008-11-01 14:19 | 回复
是本好书啊。
 
15
2009-03-31 18:54 | 回复
我们的教育真可怕。
我也是一把年纪才发现数学之美的。
大学的数学?哎,真不知该怎么说
 
16
2009-03-31 19:03 | 回复
还有一个问题想请教,就是球面正态分布公式是怎么来的呢?是不是三维正态分布公式推出来的?
 
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