正态分布课件(苏教版选修2-3)

1、2.4 高二数学高二数学 选修选修2-3 引入引入 正态分布在统计学中是很重要的分布。我们知正态分布在统计学中是很重要的分布。我们知 道，离散型随机变量最多取可列个不同值，它等于道，离散型随机变量最多取可列个不同值，它等于 某一特定实数的概率可能大于某一特定实数的概率可能大于0，人们感兴趣的是，人们感兴趣的是 它取某些特定值的概率，即感兴趣的是其分布列；它取某些特定值的概率，即感兴趣的是其分布列； 连续型随机变量可能取某个区间上的任何值，它等连续型随机变量可能取某个区间上的任何值，它等 于任何一个实数的概率都为于任何一个实数的概率都为0，所以通常感兴趣的，所以通常感兴趣的 是它落在某个区间的概

2、率。离散型随机变量的概率是它落在某个区间的概率。离散型随机变量的概率 分布规律用分布列描述，而连续型随机变量的概率分布规律用分布列描述，而连续型随机变量的概率 分布规律用密度函数（曲线）描述。分布规律用密度函数（曲线）描述。 复习 100个产品尺寸的频率分布直方图个产品尺寸的频率分布直方图 25.23525.295 25.35525.41525.47525.535 产品 尺寸 （mm) 频率 组距 复习 200个产品尺寸的频率分布直方图 25.23525.295 25.35525.41525.47525.535 产品 尺寸 （mm) 频率 组距 复习 样本容量增大时 频率分布直方图 频率 组距

3、 产品 尺寸 (mm) 总体密度曲 线 复习 产品 尺寸 (mm) 总体密度曲 线 高尔顿板高尔顿板 11 总体密度曲 线 0 Y X 导入导入 产品尺寸的总体密度曲线产品尺寸的总体密度曲线 就是或近似地是以下函数的图象：就是或近似地是以下函数的图象： 2 2 () 2 1 ( ) 2 x f xe ),(x 1 、正态曲线的定义：、正态曲线的定义： 函数函数 式中的实数式中的实数、(0)是参数，分别表示是参数，分别表示 总体的平均数与标准差，称总体的平均数与标准差，称f( x)的图象称为正态曲线的图象称为正态曲线 cd ab 平均数 X Y 若用若用X表示落下的小球第表示落下的小球第1次与高

4、尔顿板底部接触时次与高尔顿板底部接触时 的坐标的坐标,则则X是一个随机变量是一个随机变量.X落在区间落在区间(a,b的概率为的概率为: b a dxxbXaP)()( , 2.正态分布的定义正态分布的定义: 如果对于任何实数如果对于任何实数 ab,随机变量随机变量X满足满足: b a dxxbXaP)()( , 则称为则称为X 的正态分布的正态分布. 正态分布由参数、唯一确定. 正态分布记作N（ ，2）.其图象称为正态曲线其图象称为正态曲线. 如果随机变量如果随机变量X服从正态分布，服从正态分布， 则记作则记作 X N（ ，2） 在实际遇到的许多随机现象都服从或近似服在实际遇到的许多随机现象都

5、服从或近似服 从正态分布：从正态分布： 在生产中，在生产中，在正常生产条件下各种产品的质量指标；在正常生产条件下各种产品的质量指标； 在测量中，在测量中，测量结果；测量结果； 在生物学中，在生物学中，同一群体的某一特征；同一群体的某一特征； 在气象中，在气象中，某地每年七月份的平均气温、平均湿度某地每年七月份的平均气温、平均湿度 以及降雨量等，水文中的水位；以及降雨量等，水文中的水位； 总之，正态分布广泛存在于自然界、生总之，正态分布广泛存在于自然界、生 产及科学技术的许多领域中。产及科学技术的许多领域中。 正态分布在概率和统计中占有重要地位。正态分布在概率和统计中占有重要地位。 的意义的意义

6、 产品 尺寸 (mm) x1x2 总体平均数反映总体随机变量的总体平均数反映总体随机变量的 平均水平平均水平 x3x4 平均数 x x= 产品 尺寸 (mm) 总体平均数反映总体随机变量的总体平均数反映总体随机变量的 平均水平平均水平 总体标准差反映总体随机变量的总体标准差反映总体随机变量的 集中与分散的程度集中与分散的程度 平均数平均数 的意义的意义 1 2 正态总体的函数表示式正态总体的函数表示式 当= 0，=1时 2 2 2 )( 2 1 )( x exf ),(x 2 2 2 1 )( x exf 标准正态总体的函数表示式标准正态总体的函数表示式 ),(x 012-1-2x y -33

7、 =0 =1 标准正态曲线 2 1 , 0( （， （，+） （1）当 = 时,函数值为最大. (3) 的图象关于 对称. （2） 的值域为 （4）当 时 为增函数. 当 时 为减函数. )(xf )(xf x x x )(xf )(xf 012-1-2x y -33 =0 =1 标准正态曲线标准正态曲线 正态总体的函数表示式正态总体的函数表示式 2 2 2 )( 2 1 )( x exf ),(x =x 例例1、下列函数是正态密度函数的是（、下列函数是正态密度函数的是（ ） A. B. C. D. 2 2 () 2 1 ( ), ,(0) 2 x f xe 都是实数 2 2 2 ( ) 2

8、x f xe 2 (1) 4 1 ( ) 2 2 x f xe 2 2 1 ( ) 2 x f xe B 例例2、标准正态总体的函数为、标准正态总体的函数为 （1）证明）证明f(x)是偶函数；是偶函数； （2）求）求f(x)的最大值；的最大值； （3）利用指数函数的性质说明）利用指数函数的性质说明f(x)的增减性。的增减性。 2 2 1 ( ),(,). 2 x f xex 练习：练习： 1、若一个正态分布的概率函数是一个偶函数且该函、若一个正态分布的概率函数是一个偶函数且该函 数的最大值等于数的最大值等于 ，求该正态分布的概率密度函数，求该正态分布的概率密度函数 的解析式。的解析式。 1 4

9、 2 20 25 301510 x y 535 1 2 2、如图，是一个正态曲线，、如图，是一个正态曲线， 试根据图象写出其正态分布试根据图象写出其正态分布 的概率密度函数的解析式，的概率密度函数的解析式， 求出总体随机变量的期望和求出总体随机变量的期望和 方差。方差。 3、正态曲线的性质、正态曲线的性质 012-1-2x y -3 = -1 =0.5 012-1-2x y -33 =0 =1 012-1-2x y -334 =1 =2 具有两头低、中间高、左右对称的基本特征具有两头低、中间高、左右对称的基本特征 2 2 () 2 1 ( ),(,) 2 x xex 012-1-2x y -3

10、 = -1 =0.5 012-1-2x y -33 =0 =1 012-1-2x y -334 =1 =2 （1 1）曲线在）曲线在x轴的上方，与轴的上方，与x轴不相交轴不相交. . （2）曲线是单峰的）曲线是单峰的,它关于直线它关于直线x=对称对称. 3 3、正态曲线的性质、正态曲线的性质 （4）曲线与）曲线与x轴之间的面积为轴之间的面积为1 （3）曲线在）曲线在x=处达到峰值处达到峰值(最高点最高点) 1 1 22 2 2 () 2 1 ( ),(,) 2 x xex 方差相等、均数不等的正态分布图示方差相等、均数不等的正态分布图示 312 =0.5 =-1 =0 =1 若若 固定固定,

11、随随 值值 的变化而的变化而 沿沿x轴平轴平 移移, 故故 称为位置称为位置 参数；参数； 均数相等、方差不等的正态分布图示均数相等、方差不等的正态分布图示 =0.5 =1 =2 =0 若若 固定固定, 大时大时, 曲线矮而胖；曲线矮而胖； 小时小时, 曲线瘦曲线瘦 而高而高, 故称故称 为为 形状参数。形状参数。 =0.5 0 1 2-1-2 x y -33 X= =1 =2 (6)当当一定时，曲线的形状由一定时，曲线的形状由确定确定 . 越大，曲线越越大，曲线越“矮胖矮胖”，表示总体的分布越分散；，表示总体的分布越分散； 越小，曲线越越小，曲线越“瘦高瘦高”，表示总体的分布越集中，表示总体

12、的分布越集中. （5）当）当 x时时,曲线下降曲线下降.并且当曲线并且当曲线 向左、右两边无限延伸时向左、右两边无限延伸时,以以x轴为渐近线轴为渐近线,向它无限靠近向它无限靠近. 3 3、正态曲线的性质、正态曲线的性质 2 2 () 2 1 ( ) 2 x xe 例例3、把一个正态曲线、把一个正态曲线a沿着横轴方向向右移动沿着横轴方向向右移动2个单个单 位，得到新的一条曲线位，得到新的一条曲线b。下列说法中不正确的是。下列说法中不正确的是 （ ） A.曲线曲线b仍然是正态曲线；仍然是正态曲线； B.曲线曲线a和曲线和曲线b的最高点的纵坐标相等的最高点的纵坐标相等; C.以曲线以曲线b为概率密度

13、曲线的总体的期望比以曲线为概率密度曲线的总体的期望比以曲线a为为 概率密度曲线的总体的期望大概率密度曲线的总体的期望大2; D.以曲线以曲线b为概率密度曲线的总体的方差比以曲线为概率密度曲线的总体的方差比以曲线a为为 概率密度曲线的总体的方差大概率密度曲线的总体的方差大2。 C 正态曲线下的面积规律正态曲线下的面积规律 X轴与正态曲线所夹面积恒等于轴与正态曲线所夹面积恒等于1 。 对称区域面积相等。对称区域面积相等。 S(-,-X)S(X,)S(-,-X) 正态曲线下的面积规律正态曲线下的面积规律 对称区域面积相等。对称区域面积相等。 S(-x1, -x2) -x1 -x2 x2 x1 S(x

14、1,x2)=S(-x2,-x1) 4、特殊区间的概率、特殊区间的概率: -a +a x= 若若XN ,则对于任何实数则对于任何实数a0,概率概率 为如图中的阴影部分的面积，对于固定的为如图中的阴影部分的面积，对于固定的 和和 而言，该面而言，该面 积随着积随着 的减少而变大。这说明的减少而变大。这说明 越小越小, 落在区间落在区间 的概率越大，即的概率越大，即X集中在集中在 周围概率越大。周围概率越大。 2 ( ,) , ()( ) a a Paax dx xx (,aa ()0.6826, (22 )0.9544, (33 )0.9974. PX PX PX 特别地有特别地有 我们从上图看到

15、，正态总体在我们从上图看到，正态总体在 以外取值的概率只有以外取值的概率只有4.6，在，在 以外以外 取值的概率只有取值的概率只有0.3 。 2,2 3,3 由于这些概率值很小（一般不超过由于这些概率值很小（一般不超过5 ），）， 通常称这些情况发生为小概率事件。通常称这些情况发生为小概率事件。 ()0.6826, (22 )0.9544, (33 )0.9974. PX PX PX 例例4、在某次数学考试中，考生的成绩、在某次数学考试中，考生的成绩 服从一个正服从一个正 态分布，即态分布，即 N(90,100). （1）试求考试成绩）试求考试成绩 位于区间位于区间(70,110)上的概率是上的概率是 多少？多少？ （2）若这次考试共有