Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

В наши дни математическая статистика приобрела особенно большое значение. На ее правилах и результатах основаны, в частно­сти, методы анализа производственных про­цессов, текущий и приемочный статистический контроль качества массовой промышленной продукции, оценка наличия или отсутствия сигнала на фоне шума и пр.

Закон больших чисел

Мы ограничимся здесь формулировкой двух теорем, получивших многочисленные теоре­тические и практические применения. Первая из них была доказана Я. Бернулли и опубли­кована в 1713 г.

Производится последовательность незави­симых испытаний, в каждом из которых собы­тие А может произойти с одной и той же ве­роятностью р. Пусть среди первых n испыта­ний событие А наступило в некоторых m. Тогда, как бы мало ни было взято e>0,

Таким образом, если взять n достаточно большим, то вероятность неравенства?m/n-р?>e

становится как угодно малой. А так как собы­тия с малой вероятностью имеют мало шансов наступить, то мы видим, что при больших n, как

правило, отношение m/n будет близко к р.

Теорема Я. Бернулли служит базой для приближенной оценки неизвестных вероятно­стей случайных событий. Длительные наблю­дения над рождениями установили, что в сред­нем на каждую 1000 рождений приходится 511 мальчиков и 489 девочек. Отсюда делается вывод, что вероятность рождения мальчика приблизительно равна 0,511. По вероятности рождения мальчика делаются серьезные про­гнозы о составе населения.

Все страховое дело построено на определе­нии статистическим путем (посредством тео­ремы Бернулли) вероятностей различных собы­тий: смерти лица определенной профессии в те­чение определенного года его жизни, гибели от пожара дома, гибели посевов от града и т. д. На этой базе рассчитываются страховые взно­сы. Эти расчеты оказываются настолько точ­ными, что страховые общества не разоряются, а приносят систематический доход.

Вторая теорема доказана П. Л. Чебышевым в 1867 г. Доказательство Чебышева исключи­тельно просто и изящно. По своим математи­ческим средствам оно вполне доступно уча­щимся девятого класса. Мы ограничимся фор­мулировкой лишь частного случая теоремы.

Предположим, что случайная величина x может принимать значения x1, х2, ...,хn соответ­ственно с вероятностями p1, р2, ..., рn( p1+р2+...+pn=1). Средним значением (матема­тическим ожиданием) случайной величины x называется сумма Мx=р1x1+p2x2+...+pnxn.

Представим теперь себе, что имеется по­следовательность независимых случайных ве­личин x1,x2,...,xk, ..., каждая из которых имеет среднее значение, равное а, и все случайные величины ограничены некоторым числом с. При этих условиях для любого e>0 имеет место неравенство:

Таким образом, среднее арифметическое не­зависимых случайных величин при большом числе слагаемых становится почти постоянным. Это обстоятельство исключительно важно, оно находит широкое и разнообразное использо­вание на практике. Пусть, для примера, xk есть результат k-го измерения некоторой ве­личины а, лишенного систематической ошибки (например, постоянной ошибки измеритель­ного прибора). Закон больших чисел утверж­дает, что для получения приближенного значе­ния измеряемой величины следует взять сред­нее арифметическое из результатов измерений, и чем измерений больше, тем среднее арифме­тическое будет ближе к измеряемой величине.

В качестве другого примера рассмотрим дав­ление газа на стенку заключающего его сосу­да. Это давление есть результат суммарного воздействия ударов отдельных молекул о стен­ку. Число этих ударов в единицу времени и их сила — дело случая. Таким образом, давление в каждой части поверхности сосуда подвергает­ся случайным колебаниям. Но так как дав­ление складывается из колоссального числа уда­ров отдельных частиц, то среднее арифме­тическое отдельных производимых ими давле­ний, согласно закону больших чисел, практи­чески достоверно является почти постоянной величиной. Отсюда вытекает, что давление газа в нормальных условиях (для не слишком раз­реженных газов) лишь ничтожно мало колеблет­ся около некоторой постоянной величины. Но это утверждение мы знаем из физики под назва-

459