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二项分布与泊松分布

二项分布#

前情提要:伯努利实验

在随机试验的条件下,结果只有两种可能:发生或者不发生每次试验的结果之间相互独立,互不干扰。

定义:在重复 nn 次独立的伯努利试验中,探究 nn 次试验中成功的次数 kk 。当试验次数为1时,二项分布服从0-1分布。 若随机变量 XX 服从参数为 (n,p)(n, p) 的二项分布, 记作:XBin(n,p)X \sim \mathrm{Bin}(n, p)

二项分布的分布律#

P(X=k)=(nk)pk(1p)nk,k=0,1,2,,n其中(nk)Cnk=n!k!(nk)!P(X=k)=\binom{n}{k}\,p^{k}(1-p)^{\,n-k},\quad k=0,1,2,\ldots,n\\[5bp] \text{其中}\displaystyle \binom{n}{k}=C_n^k=\frac{n!}{k!(n-k)!}

这个组合数表示在n次实验中选k次成功。

期望与方差#

E[X]=npVar(X)=np(1p)\mathbb{E}[X]=np\\ \mathrm{Var}(X)=np(1-p)

泊松分布#

泊松分布的分布律#

P{X=k}=λkeλk!,k=0,1,2,P\{X=k\}=\frac{\lambda^k e^{-\lambda}}{k!}, k=0,1,2,…

其中 λ>0\lambda>0 称随机变量 XX 服从参数为 λ\lambda 的泊松分布,记作 Xπ(λ)X\sim\pi(\lambda)

泊松逼近定理#

如果 n,p0,np=λn\to \infty,p\to 0,np=\lambda 保持为正常数,则

n!k!(nk)!pk(1p)nkλkeλk!,k=0,1,2,\frac{n!}{k!(n-k)!}p^{k}(1-p)^{\,n-k}\to \frac{\lambda^k e^{-\lambda}}{k!}, k=0,1,2,…

在实际计算中,往往只需要 n10,p0.1n\geq10,p\leq0.1 即可

如果从失败的角度考虑,成功 kk\Leftrightarrow 失败 nkn-k 次,这两个概率应该相等,实际计算中 n10,p0.9n\geq10,p\geq0.9

n!k!(nk)!pk(1p)nk[n(1p)]nken(1p)(nk)!,k=0,1,2,这里λ=n(1p),k换成nk\frac{n!}{k!(n-k)!}p^{k}(1-p)^{\,n-k}\to \frac{[n(1-p)]^{n-k} e^{-n(1-p)}}{(n-k)!}, k=0,1,2,…\\[5bp] \text{这里}\lambda=n(1-p),k\text{换成}n-k

0.1p0.90.1\leq p\leq 0.9时可以采用正态近似

  • n越大,p越小,近似效果越好

eg: 2500人参保,保险费12元。出事了赔2000元,出事的概率是0.002,求保险公司亏本的概率?

solution

每个人只有可能出意外或不出意外,这是一个重复2500次的伯努利实验

设事件A:保险公司亏本,X为出意外的人数

P(A)=P(X15)=k=162500C2500k0.998(2500k)n=2500,p=0.002,λ=np=5可以用泊松分布近似k=1625005kk!e5=k=165kk!e5k=25015kk!e50.000070=0.00007P(A)=P(X\geq15)=\sum_{k=16}^{2500}C_{2500}^k0.998^{(2500-k)}\\ n=2500,p=0.002,\lambda=np=5\,\text{可以用泊松分布近似} \approx\sum_{k=16}^{2500}\frac{5^k}{k!}e^{-5}\\ =\sum_{k=16}^{\infin}\frac{5^k}{k!}e^{-5}-\sum_{k=2501}^{\infin}\frac{5^k}{k!}e^{-5}\\ \approx 0.00007-0=0.00007
二项分布与泊松分布
https://biscuit0613.github.io/posts/possibilitytheory/pt_bionomialpoissondistri/
作者
biscuit
发布于
2025-08-20
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0