均匀分布

本节将介绍一些重要的

1 均匀分布
1.1 均匀分布的定义
定义 1.为:

则称服从区间上的 均匀分布 (Uniform distribution),记作

举例说明定义 1 。某工厂专门生产长度在2-6厘米之间的螺钉,如图 1 所示,且各长度规格的产量相等。现从该工厂库房中任取一枚螺钉,用表示"选中螺钉的长度(单位:厘米)"。根据前面的描述,我们可认为服从区间上的均匀分布,即,其为:

容易验证上述满足(即图 2 中紫色区域的面积为1):

上述结果表明:的所有可能取值都在区间内,与该工厂只生产2-6厘米长度螺钉的事实一致。

图 1 螺钉长度仅在2-6厘米间变化

图 2

更重要的是,在任意等长区间内取值的概率相同(等长区间等概率)。例如,对于长度均为2的区间,有(图 3 中蓝色区域和图 4 中红色区域的面积相同):

这正是均匀分布的特征:各取值出现的机会均等,与该工厂各长度规格产量相等的事实一致由于的单点概率为0,这种均匀性只能通过等长区间的等概率来体现。

图 3

图 4

1.2 概率密度函数的“密度”

或这样理解:在区间,相当于将概率1均匀分配给4个单位长度(图 5 )。这类似于质量为1、长度为4的均匀竹竿,其密度表示将质量1均匀分配给4个单位长度(图 6 )。

图 5

图 6

上述类比揭示了概率术语的物理内涵:将概率视为"质量",因此有了的称谓。需要注意,不存在不存在

概率论的奠基者多有物理背景,因此“质量”、“密度”及之后会介绍的“”等物理概念被引入了概率论。

2 均匀分布的图像和性质
定理 1.服从区间上的均匀分布,则其累积分布函数为:

且有

证明 .(1)根据均匀分布(定义 1 )和的定义,可得:

(2)根据的定义,可得:

blanksquare

学习定理 1 后,让我们借助图 7 来探索参数(这两个点可以拖动)对均匀分布的影响。

图 7 均匀分布的PDF和CDF

练习题 某公交车每10分钟发一班车,而乘客到站时间不固定。求乘客的平均等待时间。 分钟 分钟 分钟 表示“乘客的等待时间”,由于乘客的等待时间在0到10分钟之间,所以服从区间上均匀分布,即。根据定理 1 ,乘客的平均等待时间为分钟。
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