Решение типовых задач. Доверительный интервал для СКО нормального распределения

Доверительный интервал для СКО нормального распределения

Пусть с.в. Х распределена нормально. Требуется оценить СКОσ генеральной совокупности по исправленному выборочному СКО.

Тогда доверительный интервал для СКО

, при q < 1;

, при q > 1,

где определяется по табл. П. 3.

Пример 1. Из ГС извлечена выборка объема n = 50.

хi
ni

Найти несмещенную оценку генеральной средней, оценку
генеральной дисперсии и исправленную оценку генеральной дисперсии.

Решение. Несмещенной оценкой генеральной средней является выборочная средняя, т. е.

.

Оценкой генеральной дисперсии является выборочная дисперсия

Соответственно, исправленной оценкой генеральной дисперсии является величина

.

Пример 2. Найти точечные оценки для выборки

хi
ni

Решение. Перейдем к новым переменным. Пусть c = 192 – «ложный нуль».

ui	– 6
ni

Вычислим выборочное среднее:

.

Пример 3. Автомат режет проволоку, проектная длина которой 5 см, а среднее квадратическое отклонение 0,3 см. Контролер производил выборочные измерения и получил следующие результаты: 51, 47, 48, 46, 54, 49, 47, 50, 53, 46, 46, 47, 48, 49, 52, 51, 48, 47, 49, 51, 45 (в мм). Учитывая, что длина отрезка – величина, распределенная по нормальному закону, найдите с надежностью 0,95 доверительный интервал для математического ожидания генеральной совокупности (нарезанной проволоки) и примите решение
о необходимости доналадки автомата.

Решение. Построим сгруппированный вариационный ряд.

хi
ni

Объем выборки n = 21. Найдем выборочное среднее х _в = 48,76. Среднее квадратическое отклонение известно: s = 3 мм. Из условия 2Ф(t) = 0,95 по таблице найдем t = 1,96. Тогда точность d вычислим по формуле . Получаем d = 1,28.

Строим доверительный интервал для математического ожидания с известным s = 3 мм:

48,76 – 1,28 < a < 48,76 + 1,28,

47,48 < а < 50,04.

Вообще говоря, в допустимые размеры от 47 мм до 53 мм данные выборки попадают, но, очевидно, следует отрегулировать автомат для большей точности.

Пример 4. Фирма «Бублик» заявляет, что вес их изделий равен 100 г. Петя решил проверить правдивость фирмы. Сколько бубликов ему нужно купить, чтобы с вероятностью 0,99 убедиться
в том, что истинный вес отклоняется от рекламируемого не более чем на 3 г? Учтите, что у Пети есть весы, систематическая ошибка взвешивания на которых равна нулю, а случайные ошибки подчинены нормальному закону со средним квадратическим отклонением 5 г.

Решение. Исследуемое отклонение истинного веса от рекламируемого 3 г – это точность d. Значение t находим по таблице из условия 2Ф(t) = 0,99. Получаем t = 2,54. Из формулы находим , то есть Пете нужно купить не менее 18 бубликов, чтобы определить истинный вес бубликов этой фирмы.

Пример 5. В пруду выращивается рыба. Когда рыба достигнет своего промышленного веса 750 г, можно объявлять массовый лов. Технолог рыбозавода произвел контрольное взвешивание и получил следующие результаты: 680, 695, 780, 657, 723, 745, 790, 715, 735, 689, 693, 727, 685, 758, 762, 742, 794, 652, 673, 763, 683, 789, 770, 670, 648, 784, 791, 621, 753, 698, 768, 675, 729, 762, 772, 657, 683, 758, 795, 760. Построив доверительный интервал, с надежностью 0,95 определите, следует ли разрешать массовый лов.

Решение. Так как величины достаточно плотно расположены на числовой шкале, построим интервальный ряд из 5 интервалов. Объем выборки – 40. Наименьшее значение – 621, наибольшее – 795. Размах выборки – 174. Длина интервала 174: 4 = 43,5, левая граница интервального ряда – 599,25.

хi; хi +1	599,25; 642,75	642,75; 686,25	686,25; 729,75	729,75; 773,25	773,25; 816,75
ni
		664,5		751,5

Используя данные интервального ряда, находим выборочное среднее х _в = 721,05 и исправленное среднее квадратическое отклонение S = 49,1.

Учитывая надежность g = 0,95 и объем выборки n = 40, находим t _g по таблице квантилей распределения Стьюдента: t _g = 2,023.

Строим доверительный интервал для математического ожидания нормально распределенной генеральной совокупности при неизвестном s:

или 705,33 < а < 736,77.

Пока лов рыбы начинать рано.

Пример 6. Произведено: а) 12; б) 6 измерений расстояния новым дальномером. Исправленное СКО S случайных ошибок измерения оказалось равным 0,6 м. Найти точность прибора с надежностью 0,99.

Решение. Точность прибора характеризуется средним квадратическим отклонением случайных ошибок измерения. А случайные ошибки любого измерения – нормально распределенная случайная величина. Поэтому необходимо найти доверительный интервал для СКО генеральной совокупности.

а) γ = 0,99, n = 12, по табл. П. 3 находим q (0,99; 12) = 0,9 < 1.

Тогда доверительный интервал находим по формуле

0,6(1 – 0,9) < σ < 0,6(1 + 0,9).

Окончательно получаем 0,06 м < σ < 1,14 м. Это и есть точность испытываемого дальномера.

б) γ = 0,99, n = 6, по табл. П. 3 находим q (0,99; 6) = 2,01 > 1.

Тогда доверительный интервал находим по формуле

0 < σ < 0,6(1 + 2,01).

Окончательно получаем 0 < σ < 1,806 м. Это и есть точность испытываемого дальномера.

На этом примере можно убедиться, что большее количество испытаний дает более точную оценку.

Дата добавления: 2014-12-29