Файл: Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 617

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Распределения вероятности и выборочная

статистика

103

2.35. Чему равна вероятность того, что нормированная

случай­

ная величина с нормальным распределением имеет значение в пре­ делах: а) от 0 до 1, б) от —2 до 0, в) от —3 до 3, г) от 0,5 до 0,52?

2.36. Докажите, что среднее значение нормированной величины с нормальным распределением равно 0, а ее дисперсия составляет 1. Какова вероятность того, что некоторая величина (описываемая нормированным нормальным распределением) в точности равна 1?

2.37.

При условии,

что Y — нормированная величина с нор­

мальным

распределением, найдите

а)

P {Y > 0,2},

 

б) Р { 0 , 2 < Г < 0 , 3 } ,

в)

Р { - 0, 4 < Y <

1,0},

г)

Р { Г > 2 } .

 

2.38.Интегрируя плотность распределения вероятности, пока­ жите, что дисперсия нормированной величины U с нормальным распределением равна 1.

2.39.Используя нормальную вероятностную бумагу, опреде­ лите, описываются ли следующие данные нормальным распре­ делением:

ЧЯ Р Т П Т Я Значение переменной,

5

6,00—6,19

18

6,20—6,29

42

6,30—6,39

27

6,40—6,49

86,50—6,59

2.40.Из 100 номеров телефонов, случайно выбранных из теле­ фонной книги, отбирались предпоследние цифры. Могут ли полу­ ченные 100 цифр иметь нормальное распределение?

2.41. Вычислите следующие вероятности для %2 с ѵ = 10:

а)

Р 2

<

Ю},

б)

Р 2

>

Ю},

в)

Р {5 <

X2 < 15},

г)

Р 2

= 3}.

2.42.Покажите, что дисперсия х 2 равна 2ѵ, где ѵ — число степеней свободы.

2.43.Постройте график Р {%2 ^ %%} = Р (ха), используя фор­ мулу (2.3.11), при V = 4.

2.44.Чтобы проиллюстрировать понятия, которые исполь­ зуются при исследовании распределения выборочного среднего значения, проведите следующий простой эксперимент. По урав­ нению

У = Ю ( l + ^ ) 2 ( l - ^ - ) , 0 < Х < 9

вычислите 40 значений случайной переменной Y по 40 значе­ ниям X. (В качестве значений X используйте средние цифры


104 Глава 2

телефонных номеров из телефонной книги, если нет таблицы

случайных чисел.)

Постройте график относительных частот Y

в зависимости от Y,

что даст распределение Y. Укажите положе­

ние выборочного среднего значения и проведите линии ординат,

отстоящие от него H a ± s y

, ±2sY и ± 3 s r . Затем разбейте имеющиеся

данные на 10 групп по 4 числа в каждой и найдите значение

Y

для каждой группы. Постройте график относительных частот

Y.

Используйте

интервалы

группировки,

такие, как от 5

до

5,5

и т. д.; на втором

чертеже проведите

линии, отстоящие

от сред­

него значения

на

àzSy/Уп, ±2sY/Yn

и

zt3sr /]A/z.

 

 

2.45. Ниже приведена некоторая выборка электроламп по

срокам службы:

 

 

 

 

 

 

 

 

Срок службы, ч

Число ламп

 

 

 

 

2000-2999

 

12

 

 

 

 

3000-3999

 

64

 

 

 

 

4000-4999

 

35

 

 

 

 

5000—5999

 

14

 

 

Вычислите выборочный средний срок службы для этой партии. 2.46. Определите выборочное среднее значение, дисперсию и стандартное отклонение для следующих экспериментальных

данных:

а) Фоновый счет перед регистрацией радиоактивного образца; каждое число отсчетов получено за 2 мин:

12, 15, 10, 18, 14.

б) Счет, зарегистрированный в присутствии радиоактивного образца; каждое число отсчетов получено за 2 мин:

95, 92, 103, 89, 88, 95, 90, 93, 89, 102.

2.47. С некоторой партией желудей было проведено восемь пар измерений с целью определения содержания в них волокна. Результаты этих измерений приведены ниже:

День анализа

Дерево А, %

Дерево В, %

Разность, %

1

37

37

0

2

35

38

3

3

43

36

—7

4

34

47

13

5

36

48

12

6

48

57

9

7 ~

33

28

—5

8

33

42

9

Сначала'проанализируйте эти данные как 16 не разбитых на пары измерений и найдите дисперсию выборки из 16 элементов. Затем учтите тот факт, что измерения проводились попарно, и снова вычислите выборочную дисперсию. Какая из дисперсий меньше?


Распределения

вероятности и выборочная

статистика

105

2.48. Новым методом был получен фтор-органический

твердый

раствор, обладающий высокой эффективностью и малым разре­

шающим временем

и поэтому

пригодный для

использования

в сцинтилляционных

счетчиках

для регистрации

частиц. Хотя

рецепт получения довольно прост, опыт показал, что успех являет­ ся не столько результатом выполнения правильных действий,,

сколько

следствием

того, что

не

совершаются

 

ошибочные.

В табл. 3.2.48 приведены данные

об относительной

чувствитель­

ности различных образцов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2.48

 

Относитель­

 

 

 

Состав

 

 

 

Кодовый

Число

 

 

 

 

 

 

ная чувстви­

Хі,

 

 

 

Хз,

г(стеарат

номер

выборок

г

 

 

тельность

Х2, г (TPBD)

 

 

(терфенил)

 

цинка)

53

29,4

2

207

25

 

 

8,3

54

26,9

3

212

25

 

 

7,9

55

26,3

5

220

25

 

 

7,2

57

21,2

2

210

25

 

 

8,0

59

26,3

2

205

25

 

 

7,7

60

23,1

3

213

25

 

 

8,2

61

26,8

3

200

25

 

 

7,8

63

25,4

2

217

25

 

 

7,8

а)

Определите для каждой случайной величины X

следующие

характеристики: 1) выборочное среднее значение Xt,

2) выбороч­

ную

дисперсию

Xt,

3)

выборочное

стандартное отклонение

Xt.

б)

Найдите

для

переменной

Z = Х^ + Xz

+ Х3:

1)

саму

величину Z, 2) оценку среднего значения Z, 3) оценку диспер­

сии Z, 4) оценку стандартного

отклонения

Z.

 

 

 

 

2.49. При Р = 0,99

найдите

значения t для:

 

 

 

 

а)

симметричного

интервала

относительно

t =

0

(два

хвоста

распределения) ;

 

 

 

 

 

 

от — о о до t.

 

 

 

 

б)

одностороннего

интервала

 

 

 

 

2.50. Чему

равно:

 

 

(ѵ — число

 

 

 

 

 

 

а)

P {t ^

3}

для

V =

4

степеней

свободы)?

 

б)

і > { | ( | < 2 } для V =

30?

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

P {t =

5}

для

V =

4?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г)

P {t >

6,2053}

для

V =

2?

 

 

 

 

 

 

 

 

2.51. Чему

равно

t„

для

ѵ =

5 и

Р { « ^ ^ }

=

0,10?

 

 

2.52. При условии,

что P {F >

F^} = 0,05,

вычислите F^ для

распределения

отношения

дисперсий с v t = v 2

= 5 и для v t

= 3r -

-a ѵ 2 = 10.

2.53.

Чему

равна вероятность P {F ^ F*}, если

= 7,

Vi = 6

и ѵ 2 =

5?

 


106

Глава 2

2.54. Закон Дальтона для бинарной системы имеет вид

Y A — P T -

При давлении в 3 кгс/см2 выразите среднее значение и дисперсию случайной величины YА, молярной концентрации, через среднее значение и дисперсию случайной переменной РЛ, парциального давления. Давление рт не является случайной величиной.

2.55. Кривая насыщения (влажности) может быть рассчитана по соотношению

 

 

Я

Pc

 

 

 

 

 

s = n

Р~»

 

 

 

где Hs

— молярная

влажность

при насыщении; Ps — давление

водяного пара; рт — полное давление,

которое не является слу­

чайной

величиной.

 

 

 

 

 

Найдите среднее значение и дисперсию Hs

по среднему

значе­

нию и

дисперсии

Ps.

 

карты

для пара)

эквива­

2.56. Метод Кокса (изобарические

лентен представлению давления пара некоторого вещества по следующей формуле:

In Р* = а—Y—AV

где а и Ъ — постоянные. Выразите среднее значение и дисперсию

Р*

через среднее

значение

и дисперсию Т. Чему равны % {Р*}

и

Var {Р*}, если

% {Т} =

100 °С,

Ѵаг {Т} = 1 (°С)2 ,

а = 9,80

и

b = 2800 К?

 

 

 

 

 

2.57. Найдите

среднее

значение

(математическое

ожидание)

и дисперсию зависимой переменной по среднему значению и дис­

персии

независимых

переменных для следующих

выражений:

где

а) к = к0

(1 +

аТ),

 

 

случайная величина,

Т —

к — удельная

теплопроводность,

температура, случайная

величина;

 

 

 

 

б) к = ай

+ aj + а2Т2;

 

 

 

 

 

в)

к = ко ( %2

) (ш)

' ;

 

 

 

 

г)

q =

UAAT,

 

 

 

 

 

 

 

где

А — площадь,

равная

некоторой

постоянной,

U ж AT —

случайные

величины.

 

 

 

 

 

 

2.58. Полный поток газа в установку каталитического

кре­

кинга,

равный 650

м3 /мин,

состоит

из следующих

компонент:


Распределения

вероятности

и выборочная

статистика

107

ц, мз/мин

Поток

 

Дисперсия с2

 

100

Свежего газа

 

250

 

350

Рециркулируемого

газа

500

 

170

Инертного

газа

уст-

150

 

30

В анализирующее

10

 

650

ройство

 

 

 

 

 

 

 

Оценки дисперсии приведены

в соответствующих единицах.

а)

Вычислите стандартное

отклонение

для

каждого

потока.

б)

Найдите верхний и нижний пределы

для

каждого

потока

в м3 /мин, исходя из 95%-ных доверительных пределов для нор­ мальной величины (ц. db 1,96а).

в) Сложите все верхние пределы; сложите все нижние пре­ делы; сравните разницу в этих случаях с соответствующими пре­

делами цх

± 1,96о" для

полного

потока в 650 м3 /мин. Какой из

расчетов

дает лучшую

оценку

дисперсии

потока?

2.59. Такой же реактор, как

в задаче 2.58, имеет отводной

поток (байпас), величина

которого составляет

10% от 650 м3 /мин.

Стандартные отклонения потоков на входе и выходе составляли

5% от величин

потоков,

а величина отводного потока не замеря­

лась. Определите 95%-ные доверительные пределы (u. ± 1,96о")

для > отводного

потока

в м3 /мин. См. схему.

 

 

Отвод: 65яіг/лшн

Вход:

 

 

650лі3/мии

 

Выход-- S8Sja3/JKUH

 

 

2.60. В лаборатории

измерялись перепады давления, как

показано на приводимой схеме. Перепад давления в трубе был оценен в 0,1 кгс/см2 . Стандартные отклонения (вычисленные сту­ дентом) оказались равными: 5 мм рт. ст. в устье (на входном участке), 5 мм вод. ст. в вентиле, 0,0035 кгс/см2 в трубе. Оцените точность измерения полного (труба с входным участком и венти­

лем) перепада давления.

Будет ли ответ в процентах зависеть

от используемой системы

единиц?

Устье

Вентиль

лр =270мм рт. ст.

др =250мм рт. ст.