Математическое ожидание и дисперсия случайной величины
5. Дисперсия и стандартное отклонение
Теория
Речь идёт о теории вероятностей, где случайные величины играют важную роль. Они имеют возможность принимать разные значения, и нам нужно уметь описывать их среднее значение и рассеивание.
 
При анализе описательной статистики мы обсуждали понятия среднего арифметического и дисперсии числовых наборов. Дисперсия числового ряда показывает разброс данных. Если дисперсия меньше, то, значит, разброс значений тоже меньше. В то же время, чем больше дисперсия, тем больше разброс значений.
 
Для описания среднего значения случайной величины применяется математическое ожидание. А для описания рассеивания чаще всего используется дисперсия случайной величины.
 
Обозначают дисперсию случайной величины \(D(X)\) или \(DX\).
Дисперсией случайной величины \(X\) называется математическое ожидание случайной величины (X−EX)2: DX=E((X−EX)2).
Дисперсия случайной величины равна среднему квадрату отклонения этой случайной величины от своего среднего.
Очевидно, что DX≥0. Чем меньше дисперсия, тем более кучно значения случайной величины группируются около математического ожидания \(EX\).
 
Если же DX=0, то случайная величина \(X\) принимает единственное значение. В таком случае говорят, что случайная величина постоянна.
 
Найдём дисперсию случайной величины \(X\) «число очков при однократном броске кубика». Нам известно, что EX=3,5. Построим распределение случайной величины X−EX.
 
Значение
\(-2,5\)
\(-1,5\)
\(-0,5\)
\(0,5\)
\(1,5\)
\(2,5\)
Вероятность
16
16
16
16
16
16
 
Тогда DX=16((−2,5)2+(−1,5)2+(−0,5)2+0,52+1,52+2,52)≈2,917.
 
Отметим особенность дисперсии: она измеряется не в тех единицах, что сама случайная величина. Если случайная величина измеряется в метрах, то дисперсия — в метрах квадратных и т. д. Это часто бывает неудобно.
 
Поэтому используют стандартное отклонение случайной величины, для того чтобы рассеивание выразить в тех же единицах, в каких выражается случайная величина.
Стандартным отклонением случайной величины \(X\) называется квадратный корень из дисперсии DX=E(X−EX)2.