Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Further Probability & Statistics · ⁨احتمالات وإحصاء متقدم⁩

A-Level Further Mathematics · ⁨A-Level رياضيات متقدمة⁩ · Topic 4 · ⁨الموضوع 4⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
8:08

احتمالات وإحصاء متقدم

دبلن، عام ألف وتسعمائة وثمان. داخل مصفاة Guinness، كيميائي شاب اسمه ويليام غوسيت يواجه مشكلة عملية للغاية. يمكنه اختبار عدد قليل فقط من دفعات…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

English

This handout covers Topic 4: Further Probability & Statistics 进阶概率统计. It adds continuous distributions, small-sample inference, the chi-squared and non-parametric tests, and probability generating functions.

العربية

يتناول هذا الملف الموضوع 4: احتمالات وإحصاء متقدمة. يضيف التوزيعات المستمرة، الاستدلال بعينات صغيرة، اختبارات تشي-مربع والاختبارات اللامعلمية، ودوال توليد الاحتمالات.

4.1

Continuous random variables · ⁨متغيرات عشوائية مستمرة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
use a probability density function which may be defined piecewise
use the general result $\text{E}(g(X)) = \int f(x)g(x) \, \mathrm{d}x$ where $f(x)$ is the probability density function of the continuous random variable $X$ and $g(X)$ is a function of $X$
understand and use the relationship between the probability density function (PDF) and the cumulative distribution function (CDF), and use either to evaluate probabilities or percentiles
use cumulative distribution functions (CDFs) of related variables in simple cases. e.g. given the CDF of a variable $X$, find the CDF of a related variable $Y$, and hence its PDF, e.g. where $Y = X^3$.
العربية
يجب أن يكون المرشحون قادرين على: ملاحظات وأمثلة
استخدم دالة كثافة الاحتمال التي قد تكون معرفة بشكل مجزأ
استخدم النتيجة العامة $\text{E}(g(X)) = \int f(x)g(x) \, \mathrm{d}x$ حيث $f(x)$ هي دالة كثافة الاحتمال للمتغير العشوائي المستمر $X$ و$g(X)$ هي دالة لـ $X$
افهم واستخدم العلاقة بين دالة كثافة الاحتمال (PDF) ودالة التوزيع التراكمي (CDF)، واستخدم أحدهما لتقييم احتمالات أو百分يلات
استخدم دوال التوزيع التراكمي (CDFs) للمتغيرات ذات الصلة في حالات بسيطة. مثال: معطى CDF لمتغير $X$، أوجد CDF لمتغير مرتبط $Y$، ومنه PDF له، مثال: عندما $Y = X^3$.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

A continuous variable $X$ is described by a probability density function 概率密度函数 $f(x)$, which may be defined piecewise. The probability over a range is the area under $f$, and the mean of any function of $X$ is

$$E(g(X)) = \int g(x)\,f(x)\,dx.$$

The cumulative distribution function 累积分布函数 $F(x) = P(X \leqslant x)$ is the running total: $F(x) = \displaystyle\int_{-\infty}^{x} f(t)\,dt$, and $f(x) = F'(x)$. Use $F$ to find probabilities and percentiles 百分位数 (for example, the median 中位数 solves $F(x) = 0.5$).

Worked example. A variable has $f(x) = \tfrac12 x$ for $0 \leqslant x \leqslant 2$. Find the median.

The cumulative distribution function is $F(x) = \displaystyle\int_0^x \tfrac12 t\,dt = \tfrac14 x^2$. Set $F(m) = 0.5$:

$$\tfrac14 m^2 = 0.5 \;\Rightarrow\; m^2 = 2 \;\Rightarrow\; m = \sqrt{2} = 1.41.$$

The distribution of a related variable. If $Y=g(X)$, find $Y$'s distribution through its cumulative function. For $Y=X^2$: $F_Y(y)=P(X^2\leqslant y)=P(-\sqrt y\leqslant X\leqslant\sqrt y)=F_X(\sqrt y)-F_X(-\sqrt y)$, then differentiate for $f_Y=F_Y'$. When $g$ is monotonic increasing there is a shortcut, $F_Y(y)=F_X\big(g^{-1}(y)\big)$.

Worked example. With $f_X(x)=\tfrac12 x$ on $[0,2]$ (so $F_X(x)=\tfrac14 x^2$), let $Y=X^2$. For $0\leqslant y\leqslant 4$, $F_Y(y)=F_X(\sqrt y)=\tfrac14 y$, so $f_Y(y)=F_Y'(y)=\tfrac14$ – that is, $Y$ is uniform on $[0,4]$.

العربية

متغير مستمر $X$ يُوصف بـ دالة كثافة احتمال $f(x)$، قد تكون معرفة جزئياً. احتمال وجوده في نطاق هو المساحة تحت $f$، ومتوسط أي دالة من $X$ هو

$$E(g(X)) = \int g(x)\,f(x)\,dx.$$

كثافة مع مساحة يسار الوسيط مظللة كنصف
يقع الوسيط حيث مساحة ما تحت $f(x)$ يساره تساوي بالضبط $0.5$.

دالة التوزيع التراكمي $F(x) = P(X \leqslant x)$ هي المجموع المتراكم: $F(x) = \displaystyle\int_{-\infty}^{x} f(t)\,dt$، و$f(x) = F'(x)$. استخدم $F$ لإيجاد الاحتمالات والنسب المئوية (على سبيل المثال، الوسيط يحل $F(x) = 0.5$).

منحنى تراكمي صاعد من 0 إلى 1 مع قراءة الوسيط عند الارتفاع 0.5
الرسم البياني التراكمي $F(x)$ يرتفع من $0$ إلى $1$؛ الارتفاع $0.5$ يُستوفى عند الوسيط.

مثال محلول. متغير له $f(x) = \tfrac12 x$ لـ $0 \leqslant x \leqslant 2$. أوجد الوسيط.

دالة التوزيع التراكمي هي $F(x) = \displaystyle\int_0^x \tfrac12 t\,dt = \tfrac14 x^2$. ضع $F(m) = 0.5$:

$$\tfrac14 m^2 = 0.5 \;\Rightarrow\; m^2 = 2 \;\Rightarrow\; m = \sqrt{2} = 1.41.$$

توزيع متغير مرتبط. إذا $Y=g(X)$، أوجد توزيع $Y$ عبر دالة التوزيع التراكمي. لـ $Y=X^2$: $F_Y(y)=P(X^2\leqslant y)=P(-\sqrt y\leqslant X\leqslant\sqrt y)=F_X(\sqrt y)-F_X(-\sqrt y)$، ثم اشتق لإيجاد $f_Y=F_Y'$. عندما يكون $g$ متزايداً بشكل رتيب، هناك طريقة مختصرة، $F_Y(y)=F_X\big(g^{-1}(y)\big)$.

مثال محلول. مع $f_X(x)=\tfrac12 x$ على $[0,2]$ (أي $F_X(x)=\tfrac14 x^2$)، ليكن $Y=X^2$. لـ $0\leqslant y\leqslant 4$، $F_Y(y)=F_X(\sqrt y)=\tfrac14 y$، إذن $f_Y(y)=F_Y'(y)=\tfrac14$ – أي أن $Y$ موزعة بانتظام على $[0,4]$.

Explore · ⁨استكشف⁩

Continuous random variables · ⁨المتغيرات العشوائية المستمرة⁩

P(a < X < b) = ∫ f(x) dx

For a continuous variable, probability is the area under the density curve. · ⁨بالنسبة لمتغير مستمر، الاحتمالية هي المساحة تحت منحنى الكثافة.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
probability density function/ˌprɒbəˈbɪlɪti ˈdensɪti ˈfʌŋkʃn/ دالة كثافة الاحتمال
cumulative distribution function/ˈkjuːmjʊlətɪv ˌdɪstrɪˈbjuːʃn ˈfʌŋkʃn/ دالة التوزيع التراكمي
percentiles/pəˈsentaɪlz/ المئويات
median/ˈmiːdiːən/ الوسيط
hypothesis test/haɪˈpɒθəsɪs test/ اختبار فرضية
confidence interval/ˈkɒnfɪdəns ˈɪntəvl/ فترة ثقة
pooled estimate/puːld ˈestɪmət/ التقدير المشترك
chi-squared test/kaɪ skweəd test/ اختبار كاي-تربيع
theoretical distribution/θɪəˈretɪkl ˌdɪstrɪˈbjuːʃn/ التوزيع النظري
degrees of freedom/dɪˈɡriːz ɒv ˈfriːdəm/ درجات الحرية
goodness of fit/ˈɡʊdnəs ɒv fɪt/ مدى الملاءمة
independence/ˌɪndɪˈpendəns/ الاستقلال
contingency table/kənˈtɪndʒənsi ˈteɪbl/ جدول الطوارئ
non-parametric test/nɒn ˌpærəˈmetrɪk test/ اختبار لا معياري
4.2

Inference using normal and t-distributions · ⁨الاستدلال باستخدام التوزيع الطبيعي وتوزيع t⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
formulate hypotheses and apply a hypothesis test concerning the population mean using a small sample drawn from a normal population of unknown variance, using a t-test
calculate a pooled estimate of a population variance from two samples Calculations based on either raw or summarised data may be required.
formulate hypotheses concerning the difference of population means, and apply, as appropriate: - a 2-sample t-test - a paired sample t-test - a test using a normal distribution The ability to select the test appropriate to the circumstances of a problem is expected.
determine a confidence interval for a population mean, based on a small sample from a normal population with unknown variance, using a t-distribution
determine a confidence interval for a difference of population means, using a t-distribution or a normal distribution, as appropriate.
العربية
يجب أن يكون المرشحون قادرين على: ملاحظات وأمثلة
صياغة فرضيات وتطبيق اختبار فرضية يتعلق بمتوسط المجتمع باستخدام عينة صغيرة مستخرجة من مجتمع طبيعي ذات تباين غير معروف، باستخدام اختبار t
حساب تقدير مجمّع لتباين المجتمع من عينةتين قد تكون الحسابات مبنية على بيانات خام أو ملخصة مطلوبة.
صياغة فرضيات حول فرق متوسطات المجموعات السكانية، وتطبيق ما يناسب: - اختبار t لعينة واحدة 2 - اختبار t لعينات مترابطة - اختبار يستخدم توزيعاً طبيعياً يُتوقع القدرة على اختيار الاختبار المناسب لظروف المسألة.
تحديد فترة ثقة لمتوسط مجتمع، بناءً على عينة صغيرة من مجتمع طبيعي ذات تباين غير معروف، باستخدام توزيع t
تحديد فترة ثقة لفارق متوسطات المجتمعات، باستخدام توزيع t أو توزيع طبيعي، حسب المناسبة.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

When a sample is small and the population variance is unknown, base your hypothesis test 假设检验 on the $t$-distribution instead of the normal. The same idea gives a confidence interval 置信区间 for the mean:

$$\bar{x} \pm t\,\frac{s}{\sqrt{n}},$$
where $t$ comes from the $t$-tables with $n - 1$ degrees of freedom. To compare two populations, use a two-sample (2-sample) or paired-sample $t$-test, after finding a pooled estimate 合并估计 of the shared variance when appropriate.

Worked example. A sample of $n = 10$ has mean $\bar{x} = 50$ and standard deviation $s = 4$. Find a $95\%$ confidence interval for the mean (use $t = 2.262$ for $9$ degrees of freedom).

$$50 \pm 2.262\times\frac{4}{\sqrt{10}} = 50 \pm 2.86 \;\Rightarrow\; (47.1,\ 52.9).$$

العربية
لوحة غالتون مع كرات مكدسة على شكل جرس
لوحة غالتون: كرات تسقط عبر دبابيس وتتكدس لتشكل التوزيع الطبيعي على شكل جرس.

عندما تكون العينة صغيرة وتكون تباين المجتمع غير معروف، استند إلى اختبار الفرضيات الخاص بك على توزيع $t$ بدلاً من الطبيعي. نفس الفكرة تعطي فترة ثقة للمتوسط:

$$\bar{x} \pm t\,\frac{s}{\sqrt{n}},$$
حيث $t$ مأخوذ من جداول $t$ مع $n - 1$ درجة حرية. لمقارنة مجتمعين، استخدم اختبار $t$ ثنائي العينة (2-sample) أو عينة مزدوجة، بعد إيجاد تقدير مشترك للتباين المشترك عند الحاجة.

منحنى توزيع t أقل وعريض من الطبيعي القياسي
لعينة صغيرة، توزيع $t$ أكثر تسطحاً وذيل أثقل، لذا قيمه الحرجة أكبر.

مثال محلول. عينة من $n = 10$ لها متوسط $\bar{x} = 50$ والانحراف المعياري $s = 4$. أوجد فترة ثقة $95\%$ للمتوسط (استخدم $t = 2.262$ لـ $9$ درجات حرية).

$$50 \pm 2.262\times\frac{4}{\sqrt{10}} = 50 \pm 2.86 \;\Rightarrow\; (47.1,\ 52.9).$$

Explore · ⁨استكشف⁩

Why small samples need t instead of z · ⁨لماذا تتطلب العينات الصغيرة t بدلاً من z⁩

With $\sigma$ unknown you use $t$, and $t$ has heavier tails than the normal (drawn dashed behind it) — so its critical values are larger and the interval is wider. At the worked example's $9$ degrees of freedom the widget reads $t^* = 2.262$, exactly the table value used above. Sweep df up and $t$ collapses onto the normal. · ⁨مع $\sigma$ غير معروف نستخدم $t$، ولدي $t$ ذيول أثقل من التوزيع الطبيعي (مرسوم بخط متقطع خلفه) — لذا فإن قيمها الحرجة أكبر والفاصل أوسع. عند $9$ درجة حرية في المثال المحلول يقرأ الويدجت $t^* = 2.262$، وهي تماماً القيمة الجدولية المستخدمة أعلاه. اسحب df لأعلى وينهار $t$ فوق التوزيع الطبيعي.⁩

Explore · ⁨استكشف⁩

The normal distribution · ⁨التوزيع الطبيعي⁩

Shade a tail to find a probability — the basis of confidence intervals and hypothesis tests. · ⁨ظلل الذيل لإيجاد احتمال — وهو أساس فترات الثقة واختبارات الفرضيات.⁩

4.3

Chi-squared tests · ⁨اختبارات تشي-مربع⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
fit a theoretical distribution, as prescribed by a given hypothesis, to given data Questions will not involve lengthy calculations.
use a $\chi^2$-test, with the appropriate number of degrees of freedom, to carry out the corresponding goodness of fit analysis Classes should be combined so that each expected frequency is at least 5.
use a $\chi^2$-test, with the appropriate number of degrees of freedom, for independence in a contingency table. Yates’ correction is not required. Where appropriate, either rows or columns should be combined so that the expected frequency in each cell is at least 5.
العربية
يجب أن يكون المرشحون قادرين على: ملاحظات وأمثلة
ملاءمة توزيع نظري، كما هو منصوص عليه بفرضية معينة، لبيانات معطاة لن تتضمن الأسئلة حسابات مطولة.
استخدام اختبار $\chi^2$، مع العدد المناسب من درجات الحرية، لإجراء تحليل ملاءمة التوزيع يجب دمج الفئات بحيث يكون التردد المتوقع لكل فئة على الأقل 5.
استخدام اختبار $\chi^2$، مع العدد المناسب من درجات الحرية، للاختبار الاستقلالية في جدول الطوارئ. لا يلزم تصحيح يتس. حيثما كان ذلك مناسباً، يجب دمج الصفوف أو الأعمدة بحيث يكون التردد المتوقع في كل خلية على الأقل 5.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

A $\chi^2$-test (chi-squared test 卡方检验) compares observed counts $O$ with expected counts $E$ from a theoretical distribution 理论分布:

$$\chi^2 = \sum \frac{(O - E)^2}{E}.$$
Compare this with a table value for the right number of degrees of freedom 自由度. Two uses: a goodness of fit 拟合优度 test (does the data follow the proposed model?), and a test for independence 独立性 of two variables in a contingency table 列联表.

Worked example. Four equally likely categories give observed counts $20, 30, 25, 25$ (so each expected count is $25$). Test the fit at the $5\%$ level.

$$\chi^2 = \frac{(20-25)^2 + (30-25)^2 + 0 + 0}{25} = \frac{25 + 25}{25} = 2.$$
With $4 - 1 = 3$ degrees of freedom the table value is $7.815$. Since $2 < 7.815$, do not reject the model.

العربية

اختبار $\chi^2$ (اختبار تشي-مربع) يقارن عدداً مشاهدًا $O$ مع عدداً متوقعًا $E$ من توزيع نظري:

$$\chi^2 = \sum \frac{(O - E)^2}{E}.$$
قارن هذه القيمة بقيمة الجدول لعدد صحيح من درجات الحرية. استخدامان: اختبار جودة المطابقة (هل تتبع البيانات النموذج المقترح؟)، واختبار الاستقلال لمتغيرين في جدول تكرارات.

منحنى تشي-مربع منحرف لليمين مع ذيله العلوي 5% مظلل beyond القيمة الحرجة
يرفض الاختبار النموذج عندما يتجاوز $\chi^2$ القيمة الحرجة، مما يضعه في الذيل المظلل $5\%$.

مثال محلول. أربعة فئات متساوية الاحتمال تعطي عدداً مشاهداً $20, 30, 25, 25$ (إذن كل عدد متوقع هو $25$). اختبر المطابقة عند مستوى $5\%$.

$$\chi^2 = \frac{(20-25)^2 + (30-25)^2 + 0 + 0}{25} = \frac{25 + 25}{25} = 2.$$
مع $4 - 1 = 3$ درجة حرية، القيمة الجدولية هي $7.815$. بما أن $2 < 7.815$، لا نرفض النموذج.

Explore · ⁨استكشف⁩

The chi-squared distribution and its 5% tail · ⁨توزيع كاي-مربع وذيله بنسبة 5%⁩

The worked example on this page gives $\chi^2 = 2$ with $3$ degrees of freedom against a table value of $7.815$ — the widget reproduces both. Drag df to see why the critical value changes with the number of categories. · ⁨يعطي المثال المحلول في هذه الصفحة $\chi^2 = 2$ بدرجة حرية $3$ مقابل قيمة جدول $7.815$ — يعيد الويدجت كلاهما. اسحب df لترى لماذا تتغير القيمة الحرجة مع عدد الفئات.⁩

Explore · ⁨استكشف⁩

Chi-squared test route · ⁨مسار اختبار Chi-squared⁩

Follow observed and expected counts to a test decision. · ⁨اتبع counts المرصودة والمتوقعة للوصول إلى قرار الاختبار.⁩

4.4

Non-parametric tests · ⁨الاختبارات اللامعلمية⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
understand the idea of a non-parametric test and appreciate situations in which such a test might be useful e.g. when sampling from a population which cannot be assumed to be normally distributed.
understand the basis of the sign test, the Wilcoxon signed-rank test and the Wilcoxon rank-sum test Including knowledge that Wilcoxon tests are valid only for symmetrical distributions.
use a single-sample sign test and a single-sample Wilcoxon signed-rank test to test a hypothesis concerning a population median Including the use of normal approximations where appropriate. Questions will not involve tied ranks or observations equal to the population median value being tested.
use a paired-sample sign test, a Wilcoxon matched-pairs signed-rank test and a Wilcoxon rank-sum test, as appropriate, to test for identity of populations. Including the use of normal approximations where appropriate. Questions will not involve tied ranks or zero‑difference pairs.
العربية
يجب أن يكون المرشحون قادرين على: ملاحظات وأمثلة
فهم مفهوم الاختبار غير البارامتري وإدراك المواقف التي قد يكون فيها مثل هذا الاختبار مفيداً مثلاً عند أخذ عينة من مجتمع لا يمكن افتراض أنه يتبع التوزيع الطبيعي.
فهم أساس اختبار الإشارة، واختبار رتب ويلكوكسون المزدوجة الإشارية واختبار مجموع رتب ويلكوكسون بما في ذلك معرفة أن اختبارات ويلكوكسون صالحة فقط للتوزيعات المتماثلة.
استخدام اختبار إشارة العينة الواحدة واختبار رتب ويلكوكسون المزدوجة الإشارية للعينة الواحدة لاختبار فرضية تتعلق بـ الوسيط للمجتمع بما في ذلك استخدام التقديرات الطبيعية حيثما كان ذلك مناسباً. لن تتضمن الأسئلة رتباً متساوية أو مشاهدات مساوية لقيمة وسيط المجتمع المختبر.
استخدام اختبار إشارة العينتين المرتبطتين، واختبار رتب ويلكوكسون المزدوجة الإشارية للعينات المرتبطة، واختبار مجموع رتب ويلكوكسون، حسب الاقتضاء، لاختبار تطابق المجتمعات. بما في ذلك استخدام التقديرات الطبيعية حيثما كان ذلك مناسباً. لن تتضمن الأسئلة رتباً متساوية أو أزواج ذات فرق صفري.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

A non-parametric test 非参数检验 makes no assumption that the data is normal, so it is useful when that assumption fails. The basic ones are:

  • the sign test 符号检验: count how many values fall above and below a proposed median, and test those counts with a binomial model;
  • the Wilcoxon signed-rank test 威尔科克森符号秩检验 (the matched-pairs test for paired data), which also uses the sizes of the differences, not just their signs;
  • the Wilcoxon rank-sum test 威尔科克森秩和检验, for comparing two separate samples.

Worked example. Test whether a median is $5$. In a sample of $10$ values (none equal to $5$), $9$ lie above $5$ and $1$ lies below. Test at the $5\%$ level (two-tailed).

Under $H_0$ (median $= 5$) the number above follows $B(10, 0.5)$. The observed result ($9$ above) is extreme, so find $P(X \geq 9) = \binom{10}{9}(0.5)^{10} + (0.5)^{10} = \dfrac{11}{1024} = 0.0107$. For a two-tailed test compare with $\tfrac{1}{2}(5\%) = 0.025$. Since $0.0107 < 0.025$, reject $H_0$: there is evidence the median is not $5$.

العربية

الـاختبار غير البارامترية لا يفترض أن البيانات تتبع التوزيع الطبيعي، لذا فهي مفيدة عندما تفشل هذا الافتراض. الأساسية منها:

  • اختبار الإشارة: احسب كم عدد القيم التي تقع فوق وتحت الوسيط المقترح، ثم اختبر تلك العدادات باستخدام نموذج ثنائي الحد؛
  • اختبار رتبWilcoxon الموقعة (اختبار الأزواج المتطابقة للبيانات المترابطة)، والذي يستخدم أيضًا أحجام الفروقات، ليس فقط إشاراتها؛
  • اختبار مجموع رتب Wilcoxon، لمقارنة عينتين منفصلتين.
خط الأعداد مع وسيط متقطع: ثلاث نقاط أسفله مُعلمة بعلامة سالب وأربع نقاط أعلاه مُعلمة بعلامة زائد
يُعد اختبار الإشارة كم عدد القيم التي تقع فوق وتحت الوسيط المقترح، ثم يختبر تلك العدادات باستخدام نموذج ثنائي الحد

مثال محلول. اختبر ما إذا كان الوسيط يساوي $5$. في عينة من $10$ قيمة (لا تساوي $5$)، تقع $9$ أعلى $5$ وتقع $1$ أسفلها. اختبر عند مستوى $5\%$ (ذات الذيلين).

تحت $H_0$ (الوسيط $= 5$) يتبع العدد الذي يقع أعلى $B(10, 0.5)$. النتيجة المرصودة ($9$ أعلى) متطرفة، لذا أوجد $P(X \geq 9) = \binom{10}{9}(0.5)^{10} + (0.5)^{10} = \dfrac{11}{1024} = 0.0107$. لاختبار ذات الذيلين قارن مع $\tfrac{1}{2}(5\%) = 0.025$. بما أن $0.0107 < 0.025$، افرض $H_0$: هناك دليل على أن الوسيط لا يساوي $5$.

Explore · ⁨استكشف⁩

Non-parametric test chooser · ⁨مختار الاختبارات غير المعلمية⁩

Choose the rank-based test that matches the data situation. · ⁨اختر الاختبار القائم على الرتب الذي يطابق وضع البيانات.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
sign test/saɪn test/ اختبار الإشارة
Wilcoxon signed-rank test/ˈwɪlkɒksn saɪnd ræŋk test/ اختبار رتب ويلكوكسون المزدوجة الإشارة
Wilcoxon rank-sum test/ˈwɪlkɒksn ræŋk sʌm test/ اختبار مجموع رتب ويلكوxon
probability generating function/ˌprɒbəˈbɪlɪti ˈdʒenəreɪtɪŋ ˈfʌŋkʃn/ دالة توليد الاحتمالات
Further Probability & Statistics/ˈfɜːðə ˌprɒbəˈbɪlɪti ænd stəˈtɪstɪks/ احتمالات وإحصاء متقدم
4.5

Probability generating functions · ⁨دوال توليد الاحتمالات⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Candidates should be able to: Notes and examples
understand the concept of a probability generating function (PGF) and construct and use the PGF for given distributions Including the discrete uniform, binomial, geometric and Poisson distributions.
use formulae for the mean and variance of a discrete random variable in terms of its PGF, and use these formulae to calculate the mean and variance of a given probability distribution
use the result that the PGF of the sum of independent random variables is the product of the PGFs of those random variables.
العربية
يجب أن يكون المرشحون قادرين على: ملاحظات وأمثلة
فهم مفهوم دالة توليد الاحتمالات (PGF) وبناء واستخدام PGF للتوزيعات المعطاة بما في ذلك التوزيع المنتظم المنفصل، والتوزيع الثنائي، والتوزيع الهندسي، وتوزيع بواسون.
استخدام الصيغ للمتوسط والتباين للمتغير العشوائي المنفصل بدلالة PGF الخاصة به، واستخدام هذه الصيغ لحساب المتوسط والتباين لتوزيع احتمالي معين
استخدام النتيجة القائلة بأن PGF لمجموع متغيرات عشوائية مستقلة هو حاصل ضرب PGFs لهذه المتغيرات.

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

The probability generating function 概率母函数 of a discrete variable $X$ is

$$G(t) = E(t^X) = \sum_x P(X = x)\,t^x.$$
It packs the whole distribution into one function. The mean and variance come from its derivatives at $t = 1$: $E(X) = G'(1)$ and $\mathrm{Var}(X) = G''(1) + G'(1) - \big(G'(1)\big)^2$. Also, the PGF of a sum of independent variables is the product of their PGFs.

Worked example. $X$ has $P(X=0) = 0.5$, $P(X=1) = 0.3$, $P(X=2) = 0.2$. Find $E(X)$ using the PGF.

Here $G(t) = 0.5 + 0.3t + 0.2t^2$, so $G'(t) = 0.3 + 0.4t$ and

$$E(X) = G'(1) = 0.3 + 0.4 = 0.7.$$

العربية
مجموعة متنوعة من نرد متعددة السطوح
النرد: نقطة انطلاق للاحتمالات والمتغيرات العشوائية المتقطعة.

دالة توليد الاحتمالات للمتغير المتقطع $X$ هي

$$G(t) = E(t^X) = \sum_x P(X = x)\,t^x.$$
إنها تدمج التوزيع بأكمله في دالة واحدة. يأتي المتوسط والتباين من مشتقاتها عند $t = 1$: $E(X) = G'(1)$ و$\mathrm{Var}(X) = G''(1) + G'(1) - \big(G'(1)\big)^2$. أيضًا، دالة PGF لمجموع متغيرات مستقلة هي حاصل ضرب دوال PGF الخاصة بها.

مثال محلول. يمتلك $X$ $P(X=0) = 0.5$، $P(X=1) = 0.3$، $P(X=2) = 0.2$. أوجد $E(X)$ باستخدام PGF.

هنا $G(t) = 0.5 + 0.3t + 0.2t^2$، إذن $G'(t) = 0.3 + 0.4t$ و

$$E(X) = G'(1) = 0.3 + 0.4 = 0.7.$$

دالة التوليد لمكعب نزيه يحتوي كتلًا متساوية عند 1 حتى 6 في G(t)
PGF لنرد عادل يجمع كتلًا متساوية عند 1 إلى 6 في G(t)
Explore · ⁨استكشف⁩

Probability generating function lab · ⁨مختبر دالة توليد الاحتمالات⁩

G(x) = p0 + p1 x + p2 x^2 + ...

Change x and see how a PGF stores probabilities in powers of x. · ⁨غيّر x ولاحظ كيف تخزن PGF الاحتمالات في قوى x.⁩

4.5

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • For a continuous random variable, the pdf integrates to $1$ over its range, and $E(X) = \int x f(x)\,dx$.
  • Use the $t$-distribution when the sample is small and the population variance is unknown; state the degrees of freedom.
  • For a chi-squared test compute $\sum (O-E)^2/E$, compare with the critical value at the right degrees of freedom, and combine classes with $E < 5$.
  • State $H_0$ and $H_1$ and give the conclusion in context for every test.
العربية
  • بالنسبة لـمتغير عشوائي مستمر، يتكامل الدالة الكثافة الاحتمالية إلى $1$ عبر نطاقه، و$E(X) = \int x f(x)\,dx$.
  • استخدم توزيع$t$ عندما تكون العينة صغيرة وتكون تباين المجتمع غير معروف؛ حدد درجات الحرية.
  • لاختبار chi-squared احسب $\sum (O-E)^2/E$، قارنه بالقيمة الحرجة عند درجات الحرية اليمنى، واجمع الفئات ذات $E < 5$.
  • حدد $H_0$ و$H_1$ وقدم الاستنتاج في السياق لكل اختبار.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in A-Level Further Mathematics · ⁨A-Level رياضيات متقدمة⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في A-Level Further Mathematics · ⁨A-Level رياضيات متقدمة⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP