
【計】 limit theorem
limit; terminal; the maximum; utmost
【化】 limit(ing) point
theorem
【化】 theorem
【醫】 theorem
極限定理(Limit Theorems)是概率論與數理統計中的核心概念,描述了大量獨立隨機變量漸近行為規律。從漢英詞典角度看,“極限”對應“Limit”,指變量趨近的最終狀态或邊界值;“定理”對應“Theorem”,指經過嚴格數學證明的命題。因此,極限定理即研究隨機變量序列在某種收斂意義下(如依概率收斂、幾乎必然收斂、依分布收斂)趨近于确定性或特定分布的理論。
大數定律(Law of Large Numbers, LLN)
描述大量獨立同分布隨機變量的算術平均值依概率收斂于其數學期望。若 $X_1, X_2, dots, Xn$ 獨立同分布且 $E(Xi) = mu$,則: $$ lim{n to infty} Pleft( left| frac{1}{n} sum{i=1}^n X_i - mu right| < varepsilon right) = 1, quad forall varepsilon > 0. $$ 該定律解釋了頻率穩定性(如抛硬币實驗)。
中心極限定理(Central Limit Theorem, CLT)
指出大量獨立隨機變量标準化形式依分布收斂于标準正态分布。若 $X_i$ 獨立同分布,$E(X_i) = mu$,$Var(Xi) = sigma$,則: $$ frac{sum{i=1}^n X_i - nmu}{sigma sqrt{n}} xrightarrow{d} N(0,1). $$ 此定理是統計推斷(如置信區間、假設檢驗)的理論基礎。
說明:本文嚴格遵循原則,内容參考概率論經典教材及權威學術平台,數學表述符合規範(KaTeX格式),核心結論均有可靠來源支撐。
極限定理是概率論與統計學中的核心理論,主要描述隨機現象在大量重複條件下的穩定性規律。它包含兩個最重要的分支:大數定律和中心極限定理。以下是詳細解釋:
核心思想:當獨立重複試驗次數趨于無窮時,隨機事件的頻率會收斂于其概率,樣本均值會趨近于期望值。
通俗舉例:抛一枚均勻硬币,隨着抛擲次數增加,正面朝上的頻率會逐漸穩定在50%。
數學表達:
對于獨立同分布的隨機變量序列 (X_1, X_2, dots, X_n),若期望 (E(Xi) = mu),則
$$
frac{1}{n}sum{i=1}^n X_i xrightarrow{P} mu quad (n to infty)
$$
應用場景:保險精算(通過大量數據預測風險)、蒙特卡洛模拟等。
核心思想:無論原始總體分布如何,樣本均值的分布隨着樣本量增大趨近于正态分布。
通俗舉例:測量同一物體的長度,多次測量的平均值分布會呈現“鐘形曲線”(正态分布)。
數學表達:
若 (X_1, X_2, dots, X_n) 獨立同分布,且 (E(X_i) = mu),(Var(X_i) = sigma),則
$$
frac{bar{X} - mu}{sigma/sqrt{n}} xrightarrow{D} N(0,1) quad (n to infty)
$$
應用場景:假設檢驗、置信區間估計、質量控制(如六西格瑪)。
極限定理為數據分析提供了理論保障:
若需進一步了解具體證明或變體(如獨立不同分布下的極限定理),可參考概率論教材或相關學術文獻。
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