C.1.1 二项分布
一个只有两种对立结果的简单试验,称为伯努利试验(Bernoulli experiment),这两种结果只能是“是”或“非”、“成功”或“失败”、“发生”或“不发生”,即试验结果的随机变量只有两个可能取值。也可以简单表述为:一次伯努利试验中,事件A只有发生和不发生两种对立结果,可以分别用“1”和“0”表示,对应概率分别为p和1-p,(0<p<1)。在概率论和统计学中,同样条件下,相互独立地进行n次重复伯努利试验(也称为二项试验),事件A发生次数X可能取值为0,1,···,n,且对每一个k(0≤k≤n),X=k表示“n次试验中事件A恰好发生k次”,则随机变量X的离散概率分布为二项分布(binomial distribution),用X~B(n,p)表示。
在符合二项分布的n重伯努利试验中,事件A以恒定概率p发生k次的概率由如下概率质量函数(probability mass function,PMF)[1]给出:


如果随机变量X满足伯努利试验的性质,并且我们已知参数n和p的值,那么就可以使用式(C.5)计算n次试验中有X=k次事件A发生的概率。显然,对于n=1的单次伯努利试验,变量X的平均值(期望值)为E(X)=1·p+0·(1-p)=p;方差为Var(X)=12·p+02·(1-p)-p2=p(1-p)。二项分布是n次独立伯努利试验的和,它的期望值和方差分别等于每次单独试验的期望值的和和方差的和,可得二项分布的平均值:E(X)=np,Var(X)=np(1-p)。当然,也很容易通过式(C.4)和式(C.5)得出。
图C.1和图C.2给出了不同参数(n,p)二项分布的变化情况。由图可以看出:二项分布的概率质量函数是单峰形状的,对于固定的n以及p,当k增加时,概率P(X=k)先是随之增大,在均值k=np处取得峰值,再是单调减小。参数n和p决定了概率函数曲线的高度、水平位置和偏斜度。

图C.1 不同概率的二项分布P(k)变化曲线(n=50,p=0.3,0.5,0.8)(https://www.daowen.com)

图C.2 不同试验次数的二项分布P(k)变化曲线(p=0.4,n=60,80,100)
二项分布是离散型随机变量的概率分布中最重要的分布之一,它概括了许多实际问题,很有实际价值。
2.双方各出5人;
3.双方各出7人。三种方案均以比赛中获胜人数多的一方为胜,问对B校球队来说,哪种方案较为有利?
解:设B校球队获胜人数为X,B校球队队员获胜概率为0.45,一般可以认为队员之间比赛的胜负结果是相互独立的,则X服从二项分布。因此,B校球队获胜的概率分别为

由此可知,第一种方案对B校球队最有利,也对A校球队最不利。这是比较容易理解的,因为参赛的队员人数越少,B校球队侥幸获胜的概率也越大。显然,当双方只有一个人比赛时,B校球队获胜的概率(0.45)为最大。