Ортогональные полиномы и кривые распределения вероятностей

Кривая простирается от до , если , и от до , если .

§ 3. Переходные типы кривых Пирсона.

Переходные типы кривых Пирсона получаются при специальных значениях критерия æ и при некоторых условиях, налагаемых на и .

Тип II.

Получается при æ=0, и имеет уравнение

отнесенное к моде, которая теперь равна средней (кривая симметрична относительно начала). Ее параметры вычисляются по формулам

Кривая простирается от -а до а. На концах распределения , если и , если . Эта кривая имеет так называемую U-образную форму с антимодой вместо моды.

Тип VII.

Имеет уравнение

получается при æ=0, и имеет параметры

Нчало координат в средней (средняя равна моде).

Тип III.

Имеет уравнение

с началом координат в моде и с параметрами

Получается при æ

Тип V.

Имеет уравнение

с параметрами

кривая получается при æ=1 и бесконечна в одном направлении.

Тип VIII.

Имеет уравнение

простирается от –а до 0, получается при

æ,

причем зависит от , а параметр т получается как решение уравнения

и он не должен быть больше 1 или меньше 0.

Тогда

а начало в точке

Тип IX.

Имеет уравнение

простирается от –а до 0, получается при

Параметр т определяется как решение уравнения

Тогда

а начало будет в точке

Тип X.

Имеет уравнение

с началом координат в точке ; получается как специальный случай кривой типа III при .

Тип XI

Имеет уравнение

получается при

и простирается от до , а т находится из уравнения

и b зависит от m.

Тогда

а начало координат в точке

Тип XII.

Имеет уравнение

получается при

æ.

Кривая простирается от до , начало координат в точке и

Тип N.

Тринадцатый тип кривых распределения Пирсона – нормальная кривая с уравнением

которая получается при условиях

æ.

Типы II, VI, VII, VIII, IX представляют специальные случаи кривой типа I, тип X – специальный случай типа III, а тип XI - типа VI. [5] (См. приложение 1.)

Глава 2. Применение ортогональных полиномов Чебышева при нахождении кривых распределения вероятностей.

В этой главе рассмотрено получение ортогональных полиномов способом, который разработал П. Л. Чебышев. А именно, через разложение в непрерывную дробь суммы

и рассмотрение знаменателей подходящих дробей полученной непрерывной дроби. Причем показано, что полученные таким образом ортогональные полиномы отвечают условиям метода наименьших квадратов, а так же показано их применение для нахождения кривых распределения вероятностей.

§ 1. Получение ортогональных полиномов по способу Чебышева.

Пусть даны значения интерполируемой функции,

соответствующие значения аргумента . Каждому значению аргумента ставится в соответствие частота .

Требуется найти такую целую функцию

где , которая удовлетворяла бы условию наименьшего значения суммы

В данной задаче в качестве веса предлагается рассмотреть [8]

где n есть

или иначе говоря n - сумма всех испытаний.

Для решения нашей задачи находим коэффициенты , которые определяются из следующих уравнений

;

……………………

;

После преобразований получаем следующую систему уравнений для нахождения коэффициентов

;

……………………

;

……………………

;

где

Такой подход к нахождению коэффициентов имеет существенный недостаток – при повышении степени полинома хотя бы на единицу приходится переписывать все уравнения и решать систему заново.

Есть другой вариант построения искомого полинома [8].

Пусть будет целая функция от степени , которая обращается в при . Положим

где - целые функции степеней , а - коэффициенты.

Пусть теперь сумма первых членов выражения

равняется

т.е. .

Каковы в этом случае условия относительно и при которых сумма

имеет наименьшее значение?

Обозначим эту сумму через :

и, подставляя в нее

составляем обычным способом дифференцирования следующие уравнения:

Отсюда следует:

Так как есть ортогональные полиномы по построению, следовательно все слагаемые вида будут равняться 0.

В результате преобразований получим выражения для коэффициентов :

;

………………

;

………………

Теперь можно представить функцию

в таком виде

Легко убедиться, что для перехода от найденного выражения интерполируемой функции к целой функции степени , достаточно к левой части полученной функции приписать один новый член

Для дальнейшего перехода к целой функции степени , также удовлетворяющей условию наименьшего значения суммы

достаточно прибавить к найденному выражению функции степени , такой новый член

Таким образом, решение задачи параболического интерполирования по способу наименьших квадратов приводится к нахождению ряда

Этот ряд, обладающий свойством давать посредством суммы своих первых членов приближенное представление интерполируемой функции в виде целой функции степени , удовлетворяющей требованию наименьших квадратов, называется интерполяционным рядом Чебышева.

Теперь для полного решения задачи остается еще узнать, что представляют собой функции , определив через данные величины и коэффициенты при в выражении этих функций.

Далее, с помощью разложения дроби

по нисходящим степеням получим, что дробь

где

дает приближенное представление функции [7]

с точностью до членов степени

включительно. Здесь есть весовая функция, найденная ранее по методу Пирсона. Но эта дробь, у которой степень числителя на единицу меньше степени знаменателя, при разложении в непрерывную дробь всегда будет в своих неполных частных содержать переменную в первой степени. Следовательно, знаменатели ее подходящих дробей есть функции степеней ; поэтому можно положить

Что касается , то его можно приравнять .

Разлагая

в непрерывную дробь вида