概率密度函数在某一点的值有什么意义?

(转自本人一年前的知乎回答)搞清楚这个问题需要想到这么几个问题:

课本上全概率的公式为∫g(x)dx,那么为什么它是概率密度g(x)乘dx的sum呢?dx又是什么?它在某一点的概率为什么是g(x)dx且趋近于0?

如何形象的理解而非从几何或者代数的角度思考?解答在下:

a. 先从离散的角度来考虑,假设甲在射箭,一共有x环,x在〔1,10〕间的正整数(靶子一共有从大到小10个区域的圆环,即10环),都射中了靶子,射中的环数与次数关系如下:

次数 f(x) 1 3 1

环数 x 10 6 2

我们可以知道:

  1. 射箭总次数为n次,那么设f(x)为射中x环的次数,
    n=∑f(x)=f(10)+f(6)+f(2)=5

2.射中x环的概率p(x)=f(x)/n。

3.全概率为∑p(x)=p(x1)+p(x2)+…=∑f(x)/n=1。这里的n是5次。

b.那么现在换了一种规则,就是甲射的靶子满分是10分,但被划分为k个圆环,且k接近于无穷,那么意味着可能取到无穷种分数,分数现在可以取得〔1,10〕中任意实数,可能是9.99999999…分。

因为分数取值无穷多, 那么为了我能得到连续的函数图像(即每个值都取到,没有间断点),研究连续随机变量,我需要甲一直在射箭,射n次,一直射不停几百年几万年那种…n趋近于∞。

与a进行类比,现在来分析一下:

1.总次数n=f(x1)+f(x2)+f(x3)+…=∫f(x)=∞

2.射中第x环的概率为 p(x)=lim n→∞(f(x)/n )

3.全概率公式变为limn→∞ ∫ p(x)=∫ f(x)/n

我们知道课本上 连续随机变量的全概率公式 为

∫g(x)dx,与本题的∫f(x)/n(n趋近于∞)在表达式上并不相同,但是我所研究的就是连续型随机变量,所以他们的本质是一样的,只不过需要推导一下:

1.dx 是微分,即无穷小量,设k为无穷大的实数,n=ak,其中的a是常数,dx=1/k。那么本题的关系式就出来了,即

∫g(x)dx=∫f(x)/ak=∫(f(x)/a)dx

即g(x)=f(x)/a

g(x)为函数密度,f(x)在本题指射中单个环数的次数。a是常数,那么这里函数密度可以理解为对各个环数射中次数f(x)按照常数a进行缩小放的数值。 下图为∫g(x)dx与反应各个分数的概率密度函数在某一点的值有什么意义?f(x)的图像,随着n的增加,射中的环数的期望越来越接近于某个值,这不就是大数定律了吗。

函数密度具体很难描述,但从这题的例子来讲可以形象的理解一下,而不是抽象的思考。