Normaal­jaotus

Seni vaadeldud juhuslikud suurused on olnud diskreetsed. See tähendab, et juhusliku suuruse X võimalikke väärtusi on lõplik arv, mis kuuluvad teatud piir­konda ja asuvad üks­teisest eraldi.

Järgnevalt vaatleme pidevaid juhuslikke suurusi, mis saavad kõik­võimalikke väärtusi teatud piir­konnast. Järelikult on sellistel suurustel võimalikke väärtusi lõpmatult palju. See­juures tutvume ühe olulise jaotuse tüübiga, mille abil saab kirjeldada paljusid loodus­nähtusi. Selleks on normaal­jaotus.

Näide.

Normaal­jaotusega on tegemist näiteks vast­sündinud tüdrukute ja poiste pikkuse ja kaalu korral. Joonisel 1.35 on 2007. a Eestis sündinud laste jaotus sünni­kaalu järgi (rõht­teljel on juhusliku suuruse X väärtused, püst­teljel aga vastavad tõenäosused protsentides). Et tegemist on pideva juhusliku suurusega, siis selle üksikuid mõeldavaid väärtusi on lõputult palju ja see­tõttu on vastav tõenäosus P(xi) praktiliselt null. Siit järeldub, et mõistlik ei ole näiteks küsida, kui suur on tõenäosus, et lapse sünni­kaal on 3276 grammi, vaid tuleb küsida, milline on tõenäosus P(x ≤ 3500) või P(3000 ≤ x ≤ 3500).

Joon. 1.35

Ideaalne normaal­jaotuse graafik on joonisel 1.36, kus­juures –∞ < x < +∞. Graafikut nimetatakse Gaussi kõveraks (Saksa matemaatiku Carl Friedrich Gaussi järgi), ka kella kõveraks.

Joon. 1.36

Normaal­jaotuse omadusi:

  1. Normaal­jaotus on sümmeetriline oma kesk­väärtuse suhtes.
  2. Normaal­jaotuse korral ühtivad kesk­väärtus, mood ja mediaan.
  3. Kui dispersioon suureneb, muutub graafik madalamaks ja seega ka laiemaks (hajuvus suureneb) ning lamedamaks.
  4. Gaussi kõvera alune pindala x-teljeni on 1, sest juhusliku suuruse X kõik­võimalike väärtuste tõenäosuste P(Xxi) summa, vaatamata nende tohutule väiksusele, peab olema ikka 1.
  5. Juhusliku suuruse X väärtustest (vt joon. 1.36) ligi­kaudu
    ​68% langeb piir­konda [EX – σ; EX + σ],
    ​95% langeb piir­konda [EX – 2σ; EX + 2σ],
    ​99,7% langeb piir­konda [EX – 3σ; EX + 3σ].

Juhusliku suuruse väärtuste selline jaotus on ka üheks tunnuseks, mis viitab normaal­jaotusele (nimetatakse ka 3σ-reegliks).

Konkreetsete juhuslike suuruste vaatlemisel, s.t empiiriliste andmete, näiteks laste sünni­kaalu korral, saadakse tavaliselt mõne­võrra moonutatud normaal­jaotus. Nii on ka joonisel 1.35 esitatud vast­sündinud laste kaaluga, vastav graafik ei ole sümmeetriline. Põhjuseks on poiste suurem sünni­juhtude arv ja nende suurem sünni­kaal.

Ülesanded A

Ülesanne 225. Mõõtmis­vead

Vastus. See jaotus  normaal­jaotus. Toru läbi­mõõduks tuleb võtta  mm.

Ülesanne 226. Kontroll­töö punktid

Vastus. Kontroll­töö tulemused  normaal­jaotusele. Kontroll­töö keskmine punktide arv oli .

  • Kui suur on tõenäosus, et juhuslikult võetud töö hinne on piir­konnast x¯-1,5σ; x¯+1,5σ?

    Vastus. Tõenäosus, et juhuslikult võetud töö hinne on piir­konnast x¯-1,5σ; x¯+1,5σ, on .
Ülesanne 227. Suusa­hüppe­võistlus

Vastus. I voorus oli hüpete keskmine pikkus  m ja II voorus  m.  hüppe­voor oli ühtlasem. Esimene hüppe­voor allub  normaal­jaotusele, teine hüppe­voor allub  normaal­jaotusele.