reduce_fat 发表于 2013-9-18 10:24 
写出来看看吧。
我的计算过程如下,本人水平有限,欢迎大家批评指正!同时感谢版主的慷慨!
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(1) 第一步,先计算当m=1时(即出现1个6需要掷骰子的)次数期望计算:
令X为出现1个6时掷骰子的总次数,X是个随机变量,其概率分布为:
- X=1 (第1次就出现6) 的概率=1/6
- X=2 (第2次出现6且第1次未出现6)的概率=5/6×1/6
- X=3 (第3次出现6且之前都未出现6)的概率=(5/6)^2*1/6
- ...
- X=i+1,(第i+1次出现6且之前都未出现6)的概率=(5/6)^i/6
求X的期望,按期望定义得E(X)=1*(1/6) + 2* 5/6×1/6 + ... (i+1)* (5/6)^i*1/6 = 1/6* [1 + 2* 5/6+ ... (i+1)*(5/6)^i] (i -> 正无穷)
令上式中[ ]内的无穷数列之和为A,则E(X)=A/6,下面来证明A=36
因为A=1 + 2* 5/6+ 3* (5/6)^2... (i+1)*(5/6)^i (i -> 正无穷)
则两边×5/6得:A*5/6 = 5/6 + 2* (5/6)^2+ ... i*(5/6)^i+(i+1)*(5/6)^(i+1) (i -> 正无穷)
两式相减得:A-A*5/6= 1+ 5/6 + (5/6)^2 + ...+(5/6)^i - (i+1)*(5/6)^(i+1) (注:最后一项趋近于0,此前就是个无穷等比数列)
等号右边可由无穷等比数列求和公式(最后一项趋近于0,已忽略)得 A-A*5/6 = 1/(1-5/6) = 6, 所以A=36
所以,E(X)=A/6=6,即要出现1个6需要掷骰子的次数期望=6次
(2) 第2步,再计算当m=2时,即连续出现2个6需要掷骰子的次数期望计算:
令X(1), X(2), ..., X(i)与第一步中X一样分布的随机变量,即X(1), X(2) ..., X(i)独立同分布(同上面X的分布)
令Y为连续出现出现2个6时掷骰子的总次数,Y是个随机变量,其概率分布为:
- Y=X(1)+1 (当掷骰子X(1)次后出现第一个6后又加掷一次时出现还是6) 的概率=1/6
- Y=X(1)+1+X(2)+1 (当掷骰子X(1)次后出现第一个6后又加掷一次时不是6,于是再掷骰子X(2)次又出现一个6后又加掷一次时出现6)的概率=5/6×1/6
- Y=X(1)+1+X(2)+1+X(3)+1 (当掷骰子X(1)次后出现第一个6后又加掷一次时不是6,于是再掷骰子X(2)次后又出现一个6后又加掷一次时还不是6,于是再掷骰子X(3)次又出现一个6后又加掷一次时出现6)的概率=(5/6)^2×1/6
- 于是类推,Y=X(1)+1+X(2)+1+...X(i)+1=X(1)+...X(i)+1*i 的概率=(5/6)^(i-1)×1/6
为书写简化,令S(i)=X(1)+...+X(i),注S(i)是随机变量
求Y的期望,按期望定义得E(Y)=E((S(1)+1)*(1/6)+(S(2)+2)*(1/6*5/6)+...+(S(i)+i)*(1/6*(5/6)^(i-1))),因为S(i)是随机变量,所以右边得套上E(...)才行。
=E((S(1)+1)*(1/6)+(S(2)+2)*(1/6*5/6)+...+(S(i)+i)*(1/6*(5/6)^(i-1)))
=E(S(1)*1/6+S(2)*(1/6*5/6)+...+(S(i))*(1/6*(5/6)^(i-1))+(1*1/6+2*1/6*5/6 + ...+i*1/6*(5/6)^(i-1)) 【注:无穷数列正好符合A的定义,A在第一步中已定义和计算,A=36】
=E(S(1))*1/6+E(S(1))(1/6*5/6)+...+E(S(i))*(1/6*(5/6)^(i-1)) + 1/6*A
【另注:E(S(1))=E(X(1))=根据第一步的结果=6=E(X) [X(1), X(2), ..., X(i)与第一步中X是同分布,所以期望同],E(S(2))=E(X1)+E(x2)=E(X)*2=6*2, ... E(S(i)=6*i=E(X)*i】
=E(X)*1/6+E(X)*2*(1/6*5/6)+...+E(X)*i*(1/6*(5/6)^(i-1)) + 1/6*A 【注:E(x)=6, A=36】
=E(X)*1/6*[1+2* 5/6+ 3* (5/6)^2... (i)*(5/6)^(i-1)]+1/6*A 【注:中刮号内无穷数列之和又正好=A】
= E(X)*1/6*A+1/6*A 【注:E(x)=6, A=36】
= (E(X)+1)*(A/6) 【注:E(x)=6, A=36】
= 42
(3) 第3步,再计算当m=3时,即连续出现3个6需要掷骰子的次数期望计算:
令Y(1), Y(2), ..., Y(i)与第2步中Y一样分布的随机变量,即Y(1), Y(2) ..., Y(i)独立同分布(同上面Y的分布)
令Z为连续出现出现3个6时掷骰子的总次数,Z是个随机变量,其概率分布为:...
你会发现Z与Y的关系如同Y与X的关系。用同第2步中一样的推导过程(相当于把上面第2步中的E(Y)换成E(Z),E(X)换成E(Y))可得:
E(Z)= (E(Y)+1)*(A/6)=(42+1)*6 = 258
以此类推,当m=4时,即连续出现4个6需要掷骰子的次数期望= (258+1)*6=1554