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बड़ी संख्याओं का नियम (Law of Large Numbers)

किसी यादृच्छिक प्रयोग को बार-बार दोहराओ तो किसी घटना की आपेक्षिक बारंबारता उसकी प्रायिकता p के और पास आती जाती है। ठीक-ठीक कहें तो किसी भी छोटी दूरी ε के लिए, बारंबारता (या नमूना माध्य) के असली मान से ε से ज़्यादा दूर होने की प्रायिकता, प्रयासों की संख्या n बढ़ने पर 0 की ओर जाती है। चेबीशेव असमिका सीमा देती है: P(|X̄ − μ| ≥ ε) ≤ σ² ÷ (nε²)।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. सिक्का एक बार उछालो। चित या पट आता है। एक उछाल से चित की संभावना के बारे में लगभग कुछ पता नहीं चलता।
  2. 10 बार उछालो और चित गिनो। बारंबारता = चित ÷ उछाल। यह 0.3 या 0.7 भी हो सकती है, 0.5 से दूर।
  3. 2000 बार तक उछालते रहो। चलती बारंबारता पहले उछलती है, फिर 0.5 के पास टिक जाती है।
  4. एक ही सिक्के के पाँच अलग दौर, n बढ़ने पर सब 0.5 ± 0.1 की पट्टी में सिमट जाते हैं। यही बड़ी संख्याओं का नियम है।
  5. चेबीशेव असमिका बताती है हम कितने पक्के हैं: पट्टी से बाहर होने की संभावना ज़्यादा से ज़्यादा p(1 − p) ÷ (nε²) है।
  6. अब तुम: सिक्का या पासा चुनो और n बदलो। देखो हर दौर पट्टी में आता है और सीमा छोटी होती जाती है।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

एक उछाल से प्रायिकता क्यों नहीं पता चलती?

एक उछाल में बारंबारता 0 या 1 आती है, कभी 0.5 नहीं। संभावना सिर्फ़ बहुत से प्रयासों में दिखती है।

10 में 7 चित आएँ तो क्या कुछ गड़बड़ है?

नहीं। छोटे नमूने बहुत बदलते हैं, यह सामान्य है। चरण 1 के खंभे देखो।

क्या चित और पट बिल्कुल बराबर हो जाएँगे?

नहीं। अनुपात 0.5 के पास आता है, पर गिनती में फिर भी कई का अंतर हो सकता है।

क्या हर दौर पास आता है, या सिर्फ़ औसतन?

बड़े n पर लगभग हर दौर पट्टी में आ जाता है; चरण 3 में पाँच दौर सिमटते दिखते हैं।

चेबीशेव का जवाब असल से इतना बड़ा क्यों है?

उसे हर बंटन पर सही होना है, इसलिए वह सावधान रहता है। असली संभावना आमतौर पर बहुत कम होती है।

क्या यह पासे या टेढ़े सिक्के पर भी चलता है?

हाँ, किसी भी p के लिए। फ़्री प्ले में p = 1/6 और p = 0.7 आज़माओ।

बारंबारता से प्रायिकता मापना

सिक्के को n बार उछालो और चित की संख्या h गिनो। चित की आपेक्षिक बारंबारता f = h ÷ n है।

इसलिए जब प्रायिकता का हिसाब नहीं लगा सकते (जैसे ड्रॉइंग पिन का नोक ऊपर गिरना), तो बहुत सारे प्रयास करके अनुमान लगा सकते हैं: p ≈ f। जितने ज़्यादा प्रयास, उतना अच्छा अनुमान।

बड़ी संख्याओं का नियम क्या कहता है

बर्नूली प्रमेय (बारंबारता के लिए नियम): n स्वतंत्र प्रयासों में, जहाँ हर बार सफलता की प्रायिकता p है, हर ε > 0 के लिए

n → ∞ होने पर P(|f − p| ≥ ε) → 0।

सामान्य रूप औसत के बारे में है। मान लो X₁, X₂, …, Xₙ स्वतंत्र यादृच्छिक चर हैं, सबका माध्य μ और प्रसरण σ² है। नमूना माध्य X̄ = (X₁ + … + Xₙ) ÷ n। n बढ़ने पर X̄ के μ से ε से ज़्यादा दूर होने की प्रायिकता 0 की ओर जाती है।

ध्यान दो: नियम यह नहीं कहता कि किस्मत "बराबर हो जाती है"। लगातार 5 पट के बाद भी अगली बार 50 : 50 ही है। चित और पट की गिनती का अंतर बढ़ भी सकता है; सिर्फ़ अनुपात टिकता है।

चेबीशेव (बिएनेमे–चेबीशेव) असमिका

माध्य μ और प्रसरण σ² वाले किसी भी यादृच्छिक चर X और किसी भी a > 0 के लिए:

P(|X − μ| ≥ a) ≤ σ² ÷ a²।

यह हर बंटन पर लागू होती है, इसलिए इसे सांद्रण असमिका कहते हैं: यह दिखाती है कि मान माध्य के पास इकट्ठे रहते हैं। यह अक्सर मोटी सीमा देती है, पर हमेशा सही होती है।

इसे नमूना माध्य X̄ पर लगाओ। E(X̄) = μ और V(X̄) = σ² ÷ n, तो:

P(|X̄ − μ| ≥ ε) ≤ σ² ÷ (nε²)।

n बढ़ने पर दायाँ पक्ष 0 की ओर जाता है, और यही नियम का प्रमाण है। बारंबारता के लिए σ² = p(1 − p) ≤ 0.25, तो P(|f − p| ≥ ε) ≤ p(1 − p) ÷ (nε²) ≤ 1 ÷ (4nε²)।

नमूने का आकार चुनना और दावे की जाँच

नमूने का आकार: हम चाहते हैं कि ε से बड़ी ग़लती का जोखिम ज़्यादा से ज़्यादा α हो। σ² ÷ (nε²) ≤ α रखो, तो n ≥ σ² ÷ (αε²)। अनजान p वाले अनुपात के लिए σ² ≤ 0.25 लो: n ≥ 1 ÷ (4αε²)।

प्रतिचयन (sampling): बड़ी जनसंख्या से लिया गया यादृच्छिक नमूना बार-बार के प्रयासों जैसा ही है, इसलिए बड़ा और निष्पक्ष नमूना जनसंख्या के अनुपात के पास होता है।

सरल परिकल्पना जाँच: दावा है p = 0.5। अगर n प्रयासों में बारंबारता 0.5 से इतनी दूर है कि चेबीशेव के हिसाब से ऐसा अंतर, मान लो, 5% से कम बार होगा, तो दावे पर शक करने का ठोस कारण है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक ड्रॉइंग पिन 400 बार गिराई, 248 बार नोक ऊपर गिरी। नोक ऊपर की प्रायिकता का अनुमान लगाओ।

f = 248 ÷ 400 = 0.62। अनुमान: p ≈ 0.62।

2. निष्पक्ष सिक्का 1000 बार उछाला। चेबीशेव से बताओ कि चित की बारंबारता 0.5 से 0.1 या ज़्यादा दूर होने की संभावना की सीमा क्या है।

p(1 − p) = 0.25, nε² = 1000 × 0.01 = 10। सीमा = 0.25 ÷ 10 = 0.025। यानी संभावना ज़्यादा से ज़्यादा 2.5%।

3. X का माध्य 50 और प्रसरण 16 है। P(|X − 50| ≥ 10) की सीमा बताओ।

σ² ÷ a² = 16 ÷ 100 = 0.16। प्रायिकता ज़्यादा से ज़्यादा 0.16।

4. पासा 600 बार फेंका। छह की बारंबारता 1/6 से 0.05 या ज़्यादा अलग होने की सीमा बताओ।

p(1 − p) = (1/6)(5/6) = 5/36 ≈ 0.139। nε² = 600 × 0.0025 = 1.5। सीमा ≈ 0.139 ÷ 1.5 ≈ 0.093।

5. किसी सर्वे में कितने लोगों से पूछें ताकि अनुपात में 0.05 या ज़्यादा ग़लती की संभावना ज़्यादा से ज़्यादा 0.1 हो?

n ≥ 1 ÷ (4αε²) = 1 ÷ (4 × 0.1 × 0.0025) = 1 ÷ 0.001 = 1000 लोग।

6. एक सिक्के को निष्पक्ष बताया गया। 2000 उछाल में 1200 चित आए। क्या दावा भरोसे लायक़ है?

f = 0.6, यानी 0.1 का अंतर। चेबीशेव: P(|f − 0.5| ≥ 0.1) ≤ 0.25 ÷ (2000 × 0.01) = 0.0125। निष्पक्ष सिक्के में इतना अंतर ज़्यादा से ज़्यादा 1.25% बार होगा, इसलिए दावे पर शक है।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. प्रयास बढ़ने पर किसी घटना की आपेक्षिक बारंबारता:
2. चेबीशेव असमिका: P(|X − μ| ≥ a) ≤
3. X की n स्वतंत्र प्रतियों के माध्य का प्रसरण है:
4. निष्पक्ष सिक्के पर लगातार 6 चित के बाद अगली बार पट की प्रायिकता:
5. ε को आधा करें और सीमा वही रखें, तो n को कितने से गुणा करना होगा?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

बड़ी संख्याओं का नियम आसान शब्दों में क्या है?

किसी संयोग वाले प्रयोग को बहुत बार दोहराओ तो घटना जितनी बार होती है उसका अनुपात उसकी असली प्रायिकता के बहुत पास आ जाता है।

इस नियम और जुआरी की भ्रांति में क्या फ़र्क़ है?

नियम लंबे समय के अनुपात के बारे में है। भ्रांति ग़लत कहती है कि अगला नतीजा पिछले नतीजों को 'बराबर' करने आएगा।

चेबीशेव असमिका किस काम आती है?

किसी मान के माध्य से दूर होने की संभावना की सीमा बताने, बड़ी संख्याओं का नियम सिद्ध करने और सुरक्षित नमूना आकार चुनने में।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

फ्रांसTerminaleProbability
रूस9 классRandom variables
रूस11 классLaw of large numbers
रूस11 классRandom variables

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