Введем обозначения:
,
(27.5)
Из (22.7) при следует, что наивероятнейшее число
, поэтому числитель величины
- это уклонение числа успехов
от наивероятнейшего числа
.
Из (27.5) и условий (27.1) следует
, (27.6)
а также
. (27.7)
Условия (27.6) и (27.7) приводят к ограничению на скорость роста второго слагаемого в выражениях (27.6), (27.7), а именно при большом
,
, (27.8)
то есть величина пропорциональна
, где число
. Скорость ростане может быть большей, то есть параметр
, характеризующий скорость роста не может принимать значения
. В противном случае нарушаются условия (27.6), (27.7). действительно, при
величина
растет с увеличением
быстрее, чем первое слагаемое в (27.6) и в (27.7), при этом условие (27.6) выполняется:
, а условие (27.7) нарушается, поскольку число
становится отрицательным с ростом
.
Рассмотрим в (27.4) выражение под корнем, в котором числа ,
представим в виде (27.6), (27.7), тогда
(27.9)
При большом вторые слагаемые в скобках (27.9) является малыми по сравнению с первыми, поскольку выполняется условие (27.8). Поэтому при
из (27.9) следует
. (27.10)
Рассмотрим два последних множителя выражения (27.4), причем удобно рассматривать его логарифм:
. (27.11)
Подставим сюда выражения для и
(27.6) и (27.7). Тогда
. (27.12)
При малом справедливо разложение в ряд:
, (27.13)
где - величина, малая по сравнению с
. Используем разложение с точностью до
в соотношении (27.12). Тогда
.
(27.14)
Введем для краткости обозначение , тогда правая часть (27.14) преобразуется следующим образом:
. (27.15)
Здесь второе слагаемое зависит от через
. Согласно (27.8)
,
, поэтому
. (27.16)
При и
выражение
, поэтому второе слагаемое в (27.15) является малой величиной по сравнению с первым, которое равно
. Таким образом, (27.14) при
имеет вид
. (27.17)
Полученные результаты (27.10) и (27.17) подставим в (27.4), тогда
,
,
. (27.18)
Формула (27.18) называется локальной асимптотикой Муавра-Лапласа. Этот же результат может быть сформулирован как следующая локальная теорема Муавра-Лапласа.
Если вероятность успеха в одном опыте удовлетворяет условию
, тогда вероятность
того, что в последовательности
независимых испытаний успех наступит
раз удовлетворяет условию:
. (27.19)
Вероятность того, что в последовательности
независимых испытаний число
успехов находится в интервале
определяется выражением
. (28.1)
Получим асимптотику выражения (28.1) при тех же условиях, которые были определены для локальной теоремы Муавра-Лапласа. При этом определяется формулой (27.18). Подставим (27.18) в (28.1), тогда
(28.2)
где
. (28.3)
Поскольку , то
при
. Пусть
,
. (28.4)
Тогда при сумма в выражении (28.2) переходит в интеграл:
. (28.5)
Этот результат носит название интегральная теорема Муавра-Лапласа. Соотношение (28.5) можно представить через функцию Лапласа:
. (28.6)
Практическое применение интегральной теоремы основано на приближенном равенстве: