merkezi limit teorem (central limit theorem, clt) der ki beklenen değeri be varyansı bilinen eş dağılımlı ve bağımsız n rassal değişkenin toplamını kök(n)’e bölersek, elde edeceğimiz normalize edilmiş toplamın dağılımı aynı beklenen değer ve varyanslı normal dağılıma yakınsar. teoremin gücü, anakütle dağılımından bağımsız olmasıdır. beklenen değeri ve varyansı tanımlı ve sonsuz olmayan bütün dağılımlar için geçerlidir. teoremin ispatı, toplamın (bkz:
karakteristik fonksiyon)’un taylor serisi açılımının normal dağılımın karakteristik serisine yakınsadığı gözlemlenerek iki satırda ispatlanabilir. olasılık teorisinin en eski ve en kullanışlı araçlarından birisidir.
teoremi anladıysak bir sonraki sorumuz “peki o zaman hangi hızda yakınsar?” olacaktır doğal olarak. bu teorem de berry-esseen teoremi olarak bilinir. berry-esseen der ki eğer rassal değişkenin üçüncü momenti (kendisinden beklenen değeri çıkar, mutlak değerini al, üçüncü kuvvetini al, bunun beklenen değeri) sonluysa, o zaman bu toplamlar için herhangi bir olasılık hesaplandığında arada oluşacak fark (kendisi ve normal dağılım varsayılarak hesaplanan olasılığın farkı) en fazla c/kök(n) şeklinde olacaktır. burada c, rassal değişkenin yalnızca varyansı ve üçüncü momentine bağlı bir katsayıdır. görüldüğü üzere gerçekten de n sonsuza gittiğinde c/kök(n) de sıfıra gidiyor. yani bu sonuç clt’yi gösteriyor.
bu ne işimize yarar derseniz şöyle. diyelim elimizde 10000 tane birbirinden bağımsız değişken var. dağılımı bilmiyoruz ama ilk üç momenti biliyoruz. burada ilk moment, beklenen değer, ikinci moment varyans vs. c değeri 3 olarak hesaplanmış olsun. aradığımız bir olasılık değeri var. dağılımı bilmediğimiz için, ya da hesaplamak çok güç olduğu için bulamıyoruz olasılık değerini. yapacağımız tek şey normal dağılımmış gibi hesabı yapmak. diyelim sonucunda %30 çıktı. sonra c/kök(n) = %3 olduğu için, gerçekten aradığımız cevap yüzde 27 ile 33 arasında sıkışmış demektir. böylece normal dağılım varsayıp geçmiş olmuyoruz, aradığımız değere kesin olarak bir alt ve bir üst sınır çekmiş oluyoruz. bu kadar basit bir teoremin güncel araştırma alanlarında (bkz:
information theory) birçok kullanımı mevcuttur.