Zadanie 5. Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie Poissona taką, że P (N 1) = 8 9P (N = 2). Obliczyć EN. Odp. 3. p0, dla k = 0, e λ 1 λk

Transkrypt

1 Zadanie 1. W urnie znajduje się dziesięć kul białych i dziesięć i czarnych. Wybieramy z urny kolejno bez zwracania po jednej kuli aż do momentu wyciągnięcia po raz pierwszy kuli czarnej. Wyznaczyć wartość oczekiwaną liczby wyciągniętych kul białych. 10/11 Zadanie 2. W urnie znajduje się 20 kul, w tym 10 kul białych i 10 czarnych. Ciągniemy losowo bez zwracania 18 kul. Niech N oznacza liczbę wyciągniętych kul białych. Obliczyć wariancję zmiennej losowej N. 9/19 Zadanie 3. Rzucamy kością do gry dotąd, aż uzyskamy przynajmniej po jednym z sześciu możliwych wyników. Jaka jest wartość oczekiwana liczby rzutów? 14.7 Zadanie 4. Prawdopodobieństwo sukcesu w pojedynczym doświadczeniu wynosi p, gdzie p (0, 1). Powtarzamy doświadczenie aż do momentu, kiedy po raz trzeci nastąpi sukces. Niech N oznacza ilość porażek, które poprzedziły trzeci sukces. Liczba powtórzeń doświadczenia wynosi więc N + 3. Przy jakiej wartości parametru p zachodzi: P (N = 1) = P (N = 2)? 0.5 Zadanie 5. Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie Poissona taką, że P (N 1) = 8 9P (N = 2). Obliczyć EN. 3 Zadanie 6. Zmienna losowa N ma rozkład dany wzorem p0, dla k = 0, P (N = k) = 1 p 0, dla k = 1, 2,..., e λ 1 λk k! gdzie p 0 (0, 1) oraz λ > 0. Obliczyć wartość oczekiwaną tej zmiennej losowej. λ(1 p 0 ) eλ e λ 1 Zadanie 7. Zmienna losowa N ma rozkład z geometrycznym ogonem, tzn. rozkład dany wzorem: p0, dla k = 0, P (N = k) = (1 p 0 )p(1 p) k 1, dla k = 1, 2,..., gdzie p 0 = 0.5, p = Obliczyć wartość oczekiwaną tej zmiennej losowej. 2 Zadanie 8. Zmienna losowa X ma rozkład logarytmiczno-normalny o gęstości 1 x exp [ 1 2π 2 (ln x µ)2], dla x > 0, Wiadomo, że P (X q) = 0.6 oraz P (X r) = 0.4. Obliczyć wartość oczekiwaną zmiennej losowej X. qre Zadanie 9. Niech X ma funkcję gęstości Wyznaczyć gęstość rozkładu zmiennej losowej Y = X 2. dla y (0, 1) 1 2 y 0.5x + 0.5, dla 1 < x < 1, zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 1

2 Zadanie 10. Załóżmy, że zmienna losowa X ma rozkład wykładniczy o gęstości λe λx, dla x > 0, Niech [x] oznacza część całkowitą liczby x (czyli największą liczbę całkowitą n taką, że n x). Wyznaczyć wartość oczekiwaną zmiennej losowej N = [X + 0.5]. e0.5λ e λ 1 Zadanie 11. Niech X będzie zmienną losową o rozkładzie wykładniczym o gęstości e x, dla x > 0, 0, poza tym Niech Y = minx, [ m}, gdzie m > 0 jest daną liczbą. Wyznaczyć funkcję tworzącą momenty zmiennej Y. M(t) = ] 1 t 1 1 te m(1 t) dla t 1 oraz M(1) = m + 1 Zadanie 12. Wiadomo, że dla każdej zmiennej losowej X mającej skończone momenty do czwartego rzędu włącznie zachodzi E(X EX) 4 E(X EX) 2 } 4. Pokazać, że równość zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy X ma rozkład dwupunktowy z prawdopodobieństwem w z każdym punktów równym 0.5. Zadanie 13. Na odcinku (0, 1) losujemy punkt zgodnie z rozkładem jednostajnym. W ten sposób odcinek zostaje podzielony na dwa odcinki. Obliczyć wartość oczekiwaną stosunku długości odcinka krótszego do dłuższego. ln 4 1 Zadanie 14. Pobieramy osiem niezależnych realizacji jednowymiarowej zmiennej losowej o nieznanym (ale ciągłym) rozkładzie. Po uporządkowaniu zaobserwowanych wartości w ciąg rosnący z 1,..., z 8 } tworzymy przedział (z 2, z 7 ). Z jakim prawdopodobieństwem tak określony przedział pokrywa wartość mediany rozkładu badanej zmiennej losowej? 119/128 Zadanie 15. Niech U 1,..., U n będzie próbą z rozkładu jednostajnego na przedziale (a, b). Rozważmy zmienne losowe X = minu 1,..., U n } oraz Y = maxu 1,..., U n }. Obliczyć współczynnik korelacji liniowej Corr(X, Y ). 1/n Zadanie 16. Niech N 1 i N 2 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładach Poissona z wartościami oczekiwanymi odpowiednio EN 1 = 20 i EN 2 = 30. Obliczyć V ar(n 1 N 1 + N 2 = 50). 12 Zadanie 17. Zmienne losowe X i Y mają łączny rozkład prawdopodobieństwa o gęstości e f(x, y) = y+x, dla 0 < x < 1 i y > x, Obliczyć wartość oczekiwaną E(X + Y ). 2 Zadanie 18. Funkcja gęstości dana jest wzorem 3 f(x, y) = 4 x + 2xy + 1 4y, dla (x, y) (0, 1) (0, 1), Obliczyć P ( X > 1 2 Y > 1 2). 5/7 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 2

3 Zadanie 19. Funkcja gęstości dana jest wzorem x + y, dla (x, y) (0, 1) (0, 1), f(x, y) = Obliczyć E(X Y = 0.5). 7/12 Zadanie 20. Zmienne losowe X i Y są niezależne Zmienna losowa X ma rozkład o gęstości 2x, dla 0 < x < 1, Zmienna losowa Y ma rozkład o gęstości Obliczyć E(X + Y X 0.5). 4/3 g(y) = e y, dla y > 0, Zadanie 21. Zmienne losowe X i Y mają łączny rozkład prawdopodobieństwa o gęstości xe f(x, y) = x(y x), dla y > x, 0 < x < 1, Obliczyć P (Y > µ(x)) wiedząc, że µ(x) = E(Y X). e 1 Zadanie 22. Zmienne losowe U oraz V mają łączną gęstość prawdopodobieństwa 4/π, dla u > 0, v > 0 i u f(u, v) = 2 + v 2 1, Niech X = U 2 U 2 +V 2. Znaleźć rozkład zmiennej losowej X. g(x) = 2x, dla 0 < x < 1 Zadanie 23. Rozpatrzmy zmienne losowe X i Y o łącznym rozkładzie normalnym. Wiadomo, że V ary = 9, E(Y X) = 1 2X + 7, V ar(y X) = 8. Wyznaczyć Cov(Y X). 2 Zadanie 24. Zmienna losowa X ma rozkład wykładniczy o wartości oczekiwanej 5. Zmienna losowa Y ma rozkład jednostajny na pewnym odcinku, przy czym jej oczekiwana wynosi 5, a wariancja wynosi 25/3. Zmienne losowe X i Y są niezależne. Obliczyć P (X + Y < 6) e 1.2 Zadanie 25. Zmienna losowa X ma rozkład wykładniczy o wartości oczekiwanej 0.5. Niezależna zmienna losowa Y ma rozkład wykładniczy o wartości oczekiwanej 2. Obliczyć E(X X + Y = 5) Zadanie 26. Rozkład warunkowy zmiennej S (równej X X N ) przy danym Λ = λ jest złożonym rozkładem Poissona z parametrem λ oraz z rozkładem wykładniczym składnika sumy (X i ) o wartości oczekiwanej 2. Rozkład brzegowy zmiennej Λ dany jest funkcją prawdopodobieństwa P (Λ = 1) = 0.75, P (Λ = 2) = Wyznaczyć wariancję rozkładu bezwarunkowego zmiennej S zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 3

4 Zadanie 27. Zmienna losowa Y ma rozkład jednostajny na przedziale (0, 1), natomiast zależna od niej zmienna X ma rozkład warunkowy (przy danej wartości Y = y) jednostajny na przedziale (0, y). Obliczyć prawdopodobieństwo (bezwarunkowe) P (X < 0.5) Zadanie 28. Niech X i Y będą zmiennymi losowymi takimi, że X ma gęstość e x, dla x > 0, 0, poza tym, oraz P (Y = k X = x) = xk k! e x dla k = 0, 1, 2,... Udowodnić, że zmienne losowe X i Y X są nieskorelowane. Zadanie 29. Zmienne losowe X 1,..., X n,... są niezależne i mają jednakowy wykładniczy rozkład prawdopodobieństwa o gęstości e x, dla x > 0, Zmienna losowa N jest niezależna od nich i ma rozkład geometryczny P (N = k) = (1 q)q k, k = 0, 1,... Niech S = N i=1 X i będzie sumą losowej liczby zmiennych losowych (przyjmujemy, że S = 0, gdy N = 0). Udowodnić, że V ar(n S = s) = E(N S = s) 1. Zadanie 30. Niech X 0, X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie jednostajnym na przedziale (0, 1). Zmienna losowa N oznacza numer pierwszej ze zmiennych X 1,..., X n,..., która jest większa od X 0 : N = mink : X k > X 0 }. Obliczyć E(X N X 0 ). 1/4 Zadanie 31. Zmienna losowa X ma rozkład jednostajny na przedziale (0, 2), a zmienna losowa Y ma rozkład jednostajny na przedziale (0, 1). Zmienne są niezależne. Obliczyć P ( 2Y X < 0.5). 9/16 Zadanie 32. Niech X 1 i X 2 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie jednostajnym na przedziale (0, 1). Rozważmy zmienną losową równą bezwzględnej wartości różnicy zmiennych X 1 i X 2. Obliczyć wartość oczekiwaną µ i wariancję σ 2 tej zmiennej losowej. µ = 1/3, σ 2 = 1/18 Zadanie 33. Zmienne losowe U oraz V są niezależne i mają identyczny rozkład jednostajny na przedziale (0, 1). Niech X = cos(2πu)f(v ) oraz Y = sin(2πu)f(v ). Dla jakiej funkcji f zmienne X i Y są niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładach N(0, 1)? 2 ln x Zadanie 34. X 1,..., X 10 jest prostą próbą losową z rozkładu wykładniczego o wartości oczekiwanej 5. Wiadomo, że P (maxx 1,..., X 10 } x) = Obliczyć x Zadanie 35. Zmienne losowe X i Y są niezależne. Zmienna losowa X ma rozkład normalny o wartości oczekiwanej 0 i wariancji 0.5. Zmienna losowa Y ma rozkład wykładniczy o wartości oczekiwanej 1. Obliczyć P (Y > X 2 ). 2 2 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 4

5 Zadanie 36. Zmienna losowa (X 1, X 2, X 3 ) ma rozkład normalny z wartością oczekiwaną (0, 0, 0) i macierzą kowariancji Występująca w równaniu X 1 = ax 2 + bx 3 + E zmienna losowa E jest nieskorelowana ze zmiennymi losowymi (X 2, X 3 ). Wyznaczyć stałą a. 4/3 Zadanie 37. Zmienne losowe X 1, X 2, X 3, X 4 są niezależne i mają jednakowy rozkład normalny N(0, σ 2 ). Obliczyć P (X 2 1 5X 2 2 < 5X 2 3 X 2 4 ). 5/6 Zadanie 38. Zakładamy, że X 1,..., X 20 są niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie normalnym N(µ, σ 2 ). Niech Y = X X 15 i Z = X X 20. Obliczyć E(Z Y ). 2 3 Y + 5µ Zadanie 39. Zmienne losowe X 1, X 2 i X 3 mają łączny rozkład normalny taki, że EX i = 0, V arx i = 1 dla i = 1, 2, 3. Załóżmy, że Cov(X 1, X 2 ) = Cov(X 2, X 3 ) = Cov(X 1 + X 2, X 2 + X 3 ) = 0. Udowodnić, że P (X 1 = X 3 ) = 1. Zadanie 40. X 1,..., X 20 jest próbą losową z rozkładu normalnego o wartości oczekiwanej 10 i wariancji Wyznaczyć a takie, że P (maxx 1,..., X 20 } a) = Zadanie 41. Niech X 1,..., X n będą niezależnymi zmiennymi losowymi o identycznym rozkładzie normalnym z wartością oczekiwaną zero i wariancją jeden. Niech S = (X X n ) 2. Obliczyć wariancję zmiennej losowej S. 2n 2 Zadanie 42. Mieliśmy próbę prostą (X 1, Y 1 ),..., (X n, Y n ) z rozkładu normalnego dwuwymiarowego o nieznanych parametrach: EX i = EY i = µ, V arx i = V ary i = σ 2, Cov(X i, Y i ) = ϱσ 2. Niestety, obserwacje na iksach i igrekach zostały oddzielone, igreki pomieszane, po czym zagubiliśmy informacje o przynależności do par. Możemy to sformalizować przyjmując, iż mamy nadal niezmieniony ciąg iksów oraz ciąg Z 1,..., Z n stanowiący losową permutację ciągu Y 1,..., Y n. Obliczyć Cov(X i, Z i ). ϱσ 2 /n Zadanie 43. Niech X 1,..., X n będzie próbką n niezależnych realizacji zmiennej losowej X. Niech X max (n) oraz X (n) min oznaczają odpowiednio największą i najmniejszą z liczb X 1,..., X n. Rozważmy przypadek próbek dwuelementowych oraz trójelementowych. Pokazać, że zależność E(X max (3) X (3) min ) = 3 2 E(X(2) max X (2) min ) zachodzi wtedy i tylko wtedy, gdy zmienna losowa X ma skończoną wartość oczekiwaną. zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 5

6 Zadanie 44. Zmienna losowa X ma rozkład warunkowy dany gęstością: f X Λ=λ (x) = λe λ, dla x > 0, Natomiast rozkład brzegowy zmiennej losowej λ dany jest gęstością: f Λ (x) = β α Γ(α) xα 1 e βx, dla x > 0, Niech parametry drugiego z rozkładów wynoszą α = 2, β = 2. Wyznaczyć medianę rozkładu bezwarunkowego zmiennej X Zadanie 45. Mamy dwie niezależne zmienne losowe X oraz Y. Jedna nich (nie wiadomo która) ma rozkład wykładniczy z wartością oczekiwaną równą 1, druga zaś ma rozkład wykładniczy z wartością oczekiwaną równą 2. Obliczyć wartość ilorazu E maxx, Y } E minx, Y }. 3.5 Zadanie 46. Mamy dwie niezależne zmienne losowe X oraz Y. Zmienna X ma rozkład wykładniczy z wartością oczekiwaną równą 1, zmienna Y zaś ma rozkład wykładniczy z wartością oczekiwaną równą 2. Zdefiniujmy nową zmienną Z jako udział zmiennej X w sumie obu zmiennych: Z = X X+Y. Obliczyć medianę zmiennej losowej Z. 1/3 Zadanie 47. Niech dwuwymiarowa zmienna losowa ma gęstość: 2 x y, dla (x, y) (0, 1) (0, 1), f X,Y (x, y) = Obliczyć prawdopodobieństwo 1/8 P ( ( ) ( )) 1 1 (X, Y ) 2, 1 2, 1. ( (y 3)2 6 Zadanie 48. Zmienna X ma rozkład o gęstości 0.5x ) 2 e x określonej na przedziale (0, ). Zmienna losowa Y ma rozkład o gęstości g(y) = 1 6π exp określonej na całej osi liczb rzeczywistych. Kowariancja tych zmiennych wynosi 3. Obliczyć wariancję V ar(x + Y ). podane informacje są sprzeczne Zadanie 49. Załóżmy, że niezależne zmienne losowe X 1, X 2, X 3, X 4 mają rozkłady wykładnicze o wartościach oczekiwanych odpowiednio 1, 2, 3 i 4. Obliczyć prawdopodobieństwo P (X 1 = minx 1, X 2, X 3, X 4 }) Zadanie 50. O zmiennych losowych X 1,..., X n o tej samej wartości oczekiwanej równej µ oraz tej samej wariancji σ 2 zakładamy, że Cov(X i, X j ) = ϱσ 2 dla i j. Zmienne losowe ε 1,..., ε n są nawzajem niezależne oraz niezależne od zmiennych X 1,..., X n i mają rozkłady prawdopodobieństwa P (ε i = 1) = P (ε i = 1) = 0.5. Obliczyć wariancję zmiennej losowej n i=1 ε ix i. n(µ 2 + σ 2 ) zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 6

7 Zadanie 51. Jabłko upada od jabłoni w odległości, która jest zmienną losową o rozkładzie wykładniczym o gęstości 2e 2x (pomijamy średnicę pnia i średnicę jabłka). Jabłko może spadać w każdym kierunku z tym samym prawdopodobieństwem. Jaka jest wartość oczekiwana odległości dwóch jabłek, które spadły niezależnie pod warunkiem, że obydwa upadły w tej samej odległości od jabłoni? Zadanie 52. Macierz kowariancji wektora losowego (X 1,..., X n ) jest postaci σ 2 ((1 ϱ)i + ϱe), gdzie macierze I oraz E to, odpowiednio, macierz jednostkowa i macierz złożona z samych jedynek, a obie są wymiarów ( n ) n. Zakładamy, że macierz jest rzędu n. Jaki jest dopuszczalny zakres wartości parametru ϱ? 1 n 1, 1 Zadanie 53. Załóżmy, że zmienne losowe X 1,..., X 5, X 6,..., X 20 są niezależne, o jednakowym rozkładzie N(µ, σ 2 ). Niech S 5 = X X 5, S 20 = X X 20. Wyznaczyć warunkową wartość oczekiwaną E(S 5 S 20 ) S σ2 Zadanie 54. Niech X będzie zmienną losową o rozkładzie wykładniczym o gęstości e x, dla x > 0, Niech x oznacza część całkowitą x (największą liczbę całkowitą n taką, że n x), x = x x część ułamkową liczby x. Obliczyć współczynnik korelacji liniowej Corr( x, x ). 0 Zadanie 55. Niezależne zmienne losowe X, Y mają identyczny rozkład wykładniczy z wartością oczekiwaną µ. Obliczyć warunkową wartość oczekiwaną E[minX, Y } X + Y = M], gdzie M jest pewną dodatnią liczbą. 0.25M Zadanie 56. Niech X 1,..., X n będzie ciągiem niezależnych zmiennych losowych o takim samym rozkładzie jednostajnym na pewnym przedziale (θ 1, θ 2 ), Obliczyć współczynnik korelacji Corr(min i X i }, max i X i }). 1/n Zadanie 57. Ciągła zmienna losowa X ma gęstość f i dystrybuantę F takie, że f(x) jest ciągła dla x > 1, f(x) F (1) = 0, 1 F (x) = 1 x dla x > 1. Obliczyć P (X > 2). 0.5 Zadanie 58. Wiadomo, że zmienna losowa X ma rozkład jednostajny na przedziale (0, 1), zaś Y ma rozkład dyskretny P (Y = 1) = P (Y = 1) = 0.5. Niech ϱ będzie współczynnikiem korelacji między zmiennymi X i Y. Jakie [ są dopuszczalne wartości współczynnika ϱ? 3 2, ] 3 2 Zadanie 59. Łączny rozkład zmiennych losowych X i Y ma gęstość: Obliczyć V ary 13/12 e f X,Y (x, y) = y+x, dla 0 < x < 1 i y > x, zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 7

8 Zadanie 60. W ciągu 20 rzutów monetą liczymy serie pięciu orłów. Każdy ciąg sąsiadujących ze sobą pięciu orłów uznajemy za serię. Przyjmujemy zatem, że serie mogą zachodzić na siebie, na przykład w ciągu Nr rzutu Wynik R O O O O O O O R O O O R O O O O O R R mamy cztery serie, zaczynające się od miejsc 2, 3, 4 i 14. Obliczyć wartość oczekiwaną liczby serii pięciu orłów w 20 rzutach. 0.5 Zadanie 61. Na okręgu o obwodzie 1 wybieramy punkt X 0, a następnie losowo i niezależnie wybieramy punkty X 1,..., X n. Niech Y oznacza odległość od X 0 do najbliższego spośród punktów X 1,..., X n liczoną wzdłuż okręgu. Obliczyć EY n+1 Zadanie 62. Niech X i Y będą zmiennymi losowymi o łącznym rozkładzie normalnym takim, że EX = EY = 0, V arx = 1, V ary = 5, Cov(X, Y ) = 2. Obliczyć E(Y 2 X = x) x 2 Zadanie 63. Załóżmy, że X, Y i Z są niezależnymi zmiennymi losowymi o standardowym rozkładzie normalnym N(0, 1). Znaleźć liczbę a taką, że 0.6 ( ) X P X2 + Y 2 + Z a = Zadanie 64. Załóżmy, że X 1, X 2, X 3 są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym. Niech S = X 1 + X 2 + X 3. Obliczyć P (X 1 > S/2 lub X 2 > S/2 lub X 3 > S/2). 3/4 Zadanie 65. Na okręgu o promieniu 1 wybieramy losowo i niezależnie dwa punkty. Obliczyć wartość oczekiwaną odległości między nimi (odległość mierzymy wzdłuż cięciwy). 4/π Zadanie 66. Rozważamy kolektywny model ryzyk. Zakładamy, że S = S N = N i=1 X i, gdzie N oraz X 1, X 2,... są niezależnymi zmiennymi losowymi, przy czym N ma rozkład Poissona z wartością oczekiwaną λ, zaś każda ze zmiennych X n ma rozkład taki, że P (X n = 1) = 2 3 = 1 P (X n = 2). Obliczyć warunkową wartość oczekiwaną E(N S = 3). 6 λ+3 2λ+9 Zadanie 67. Załóżmy, że X 0 oraz W 1,..., W 10 są niezależnymi zmiennymi losowymi, przy tym każda ze zmiennych W 1,..., W 10 ma jednakowy rozkład normalny N(5, 1). Niech X n+1 = 1 2 X n + W n+1, dla n = 0, 1,..., 9. Wiadomo, że zmienne losowe X 0 i X 10 mają rozkład normalny o jednakowych parametrach. Wyznaczyć parametry tego rozkładu. wartość oczekiwana 10.4, wariancja 4/3 Zadanie 68. Rzucamy dziesięć razy monetą. Niech K 5 oznacza liczbę orłów w pierwszych pięciu rzutach, zaś K 10 liczbę orłów we wszystkich dziesięciu rzutach. Obliczyć EV ar(k 5 K 10 ) zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 8

9 Zadanie 69. W umie znajduje się dziesięć kul, ponumerowanych liczbami 1, 2,..., 10. Losujemy ze zwracaniem czterokrotnie po jednej kuli. Niech S oznacza sumę numerów wylosowanych kul. Umawiamy się przy tym, że każdy wylosowany numer występuje w sumie tylko raz, (np. jeśli wylosowaliśmy kule o numerach 3, 1, 5, 3, to S = = 9). Obliczyć wartość oczekiwaną zmiennej losowej S Zadanie 70. Wiadomo, że zmienna losowa X ma wykładniczy rozkład prawdopodobieństwa o gęstości e x (x > 0), zaś Y jest taką zmienną losową, że dla każdego x > 0, E(Y X > x) = x + 2, oraz iż moment drugiego rzędu zmiennej Y istnieje i jest liczbą skończoną. Obliczyć Cov(X, Y ) i Corr(X, Y ). Cov(X, Y ) = 1, podane informacje nie wystarczają do obliczenia współczynnika korelacji Zadanie 71. Załóżmy, że X 1, X 2, X 3 są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną 5. Obliczyć V ar(x 2 + X 3 X 1 + X 2 = 5) Zadanie 72. Zmienna losowa X ma rozkład wykładniczy o gęstości λe λx (x > 0). Dla dowolnej liczby a niech a oznacza największą liczbę całkowitą nie większą niż a oraz a = a a oznacza część ułamkową liczby a. Obliczyć E X w zależności od c = E( X ). (ln(c + 1) ln c) 1 c Zadanie 73. Niech X 1,..., X 10 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie prawdopodobieństwa P (X i = 1) = 2/3 = 1 P (X i = 1). Niech S k = k i=1 X i dla k = 1,..., 10. Obliczyć P (S 10 = 2 i S 1 5, S 2 5,..., S 9 5) Zadanie 74. Niech X = N exp(tz), gdzie N jest zmienną losową o rozkładzie Poissona z parametrem λ, Z jest zmienną losową o rozkładzie normalnym N(µ, σ 2 ), niezależną od N, t jest stałą. Obliczyć V arx (EX) 2. 1 λ exp(σ2 t 2 ) + exp(σ 2 t 2 ) 1 Zadanie 75. Wiemy, że Y = 2X + W, gdzie X i W są niezależnymi zmiennymi losowymi, X ma rozkład normalny N(0, 9), a W ma rozkład normalny N(0, 4). Dla jakiego a zachodzi związek X = ay + U i zmienne Y i U są niezależne. 9/20 Zadanie 76. Niech K będzie zmienną losową taką, że P (K = k) = 0.1 dla k = 1,..., 10. Niech X k = 1, gdy K = k, 0, gdy K k, S 5 = X 1 + X 2 + X 3 + X 4 + X 5. Obliczyć Cov(X 1, S 5 ). 1/20 Zadanie 77. Załóżmy, że zmienne losowe X i Y mają łączny rozkład normalny, EX = EY = 0, V arx = V ary = 1 i Cov(X, Y ) = ϱ. Obliczyć Cov(X 2, Y 2 ). 2ϱ 2 Zadanie 78. Niech N 1 = N i=1 X i i N 0 = N N 1, gdzie N jest zmienną losową o rozkładzie Poissona z parametrem λ, zaś X 1,..., X n,... są zmiennymi losowymi niezależnymi od N i od siebie nawzajem. Zakładamy, że każda [ ze] zmiennych X i ma rozkład Bemoulliego: P (X i = 1) = p = 1 P (X i = 0), gdzie 0 < p < 1. Obliczyć E N1. N 0 +1 p 1 p (1 e λ ) zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 9

10 Zadanie 79. Załóżmy, że W 1,..., W n,... są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym, E(W n ) = 1/λ. Niech T 0 = 0 i T n = n i=1 W i dla n = 1, 2,.... Załóżmy, że Y jest zmienną losową o rozkładzie wykładniczym, EY = 1/α i niezależną od zmiennych W i. Niech N = maxn 0 : T n Y }. Podać rozkład prawdopodobieństwa zmiennej losowej N. ( n P (N = n) = α λ α+λ α+λ) dla n = 0, 1, 2,... Zadanie 80. Zmienne losowe N i X są niezależne i mają następujące rozkłady prawdopodobieństwa: P (N = n) = 2 n dla n = 1, 2,..., P (X > x) = 2 x dla x > 0. Obliczyć P (X > N). 1/3 Zadanie 81. Z odcinka [0, 1] wybieramy losowo punkt X 1. Następnie z odcinka [0, X 1 ] wybieramy losowo punkt X 2, z odcinka [0, X 2 ] - punkt X 3 i tak dalej. Obliczyć współczynnik zmienności otrzymanego w n-tym kroku punktu X n, czyli V arx n EX n. (4/3) n 1 Zadanie 82. W urnie znajduje się 20 kul, na każdej z nich narysowana jest litera i cyfra. Mamy osiem kul oznaczonych A1, cztery kule oznaczone A2, sześć kul oznaczonych B1 i dwie kule oznaczone B2. Losujemy bez zwracania dziesięć kul. Niech N A oznacza liczbę wylosowanych kul oznaczonych literą A, zaś N 1 - liczbę wylosowanych kul oznaczonych cyfrą 1. Obliczyć E(N 1 N A ) N A Zadanie 83. O zmiennych losowych X i Y wiemy, że 0 Y < X, P (X = 0) = 0, E(Y X) = X 2 V ary = 1 2 V arx (EX)2. Pokazać, że P (Y = X) = 0.5. i Zadanie 84. O zmiennych losowych X 0 i X 1 zakładamy, że EX 0 = EX 1 = 0, V arx 0 = V arx 1 = 1 i Cov(X 0, X 1 ) = ϱ, gdzie 0 < ϱ < 1. Niech X 1 = ϱx 0 + W. Rozważmy zmienne losowe postaci Ŵ = zx 1 + (1 z)x 0 interpretowane jako predyktory nieobserwowanej zmiennej W. Znaleźć współczynnik z, dla którego błąd średniokwadratowy E(Ŵ W )2 jest minimalny. 1 + ϱ 2 Zadanie 85. Wykonujemy rzuty monetą aż do otrzymania po raz pierwszy sekwencji dwóch jednakowych wyników (tj. OO lub RR) w dwóch kolejnych rzutach. Obliczyć wartość oczekiwaną liczby wykonanych rzutów. 3 Zadanie 86. Załóżmy, że zmienne losowe X 1, X 2,... są niezależne i mają jednakowy wykładniczy rozkład prawdopodobieństwa o gęstości λe λx, dla x > 0, Zmienne losowe X 1, X 2,... określamy wzorem X i = Xi aex i, gdy X i > aex i, 0, gdy X i aex i. Zmienna losowa N ma rozkład Poissona o wartości oczekiwanej λ i jest niezależna od X 1, X 2,... Niech S = N i=1 X i oraz S = N X i=1 i. Dobrać liczbę a tak, żeby V ar S = 0.36V ars zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 10

11 Zadanie 87. W urnie znajdują się kule, z których każda oznaczona jest jedną z liter alfabetu: 10 kul oznaczonych literą A, 20 kul oznaczonych literą B, 30 kul oznaczonych literą C i x kul oznaczonych innymi literami alfabetu. Losujemy ze zwracaniem siedem razy po jednej kuli z urny. Zmienne losowe N A, N B, N C oznaczają odpowiednio liczbę tych ciągnięć, w których pojawiła się litera A, B, C. Jakie musi być x, aby zmienne losowe N A + N B oraz N B + N C były nieskorelowane? 15 Zadanie 88. Załóżmy, że X 1,..., X n,... są niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie jednostajnym na przedziale (0, 1), zaś N jest zmienną o rozkładzie Poissona o wartości oczekiwanej λ, niezależną od X 1,..., X n,... Niech maxx1,..., X M = n }, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Obliczyć EM. 1 1 e λ λ Zadanie 89. Załóżmy, że W 1, W 2 są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym, EW n = 1/λ, n = 1, 2. Niech X = minw 1, W 2 }. Obliczyć E(W 1 X). X + 1 2λ Zadanie 90. Załóżmy, że X 1,... X m, X m+1,..., X n jest próbką z rozkładu normalnego N(µ, σ 2 ). Niech X m = 1 m m i=1 X i oraz X n = 1 n n i=1 X i. Obliczyć [ m i=1 E (X i X m ) 2 ] n i=1 (X i X. n ) 2 m 1 n 1 Zadanie 91. W urnie znajduje się 25 kul, z których m = 15 jest białych, r m = 10 czarnych. Losujemy bez zwracania najpierw n 1 = 6 kul, a następnie spośród pozostałych w urnie, losujemy bez zwracania n 2 = 8 kul. Niech S 1 oznacza liczbę białych kul wybranych w pierwszym losowaniu, a S 2 oznacza liczbę białych kul wybranych w drugim losowaniu. Obliczyć Cov(S 1, S 2 ) Zadanie 92. Załóżmy, że X 1,..., X n,... są dodatnimi, niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym ciągłym rozkładzie prawdopodobieństwa. Niech R 0 = 0 i R n = maxx 1,..., X n } dla n > 0. Zmienne losowe N i M są od siebie niezależne i niezależne od X 1,..., X n,... Wiadomo, że obie te zmienne mają rozkłady Poissona, EN = λ i EM = µ. Obliczyć P (R N+M > R N ). µ λ+µ [1 e λ µ ] Zadanie 93. Załóżmy, że zmienne losowe X 1,..., X n,... są niezależne, mają jednakowy rozkład prawdopodobieństwa, EX i = µ, V arx i = σ 2. Niech N będzie zmienną losową niezależną od ciągu X 1,..., X n,... o rozkładzie prawdopodobieństwa danym wzorem Niech S n = n i=1 X i. Obliczyć V ar ( S NN ). θσ 2 P (N = n) = n(1 θ) n 1 θ 2 dla n = 1, 2,... Zadanie 94. Załóżmy, że X 1,..., X n i Y 1,..., Y m są dwiema niezależnymi próbkami z tego samego rozkładu normalnego N(µ, σ 2 ). Niech X = 1 n n i=1 X i oraz Ȳ = 1 m m i=1 Y i. Obliczyć P ( X µ > Ȳ µ ) dla n = 100 i m = zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 11

12 Zadanie 95. Załóżmy, że dla danej wartości Θ = θ zmienne losowe X 1,..., X n,... są warunkowo niezależne i mają dwupunktowy rozkład prawdopodobieństwa P (X i = 1 θ) = θ = 1 P (X i = 0 θ). Zmienna losowa Θ ma rozkład jednostajny na przedziale (0, 1). Niech N = minn : X n = 1}. Obliczyć P (N = n + 1 N > n) dla n = 0, 1, 2,... 1 n+2 Zadanie 96. Rozważmy następującą, uproszczoną wersję gry w wojnę. Talia składa się z 52 kart. Dobrze potasowane karty rozdajemy dwóm graczom, każdemu po 26 i układamy w dwie kupki. Gracze wykładają kolejno po jednej karcie z wierzchu swojej kupki i sprawdzają wysokość obu kart. Jeśli obie wyłożone karty są równej wysokości (dwa asy lub dwa króle itd.) to mówimy, że następuje wojna. Po sprawdzeniu, obie karty odkładamy na bok i nie biorą już one udziału w dalszej grze. Powtarzamy tę procedurę 26 razy; gra kończy się, gdy obaj gracze wyłożą wszystkie karty. Obliczyć wartość oczekiwaną liczby wojen. 26/17 Zadanie 97. Niech W 1, W 2, W 3 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym o gęstości λe f(w) = λw, dla w > 0, Obliczyć medianę zmiennej losowej 2/2 W 1 W 2 +W 3. Zadanie 98. Wiemy, że zmienne losowe X 1,..., X m,..., X n są niezależne i mają jednakowy rozkład prawdopodobieństwa. Zakładamy, że 1 < m < n i znamy V ar(x i ) = σ 2. Niech S m = X X m i S n = X X m + + X n. Obliczyć EV ar(s m S n ). m n m n σ2 Zadanie 99. Załóżmy, że X, Y są zmiennymi losowymi o łącznym rozkładzie normalnym, EX = EY = 0, V arx = V ary = 1 i Cov(X, Y ) = ϱ. Obliczyć V ar(xy ). 1 + ϱ 2 Zadanie 100. W urnie znajduje się 25 kul, z których 15 jest białych i 10 czarnych. Losujemy bez zwracania kolejno po jednej kuli. Kończymy losowanie w momencie, kiedy wyciągnięte zostaną wszystkie czarne kule. Obliczyć wartość oczekiwaną liczby pozostałych w urnie białych kul. 15/11 Zadanie 101. Wektor losowy (X, Y ) ma łączną gęstość prawdopodobieństwa Podać gęstość g(z) rozkładu zmiennej losowej Z = g(z) = 1 dla 0 < z < 1 2, dla x > 0, y > 0, 4x + y < 1, f(x, y) = X X+Y. Zadanie 102. Załóżmy, że X 1,..., X n są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym, ciągłym rozkładzie prawdopodobieństwa, mającymi momenty rzędu 1, 2 i 3. Znamy µ = EX i i σ 2 = V arx i. Niech f(x) oznacza gęstość rozkładu pojedynczej zmiennej X i. Wiemy, że rozkład jest symetryczny w tym sensie, że f(µ + x) = f(µ x) dla każdego x. Obliczyć trzeci moment sumy: ES 3 n, gdzie S n = X X n. n 2 µ(nµ 2 + 3σ 2 ) zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 12

13 Zadanie 103. Załóżmy, że X 1,..., X n,... jest ciągiem niezależnych zmiennych losowych o jednakowym rozkładzie wykładniczym o gęstości 1 exp( x/µ) dla x > 0. µ Zmienna losowa N jest niezależna od X 1,..., X n,... i ma rozkład Poissona o wartości oczekiwanej λ. Niech c będzie ustaloną liczbą dodatnią, Obliczyć Cov(S (Y ), S (Z) ). cµλe c/µ N N Y i = minx i, c}, Z i = X i Y i, S (Y ) = Y i, S (Z) = Z i. Zadanie 104. Załóżmy, że X 1,..., X m,... jest ciągiem niezależnych, dodatnich zmiennych losowych o jednakowym rozkładzie o gęstości x exp( x) dla x > 0. Niech S 0 = 0 i S m = X X m dla m > 0. Określmy zmienną losową M = maxm 0 : S m 5}. Obliczyć P (M = 2). 5e 5 Zadanie 105. Załóżmy, że X 1,..., X n,... jest ciągiem niezależnych zmiennych losowych o jednakowym rozkładzie wykładniczym o gęstości i=1 1 exp( x/µ) dla x > 0. µ i=1 Zmienna losowa N jest niezależna od X 1,..., X n,... i ma rozkład geometryczny dany wzorem: P (N = n) = p(1 p) n dla n = 0, 1, 2,... Niech S N = N i=1 X i (przy tym S 0 = 0, zgodnie z konwencją). Obliczyć prawdopodobieństwo warunkowe P (N = 1 S N = s) dla s > 0. exp[ s(1 p)/µ] Zadanie 106. Rozważmy następujący model strzelania do tarczy. Współrzędne punktu trafienia (X, Y ) są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie normalnym N(0, σ 2 ). Punkt (0, 0) uznajemy za środek tarczy, więc X 2 + Y 2 jest odległością od środka. Obliczyć wartość oczekiwaną odległości od środka najlepszego z n strzałów (X 1, Y 1 ),..., (X n, Y n ), czyli πσ 2 2n E min X1 2 + Y 1 2,..., } Xn 2 + Yn 2. Zadanie 107. W urnie znajduje się 10 kul Amarantowych, 10 kul Białych i 10 kul Czarnych. Losujemy bez zwracania 12 kul. Niech A oznacza liczbę wylosowanych kul Amarantowych, B oznacza liczbę wylosowanych kul Białych, C oznacza liczbę wylosowanych kul Czarnych. Obliczyć współczynnik korelacji zmiennych losowych A i B. (Wskazówka: V ar(a + B + C) = 0.) 1/2 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 13

14 Zadanie 108. Niech X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym o gęstości αe αx, dla x > 0, Niech N będzie zmienną losową niezależną od X 1,..., X n,... o rozkładzie Poissona z parametrem λ. Niech minx1,..., X Y = n }, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Obliczyć E(N Y = y) przy założeniu, że y > λe αy Zadanie 109. W loterii bierze udział 10 osób. Regulamin loterii faworyzuje te osoby, które w eliminacjach osiągnęły lepsze wyniki: zwycięzca eliminacji, nazywany graczem nr. 1 otrzymuje 10 losów; osoba, która zajęła drugie miejsce w eliminacjach, nazywana graczem nr. 2, otrzymuje 9 losów; osoba, która zajęła trzecie miejsce w eliminacjach, nazywana graczem nr. 3, otrzymuje 8 losów,...,osoba, która zajęła dziesiąte miejsce w eliminacjach, nazywana graczem nr. 10, otrzymuje 1 los. Jeden spośród 55 losów przynosi wygraną. Obliczyć wartość oczekiwaną numeru gracza, który posiada wygrywający los. 4 Zadanie 110. Niech zmienna losowa S n będzie liczbą sukcesów w n próbach Bernoulliego z prawdopodobieństwem sukcesu p. O zdarzeniu losowym A wiemy, że P (A S n = k) = a k n dla k = 0, 1,..., n, gdzie a jest znaną liczbą, 0 < a 1. Obliczyć E(S n A). pn + 1 p Zadanie 111. Rozważmy sumę losowej liczby zmiennych losowych S = S N = N i=1 X i. Przyjmijmy typowe dla kolektywnego modelu ryzyka założenia: składniki X i mają jednakowy rozkład prawdopodobieństwa, są niezależne od siebie nawzajem i od zmiennej losowej N. Przyjmijmy oznaczenia: EX i = µ, V arx i = σ 2, EN = m, V arn = d 2. Podać współczynniki a, b funkcji liniowej a S + b, która najlepiej przybliża zmienną losową N w sensie średniokwadratowym: E(a S + b N) 2 = min a,b E(aS + b N)2. a = µd 2 µ 2 d 2 +mσ 2, b = m2 σ 2 µ 2 d 2 +mσ 2 Zadanie 112. Niech X i Y będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładach normalnych, przy tym, EX = EY = 0, V arx = 1, V ary = 3. Obliczyć P ( X < Y ) Zadanie 113. Rozważmy niezależne zmienne losowe W 0, W 1,..., W n,... o jednakowym rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną µ. Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną λ, niezależną od W 0, W 1,..., W n,... Wyznaczyć dystrybuantę rozkładu prawdopodobieństwa zmiennej losowej Y = minw 0, W 1,..., W N }. 1 exp [ λ(e y/µ 1) y/µ ] Zadanie 114. Załóżmy, że U 0, U 1,..., U n są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie jednostajnym na przedziale (0, 1). Obliczyć warunkową wartość oczekiwaną E(maxU 0, U 1,..., U n } U 0 ). n+u n+1 0 n+1 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 14

15 Zadanie 115. Niech Z 1,..., Z n będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie Pareto o gęstości λ θ p(x) =, dla x > 0, (x+λ) θ+1 0, poza tym, gdzie θ > 1, λ > 0 są ustalonymi liczbami. Wyznaczyć E(Z Z n minz 1,..., Z n } = t), gdzie t jest ustaloną liczbą większą od zera. nt + (n 1) λ+t θ 1 Zadanie 116. Zmienna losowa (X, Y, Z) ma rozkład normalny z wartością oczekiwaną (0, 0, 0) i macierzą kowariancji Obliczyć V ar((x + Y )Z) Zadanie 117. Niech X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną 1, a Y 1,..., Y n,... niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną 2. Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie Poissona z parametrem 4. Wszystkie zmienne są niezależne. Niech T = N i=1 X i, gdy N 1, 0, gdy N = 0, S = N i=1 Y i, gdy N 1, 0, gdy N = 0. Obliczyć współczynnik korelacji Corr(T, S) między zmiennymi T i S. 0.5 Zadanie 118. Niech X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym o gęstości αe αx, dla x > 0, 0, poza tym, gdzie α > 0 jest ustalonym parametrem. Niech N będzie zmienną losową, niezależną od X 1,..., X n,... o rozkładzie ujemnym dwumianowym P (N = n) = ( ) n+r 1 n p r (1 p) n dla n = 0, 1, 2,..., gdzie r > 0 i p (0, 1) są ustalonymi parametrami. Niech Obliczyć E(NZ N ) i V ar(nz N ). E(NZ N ) = 1 pr α Z N = i V ar(nz N ) = 1 p2r α 2 maxx1,..., X N }, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Zadanie 119. Niech (X, Y ) będzie dwuwymiarową zmienną losową o funkcji gęstości e f(x, y) = x, dla x > 0 i y (0, 1), Niech Z = X + 2Y. Wyznaczyć łączny rozkład zmiennych Z i X. funkcja gęstości g(z, x) = e x /2 na zbiorze (z, x) : 0 < x < z < 2 + x} zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 15

16 Zadanie 120. Niech X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie wykładniczym o wartości oczekiwanej 0.5 i niech N będzie zmienną losową niezależną od X 1,..., X n,..., o rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną równą 3. Niech 0, gdy Xi d, Y i = X i d, gdy X i > d, gdzie d jest ustaloną liczbą dodatnią. Wyznaczyć funkcję tworzącą momenty zmiennej Z = N i=1 Y i w punkcie 1, a więc E(e Z ). exp(3e 2d ) Zadanie 121. Zmienne losowe X 1,..., X n są niezależne i mają jednakową wariancję σ 2. Niech U = 3X 1 + X X n i V = X l + X X n 1 + 2X n. Wyznaczyć współczynnik korelacji między U i V. n+3 n+8 Zadanie 122. Wykonujemy rzuty symetryczną kością do gry do chwili uzyskania drugiej szóstki. Niech Y oznacza zmienną losową równą liczbie rzutów, w których uzyskaliśmy inne wyniki niż szóstka, a X zmienną losową równą liczbie rzutów, w których uzyskaliśmy jedynkę. Obliczyć E(Y X X = 4). 12 Zadanie 123. Niech X 1, X 2, X 3, X 4 będą niezależnymi zmiennymi losowymi, przy czym X 1 ma rozkład Pareto(1, 1) a pozostałe zmienne mają jednakowy rozkład Pareto(1, 2). Obliczyć prawdopodobieństwo P (minx 1, X 2, X 3, X 4 } < X 1 < maxx 1, X 2, X 3, X 4 }). Rozkład Pareto(λ, θ) jest rozkładem o gęstości λ θ θ, dla x > 0, (λ+x) θ+1 2/5 Zadanie 124. Niech (X, Y ) będzie dwuwymiarową zmienną losową o funkcji gęstości 4 f(xy) = π, dla x > 0, y > 0, x2 + y 2 < 1, Niech Z = X Y oraz V = X2 + Y 2. Udowodnić, że funkcja gęstości rozkładu brzegowego zmiennej Z wyraża 2 się wzorem g(z) = π(1+z 2 ) dla z (0, + ). Zadanie 125. Zmienne losowe X 1,..., X n mają jednakową wartość oczekiwaną µ, jednakową wariancję σ 2 i współczynnik korelacji Corr(X i, X j ) = ϱ dla i j. Zmienne losowe Z 1,..., Z n są nawzajem niezależne oraz niezależne od zmiennych losowych X 1,..., X n i mają rozkłady postaci P (Z i = 0) = P (Z i = 1) = 0.5. Obliczyć wariancję zmiennej losowej n i=1 Z ix i. n µ2 4 + n σ2 2 ( 1 + n 1 2 ϱ) Zadanie 126. Niech N, X 1, X 2,..., Y 1, Y 2,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi. Zmienne X i, i = 1, 2,..., mają rozkłady wykładnicze o wartości oczekiwanej 1, zmienne losowe Y i, i = 1, 2,..., mają rozkłady wykładnicze o wartości oczekiwanej 2. Warunkowy rozkład zmiennej losowej N przy danym Λ = λ jest rozkładem Poissona o wartości oczekiwanej λ. Rozkład brzegowy zmiennej Λ jest rozkładem gamma o gęstości 16λe f(λ) = 4λ, dla λ > 0, Niech N S = i=1 X i, gdy N > 0, 0, gdy N = 0, Obliczyć współczynnik korelacji Corr(T, S). 5/9 i T = N i=1 Y i, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 16

17 Zadanie 127. Niech (X, Y ) będzie dwuwymiarową zmienną losową o funkcji gęstości 6x, dla x > 0, y > 0, x + y < 1, f(x, y) = Niech S = X + Y i V = Y X. Wyznaczyć V ar(v S = 0.5). 1/18 Zadanie 128. Niech X 1 i X 2 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie jednostajnym na przedziale (0, 1). Rozważmy zmienną losową równą bezwzględnej wartości różnicy pierwotnych zmiennych X 1 i X 2. Obliczyć wartość oczekiwaną µ oraz wariancję σ 2 zmiennej losowej X 1 X 2. µ = 1 3, σ2 = 1 18 Zadanie 129. Niech X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną równą 3. Niech N będzie zmienną losową niezależną od zmiennych X 1,..., X n,..., o rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną 2. Niech 1 N Z N = N+1 i=1 ix i, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Obliczyć V arz N. (Wskazówka: n 2 = n(n+1)(2n+1) 6 ) e 2 Zadanie 130. Wykonujemy n niezależnych doświadczeń, z których każde może się zakończyć jednym z czterech wyników: A 1, A 2, A 3, A 4. Niech N i oznacza liczbę doświadczeń, w których uzyskano wynik A i, a p i prawdopodobieństwo uzyskania wyniku A i w pojedynczym doświadczeniu, gdzie i = 1, 2, 3, 4. Wiadomo, że p 1 = 1 15 i p 2 = Jaka jest wartość p 3, jeżeli zmienne losowe N 1 + N 2 i N 1 + N 3 N 4 są nieskorelowane Zadanie 131. Niech (X, Y ) będzie dwuwymiarową zmienną losową o funkcji gęstości 3 f(x, y) = x, dla x > 1 i y (1, 2), 4 Niech S = XY. Wyznaczyć rozkład zmiennej losowej X przy S = 3. g(x S = 3) = 108 x 5 dla x (1.5, 3) Zadanie 132. Załóżmy, że X 1,..., X 10 są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie wykładniczym o gęstości λe λx, dla x > 0, 0, poza tym, gdzie λ > 0 jest ustaloną liczbą. Niech S = X X 10. Obliczyć ( P X 1 > S 2 X 2 > S 2 X 10 > S ). 2 5/256 Zadanie 133. Niech (U 1,..., U n ) będzie próbą niezależnych zmiennych losowych z rozkładu jednostajnego na odcinku (0, 1), a więc niech łączna gęstość próby wynosi: f(u 1,..., u n ) = 1 dla każdego (u 1,..., u n ) (0, 1) n. Załóżmy, że n > 1. Niech (Y 1,..., Y n ) oznacza próbę (U 1,..., U n ) uporządkowaną w kolejności rosnącej. Oznaczmy gęstość próby uporządkowanej przez g(y 1,..., y n ). Oczywiście gęstość ta przyjmuje wartości dodatnie na zbiorze: (y 1,..., y n ) : 0 < y 1 < < y n < 1}. Wyznaczyć gęstość g na tym zbiorze. g(y 1,..., y n ) = n! zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 17

18 Zadanie 134. Rzucamy 12 razy symetryczną monetą. Niech X 4 oznacza liczbę orłów w pierwszych czterech rzutach, a X 12 liczbę orłów we wszystkich dwunastu rzutach. Obliczyć EV ar(x 4 X 12 ). 2/3 Zadanie 135. W konkursie złożonym z trzech etapów startuje niezależnie n uczestników. Prawdopodobieństwo, że uczestnik odpadnie po pierwszym etapie jest równe θ. Prawdopodobieństwo, że uczestnik, który przeszedł etap pierwszy, odpadnie w etapie drugim też jest równe θ. Niech K oznacza liczbę uczestników, którzy odpadli w pierwszym etapie, zaś M liczbę uczestników, którzy odpadli w etapie drugim. Niech θ = 3 5. Obliczyć prawdopodobieństwo P (K + M = k) dla k 0, 1,..., n}. ( ) n 21 k 4 n k k 5 2n Zadanie 136. Niech X 1,..., X n będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie zadanym gęstością 3x 2, dla x (0, 1), Wyznaczyć E(X X n maxx 1,..., X n } = t), gdzie t jest ustaloną liczbą z przedziału (0, 1). 3n+1 4 t Zadanie 137. Zmienne losowe X 1,..., X n mają jednakową wartość oczekiwaną µ, jednakową wariancję σ 2 i współczynnik korelacji Corr(X i, X j ) = ϱ dla i j. Zmienne losowe Z 1,..., Z n są nawzajem niezależne oraz niezależne od zmiennych losowych X 1,..., X n i mają rozkłady postaci P (Z i = 1) = p = 1 P (Z i = 1). Obliczyć wariancję zmiennej losowej n i=1 Z ix i. nσ 2 (1 + (n 1)ϱ(1 2p) 2 ) Zadanie 138. Zmienne losowe X 1,..., X 5 są niezależne i mają jednakowy rozkład o gęstości θe θx, dla x > 0, 0, poza tym, gdzie θ > 0 jest ustaloną liczbą. Niech Y oznacza zmienną losowa równą 1, gdy X 1 3 i równą 0 w pozostałych przypadkach. Niech T = 5 i=1 X i. Wyznaczyć E(Y T = 5) Zadanie 139. Zmienne losowe X i Y są niezależne i każda ma rozkład prawdopodobieństwa o gęstości 4 (1+x), dla x > 0, 5 Rozważamy zmienną losową U = na przedziale (0, 1). ln X ln[(1+x)(1+y )]. Udowodnić, że zmienna losowa U ma rozkład jednostajny Zadanie 140. Zmienna losowa (X, Y, Z) ma rozkład normalny z wartością oczekiwaną EX = EY = 1, EZ = 0 i macierzą kowariancji Obliczyć V ar((x Y )Z). 13 Zadanie 141. Zmienne losowe X 1, X 2,..., X n,... są niezależne i mają rozkład dwupunktowy P (X i = 1) = P (X i = 1) = 0.5. Niech S n = n i=1 X i. Obliczyć P (S 10 = 4 i S n 6 dla n = 1, 2,..., 9). 119/1024 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 18

19 Zadanie 142. Niech (X, Y ) będzie dwuwymiarową zmienną losową o funkcji gęstości 2 f(x, y) = π, dla y > 0 i x2 + y 2 < 1, Niech Z = X X 2 +Y i V = X 2 + Y 2. Wykazać, że funkcja gęstości rozkładu brzegowego zmiennej V wyraża 2 się wzorem g(v) = 1 dla v (0, 1). Zadanie 143. Rzucamy symetryczną kostka do gry tak długo, aż uzyskamy każdą liczbę oczek. Obliczyć wartość oczekiwaną liczby rzutów Zadanie 144. Niech X 1, X 2,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie jednostajnym na przedziale (1, 2). Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie ujemnym dwumianowym niezależną od zmiennych losowych X 1, X 2,... Niech Obliczyć EM N. 2 p p2 1 2 p ( ) n + 2 P (N = n) = p 3 (1 p) n dla n = 0, 1, 2,..., n M N = maxx1,..., X N }, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Zadanie 145. Niech X i Y będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładach wykładniczych, przy czym EX = 4 i EY = 6. Rozważamy zmienną losową Z = X X+Y. Wyznaczyć medianę rozkładu zmiennej Z. 0.4 Zadanie 146. Zmienne losowe X 1,..., X 25 są niezależne o jednakowym rozkładzie normalnym N(µ, σ 2 ). Niech S 10 = 10 i=1 X i i S 25 = 25 i=1 X i. Wyznaczyć E(S 10 S 25 ). 6σ S 25 Zadanie 147. Załóżmy, że X i Y są niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładzie normalnym N(0, 1). Zmienna losowa T jest równa X T = X2 + Y. 2 Wyznaczyć funkcję gęstości zmiennej losowej T. dla x (0, 1) 2 2 π 1 x Zadanie 148. Niech X 1, X 2,..., X n,... będą niezależnymi dodatnimi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym o wartości oczekiwanej a. Niech N i M będą zmiennymi losowymi o rozkładach Poissona niezależnymi od siebie nawzajem i od zmiennych losowych X 1, X 2,..., X n,..., przy czym EN = λ i EM = µ. Niech maxx1,..., X Y n = n }, gdy n > 0, 0, gdy n = 0. Obliczyć P (Y M+N > Y M ). (1 exp( λ µ)) λ λ+µ zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 19

20 Zadanie 149. Zmienne losowe X i Y są niezależne i każda ma rozkład wykładniczy z wartością oczekiwaną λ > 0. Obliczyć V ar(minx, Y } X + Y = 2) Zadanie 150. Niech X 1, X 2,..., X n,..., I 1, I 2,..., I n,... oraz N będą niezależnymi zmiennymi losowymi. Zmienne X 1, X 2,..., X n,... mają rozkład wykładniczy o wartości oczekiwanej µ > 0. Zmienne losowe I 1, I 2,..., I n,... mają rozkład dwupunktowy P (I i = 1) = p = 1 P (I i = 0), gdzie p (0, 1) jest ustaloną liczbą. Zmienna N ma rozkład ujemny dwumianowy P (N = n) = Γ(r+n) Γ(r)n! (1 q)r q n dla n = 0, 1, 2,..., gdzie r > 0 i q (0, 1) są ustalone. Niech T n = N i=1 X i, gdy N > 0, 0, gdy N = 0, S n = N i=1 I ix i, gdy N > 0, 0, gdy N = 0, Wyznaczyć kowariancję Cov(T N, S N ). pµ2 rq(2 q) (1 q) 2 Zadanie 151. Niech X będzie zmienną losową o rozkładzie Pareto o gęstości Niech Y będzie zmienną losową równą Wyznaczyć V ar(y X > 3). 950 Y = 64 (2+x) 5, dla x > 0, 0, gdy X 3, X 3, gdy X > 3. Zadanie 152. Niech X 1, X 2 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie ujemnym dwumianowym NB ( ) 2, 3 4 ( n + 1 P (X i = n) = n Wyznaczyć P (X 1 = 3 X 1 + X 2 = 6). 4/21 ) ( 3 4 ) 2 ( ) n 1 dla n = 0, 1, 2,... 4 Zadanie 153. Załóżmy, że X 0, X 1,..., X n,... są niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym i EX i = 1 λ. Niech } k N = min k 0 : X i > a, gdzie a jest ustaloną liczbą dodatnią. Podać rozkład prawdopodobieństwa zmiennej N. P (N = k) = (aλ)k k! exp( aλ) dla k = 0, 1, 2,... Zadanie 154. Niech X 0, X 1,..., X n będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym o wartości oczekiwanej 1. Obliczyć E(minX 0, X 1,..., X n } X 0 ). 1 n (1 exp( nx 0)) i=1 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 20

21 Zadanie 155. Niech X 1, X 2, X 3, X 4 będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie z gęstością 2 x, dla x > 0, 3 ( ) Obliczyć E minx1,x 2,X 3,X 4 } maxx 1,X 2,X 3,X 4 } Zadanie 156. Niech X 0, X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną równą 1. Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie Poissona z wartością oczekiwaną λ, niezależną od zmiennych X 1,..., X n,.... Niech M N = minx 0, X 1,..., X N }. Wyznaczyć Cov(M N, N). 1 λ+1 λ (1 e λ ) Zadanie 157. Niech N, X 1, X 2,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi, przy czym zmienna losowa N ma rozkład geometryczny P (N = n) = (1 q)q n dla n = 0, 1, 2,..., gdzie q (0, 1) jest ustaloną liczbą, a X 1, X 2,..., X n,... są zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną 1 λ. Niech X1 + + X S N = N, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Wyznaczyć prawdopodobieństwo P (S N x) dla x > 0. 1 (1 q)e λ(1 q)x Zadanie 158. W urnie znajduje się trzydzieści kul, na każdej narysowana jest litera i cyfra. Mamy dziesięć kul oznaczonych X1, osiem kul oznaczonych Y 1, osiem kul oznaczonych X2 oraz cztery kule oznaczone Y 2. Losujemy bez zwracania piętnaście kul. Niech N X określa liczbę kul oznaczonych literą X wśród wylosowanych, a N 2 liczbę kul z cyfrą 2 wśród kul wylosowanych. Obliczyć E(N X N 2 ). 1 3 ( N 2) Zadanie 159. Zmienne losowe X 1,..., X n,... są warunkowo niezależne przy danej wartości θ (0, 1) i mają rozkład prawdopodobieństwa P (X i = 1 θ) = θ = 1 P (X i = 0 θ). Zmienna losowa θ ma rozkład beta określony na przedziale (0, 1) o gęstości f(θ) = 12θ 2 (1 θ). Niech S n = n i=1 X i. Obliczyć P (S 8 > 0 S 6 = 0) Zadanie 160. Niech X 1,..., X n,... będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym z wartością oczekiwaną równą 1. Niech N będzie zmienną losową o rozkładzie ujemnym dwumianowym NB ( 2, e 1) : ( n + 1 P (N = n) = n ) ( 1 e ) 2 ( 1 1 e ) n dla n = 0, 1, 2..., niezależną od zmiennych X 1,..., X n,... Niech minx1,..., X M N = N }, gdy N > 0, 0, gdy N = 0. Wyznaczyć EM N. e 1 zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 21

22 Zadanie 161. W urnie znajduje się 40 kul, z których 25 jest białych i 15 czarnych. Losujemy bez zwracania najpierw 13 kul, a następnie z pozostałych kul w urnie losujemy bez zwracania 8 kul. Niech S 1 oznacza liczbę kul białych w pierwszym losowaniu, a S 2 liczbę kul białych w drugim losowaniu. Obliczyć Cov(S 1, S 2 ). 5/8 Zadanie 162. Losujemy ze zwracaniem po jednej karcie do gry z talii 52 kart tak długo aż wylosujemy pika. Niech Y oznacza zmienną losową równą liczbie wyciągniętych kart, a X zmienną losową równą liczbie kart, w których uzyskaliśmy karo. Obliczyć E(Y X = 4). 10 Zadanie 163. Załóżmy, że X 1,..., X n,... są niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym rozkładzie wykładniczym i EX i = 1 λ. Niech T 0 = 0 i T n = n i=1 X i dla n = 1, 2,... Niech Y będzie zmienną losową niezależną od zmiennych X 1,..., X n,... o rozkładzie gamma o gęstości gdzie β > 0 jest ustaloną liczbą. Niech β 2 x exp( βx), dla x > 0, 0, poza tym, N = maxn 0 : T n Y }. Podać rozkład prawdopodobieństwa zmiennej N. ( ) 2 ( r P (N = n) = (n + 1) β λ β+λ β+λ) dla n = 0, 1, 2... Zadanie 164. Zmienne losowe U i V są niezależne i mają rozkłady jednostajne na przedziale (0, 2). Niech X = maxu, V } i Y = minu, V }. Które z następujących stwierdzeń jest prawdziwe? (A) Cov(X, Y ) = 0. (B) P (X 2 + Y 2 < 4) = 0.5. (C) P (X + Y 2) = (D) P (X Y 1) = 0.5. (E) Cov(X, Y ) = 1 9. E zadania aktuarialne (zmienne losowe), modyfikacja WZ, strona 22