Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 4. Zmienne losowe

Podobne dokumenty
Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 4. Zmienne losowe

Wstęp do rachunku prawdopodobieństwa

Rachunek Prawdopodobieństwa Rozdział 5. Rozkłady łączne

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 4. Zmienne losowe

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 2. Aksjomatyczne ujęcie prawdopodobieństwa

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 4. Zmienne losowe

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 2. Aksjomatyczne ujęcie prawdopodobieństwa

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYKŁAD 3.

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 5. Rozkłady łączne

W2 Podstawy rachunku prawdopodobieństwa (przypomnienie)

Prawdopodobieństwo i statystyka

Rozdział 1. Zmienne losowe, ich rozkłady i charakterystyki. 1.1 Definicja zmiennej losowej

Podstawy metod probabilistycznych. dr Adam Kiersztyn

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 5. Rozkłady łączne

Statystyka i eksploracja danych

Rachunek prawdopodobieństwa- wykład 6

Literatura. Leitner R., Zacharski J., Zarys matematyki wyŝszej dla studentów, cz. III.

Prawdopodobieństwo i statystyka

Ćwiczenia 7 - Zmienna losowa i jej rozkład. Parametry rozkładu.

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 2. Aksjomatyczne ujęcie prawdopodobieństwa

PEWNE FAKTY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA

WYKŁAD 3. Witold Bednorz, Paweł Wolff. Rachunek Prawdopodobieństwa, WNE, Uniwersytet Warszawski. 1 Instytut Matematyki

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 6: Twierdzenia graniczne.

Definicja 7.4 (Dystrybuanta zmiennej losowej). Dystrybuantą F zmiennej losowej X nazywamy funkcję: Własności dystrybuanty zmiennej losowej:

Prawdopodobieństwo i statystyka

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYKŁAD 1. L. Kowalski, Statystyka, 2005

III. ZMIENNE LOSOWE JEDNOWYMIAROWE

σ-ciało zdarzeń Niech Ω będzie niepustym zbiorem zdarzeń elementarnych, a zbiór F rodziną podzbiorów zbioru Ω spełniającą warunki: jeśli A F, to A F;

Prawa wielkich liczb, centralne twierdzenia graniczne

02DRAP - Aksjomatyczna definicja prawdopodobieństwa, zasada w-w

Przykład 1 W przypadku jednokrotnego rzutu kostką przestrzeń zdarzeń elementarnych

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 6: Twierdzenia graniczne.

zdarzenie losowe - zdarzenie którego przebiegu czy wyniku nie da się przewidzieć na pewno.

Wykład 2 Zmienne losowe i ich rozkłady

Jednowymiarowa zmienna losowa

Metody probabilistyczne

Rodzinę spełniającą trzeci warunek tylko dla sumy skończonej nazywamy ciałem (algebrą) w zbiorze X.

Jeśli wszystkie wartości, jakie może przyjmować zmienna można wypisać w postaci ciągu {x 1, x 2,...}, to mówimy, że jest to zmienna dyskretna.

Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka

Rachunek prawdopodobieństwa (Elektronika, studia niestacjonarne) Wykład 3

Szkice do zajęć z Przedmiotu Wyrównawczego

Przykłady do zadania 6.1 :

Na A (n) rozważamy rozkład P (n) , który na zbiorach postaci A 1... A n określa się jako P (n) (X n, A (n), P (n)

Zmienna losowa i jej rozkład Dystrybuanta zmiennej losowej Wartość oczekiwana zmiennej losowej

Teoria miary. WPPT/Matematyka, rok II. Wykład 5

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 2 i 3 Zmienna losowa

Zmienne losowe i ich rozkłady. Momenty zmiennych losowych. Wrocław, 10 października 2014

2 Rodziny zbiorów. 2.1 Algebry i σ - algebry zbiorów. M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 11

Pojęcie przestrzeni probabilistycznej

Prawdopodobieństwo i statystyka

Zmienna losowa. Rozkład skokowy

Rozkłady i ich dystrybuanty 16 marca F X (t) = P (X < t) 0, gdy t 0, F X (t) = 1, gdy t > c, 0, gdy t x 1, 1, gdy t > x 2,

WYKŁAD 1. Witold Bednorz, Paweł Wolff. Rachunek Prawdopodobieństwa, WNE, Instytut Matematyki Uniwersytet Warszawski

Matematyka z el. statystyki, # 3 /Geodezja i kartografia II/

Wykład 1 Próba i populacja. Estymacja parametrów z wykorzystaniem metody bootstrap

Wykład 11: Martyngały: definicja, twierdzenia o zbieżności

Zmienne losowe. Statystyka w 3

Wykład 3 Jednowymiarowe zmienne losowe

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 1. Wstęp

Zadania do Rozdziału X

Teoria miary. Matematyka, rok II. Wykład 1

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka

Zmienne losowe skokowe

Metody probabilistyczne

Wykład 12: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe. Mieszanina rozkładów.

Przestrzeń probabilistyczna

Zmienne losowe. Powtórzenie. Dariusz Uciński. Wykład 1. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Universytet Zielonogórski

Biostatystyka, # 3 /Weterynaria I/

Robert Kowalczyk. Zbiór zadań z teorii miary i całki

F t+ := s>t. F s = F t.

Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA - POJĘCIA WSTĘPNE MATERIAŁY POMOCNICZE - TEORIA

Podstawy rachunku prawdopodobieństwa (przypomnienie)

Wykład 1 Zmienne losowe, statystyki próbkowe - powtórzenie materiału

Statystyka. Wydział Zarządzania Uniwersytetu Łódzkiego

Zmienne losowe, statystyki próbkowe. Wrocław, 2 marca 2015

A i. i=1. i=1. i=1. i=1. W dalszej części skryptu będziemy mieli najczęściej do czynienia z miarami określonymi na rodzinach, które są σ - algebrami.

Wykład z analizy danych: powtórzenie zagadnień z rachunku prawdopodobieństwa

Rozdział 1. Wektory losowe. 1.1 Wektor losowy i jego rozkład

Metody probabilistyczne

Prawdopodobieństwo. Prawdopodobieństwo. Jacek Kłopotowski. Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH. 16 października 2018

Zmienne losowe. dr Mariusz Grzadziel. rok akademicki 2016/2017 semestr letni. Katedra Matematyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Wykład 1: Przestrzeń probabilistyczna. Prawdopodobieństwo klasyczne. Prawdopodobieństwo geometryczne.

Elementy rachunku prawdopodobieństwa (M. Skośkiewicz, A. Siejka, K. Walczak, A. Szpakowska)

6.4 Podstawowe metody statystyczne

WYKŁAD 2. Zdarzenia losowe i prawdopodobieństwo Zmienna losowa i jej rozkłady

STATYSTYKA

Rachunek prawdopodobieństwa (Elektronika, studia niestacjonarne) Wykład 1

07DRAP - Zmienne losowe: dyskretne i ciągłe

Rodzinę F złożoną z podzbiorów zbioru X będziemy nazywali ciałem zbiorów, gdy spełnione są dwa następujące warunki.

Statystyka i Rachunek Prawdopodobieństwa dla Bioinzynierii Lista zadań 2, 2018/19z (zadania na ćwiczenia)

Statystyka i eksploracja danych

1 Elementy kombinatoryki i teorii prawdopodobieństwa

Statystyka matematyczna

Procesy stochastyczne

Statystyka i opracowanie danych Podstawy wnioskowania statystycznego. Prawo wielkich liczb. Centralne twierdzenie graniczne. Estymacja i estymatory

Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady

a. zbiór wszystkich potasowań talii kart (w którym S dostaje 13 pierwszych kart, W - 13 kolejnych itd.);

Rozkłady prawdopodobieństwa zmiennych losowych

Transkrypt:

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 4. Zmienne losowe 4.0. Rozkłady zmiennych losowych, dystrybuanta. Katarzyna Rybarczyk-Krzywdzińska

Wprowadzenie Rozważmy eksperymenty 1 gra Bolka w ruletkę w kasynie; 2 strzał Lolka do tarczy (każdy punkt tarczy równo prawdopodobny) Znamy już naturalne przestrzenie probabilistyczne, które odpowiadają tym eksperymentom.

Wprowadzenie A co jeśli nie interesują nas prawdopodobieństwa zbiorów wyników eksperymantu, ale rozkład prawdopodobieństw dla pewnych liczb związanych z eksperymentem np. rozkład prawdopodobieństw 1 liczby żetonów wygranych przez Bolka; 2 liczby punktów uzyskanych przez Lolka; 3 odległości od środka tarczy wyniku strzału Lolka.

Zmienna losowa 1 Liczba żetonów wygranych przez Bolka; 2 Liczba punktów uzyskanych przez Lolka; 3 Odległości od środka tarczy wyniku strzału Lolka; jest wartością funkcji, która każdemu zdarzeniu elementarnemu przyporządkowuje pewną wartość z R.

Zmienna losowa 1 Liczba żetonów wygranych przez Bolka; 2 Liczba punktów uzyskanych przez Lolka; 3 Odległości od środka tarczy wyniku strzału Lolka; jest wartością funkcji, która każdemu zdarzeniu elementarnemu przyporządkowuje pewną wartość z R. Definicja Niech (Ω, F, P) będzie przestrzenią probabilistyczną. Dowolną funkcję X : Ω R taką, że dla dowolnego zbioru borelowskiego A B(R) X 1 (A) = {ω Ω : X (ω) A} F nazywamy zmienną losową.

Szczypta teorii miary itp. Zmienna losowa jest to po prostu dowolna funkcja z (Ω, F, P) do R mierzalna w sensie Lebesgue a.

Przykład 1 Bolek postawił na czerwone ; Niech X : Ω R będzie zmienną losową równą wygranej Bolka (w żetonach). Prawdopodobieństwa jakich zdarzeń (w (Ω, F, P)) nas interesują? Bolek przegrał jeden żeton {X = 1} = X 1 ( 1) F. Bolek wygrał jeden żeton {X = 1} = X 1 (1) F Bolek nie wygrał żetonu {X 0} = X 1 ((, 0]) F.

Przykład 1 Bolek postawił na czerwone ; Niech X : Ω R będzie zmienną losową równą wygranej Bolka (w żetonach). Prawdopodobieństwa jakich zdarzeń (w (Ω, F, P)) nas interesują? Bolek przegrał jeden żeton {X = 1} = X 1 ( 1) F. Bolek wygrał jeden żeton {X = 1} = X 1 (1) F Bolek nie wygrał żetonu {X 0} = X 1 ((, 0]) F. Ich prawdopodobieństwa w (Ω, F, P) P (X = 1) = P (X 0) = 19 18 37,P (X = 1) = 37

Przykład 2 Lolek strzela do tarczy; Niech Y : Ω R będzie zmienną losową równą liczbie uzyskanych punktów. Prawdopodobieństwa jakich zdarzeń (w (Ω, F, P)) nas interesują? Lolek dostał 10 punktów {Y = 10} = Y 1 (10) F. Lolek dostał co najwyżej 5 punktów {Y 5} = Y 1 ((, 5]) F

Przykład 2 Lolek strzela do tarczy; Niech Y : Ω R będzie zmienną losową równą liczbie uzyskanych punktów. Prawdopodobieństwa jakich zdarzeń (w (Ω, F, P)) nas interesują? Lolek dostał 10 punktów {Y = 10} = Y 1 (10) F. Lolek dostał co najwyżej 5 punktów {Y 5} = Y 1 ((, 5]) F Ich prawdopodobieństwa w (Ω, F, P) P (Y = 10) = 1 75 100,P (Y 5) = 100

Trochę oszukana definicja Rozkład zmiennej losowej to informacja o tym, jakie wartości ta zmienna losowa może przyjmować i jakie są prawdopodobieństwa tych wartości. Rozkład zmiennej losowej jest miarą probabilistyczną na B(R).

Trochę oszukana definicja Rozkład zmiennej losowej to informacja o tym, jakie wartości ta zmienna losowa może przyjmować i jakie są prawdopodobieństwa tych wartości. Rozkład zmiennej losowej jest miarą probabilistyczną na B(R). Z punktu widzenia praktycznego: rozkład zmiennej losowej niesie mniej informacji niż zmienna losowa, i czasem dobrze jest pozbyć się nadmiaru informacji, a czasem pozbywanie się informacji nie jest mądre.

Definicja Rozkładem (prawdopodobieństwa) zmiennej losowej X nazywamy miarę probabilistyczną (funkcję prawdopodobieństwa) na prostej R wyposażonej w σ-ciało zbiorów borelowskich B(R) zadaną wzorem P X (A) := P( {ω Ω : X (ω) A } ) = P ( X 1 (A) ) = P(X A) dla dowolnego borelowskiego zbioru A B(R) Przypomnienie Dowolną funkcję X : Ω R taką, że dla dowolnego zbioru borelowskiego A B(R) nazywamy zmienną losową. X 1 (A) = {ω Ω : X (ω) A} F

Definicja Rozkładem (prawdopodobieństwa) zmiennej losowej X nazywamy miarę probabilistyczną (funkcję prawdopodobieństwa) na prostej R wyposażonej w σ-ciało zbiorów borelowskich B(R) zadaną wzorem P X (A) := P( {ω Ω : X (ω) A } ) = P ( X 1 (A) ) = P(X A) dla dowolnego borelowskiego zbioru A B(R) Definicja - bardziej ogólnie Rozkładem prawdopodobieństwa na R nazywamy każdą miarę probabilistyczną na B(R).

Uwaga dotycząca oznaczeń Niebawem poznamy wiele słynnych rozkładów prawdopodobieństwa (czyli miar probabilistycznych na B(R)) Fakt, że zmienna X ma rozkład P X będziemy oznaczać. X P X

Uwaga dotycząca oznaczeń P X (A) = P( {ω Ω : X (ω) A } ) = P ( X 1 (A) ) = P(X A) Dla szczególnych zbiorów np. A = (a, b), A = {c} {ω } P X ((a, b)) = P( ) Ω : a < X (ω) < b = P ( X 1 ((a, b)) = P(a < X < b) ( {ω } ) P X ({c}) = P Ω : X (ω) = c = P ( X 1 ({c}) ) = P(X = c) Zazwyczaj będziemy wykorzystywać ostatnią, najkrótszą notację.

Uwaga Dowolna zmienna losowa X : Ω R wyznacza nową przestrzeń probabilistyczną (R, B(R), P X ). W konkretnych przypadkach (a tylko takie będziemy rozpatrywać) podanie rozkładu zmiennej losowej X jest o wiele prostsze niż podawanie miary dla każdego zbioru borelowskego. Przykład 3 W przypadku wygranej Bolka (zmiennej losowej X ) wystarczy podać P X ({ 1}) = P(X = 1) = 19 37, P X ({1}) = P(X = 1) = 18 37. Dlaczego?

Trochę nazewnictwa Trochę nazewnictwa Mówimy, że zmienna losowa X jest skupiona na zbiorze A R, gdy P (X A) = P ( X 1 (A) ) = 1 (wybieramy zwykle jak najmniejszy lub jak najładniejszy taki zbiór). Przykład 4 Na jakim zbiorze skupiona jest zmienna losowa X równa wygranej Bolka w ruletkę? Y równa liczbie punktów Lolka w rzucie do tarczy? Z równa odległości strzału Lolka od środka tarczy?

Dystrybuanta Dla dowolnej zmiennej losowej można określić dystrybuantę. Definicja Dystrybuantą zmiennej losowej X nazywamy funkcję F : R R daną wzorem ( ) F (a) = P (X a) = P X 1 ((, a]). Przypomnijmy, że dla dowolnej liczby a R zbiór {X a} = X 1 ((, a]) F jest zdarzeniem w przestrzeni (Ω, F, P), na której X jest określona.

Przykład 5 Bolek postawił na czerwone ; Niech X : Ω R będzie zmienną losową równą wygranej Bolka. Podaj dystrybuantę zmiennej losowej X.

Wprowadzenie Przykład 6 Lolek strzela jeden raz do tarczy. Dowolny punkt tarczy trafia z tym samym prawdopodobieństwem. Niech Z : Ω R będzie zmienną losową równą odległości strzału od środka. Wyznacz dystrybuantę zmiennej losowej Z.

Własności dystrybuanty Twierdzenie Dystrybuanta F zmiennej losowej ma następujące własności: 1 jest niemalejąca; 2 F ( ) = lim t F (t) = 0, 3 F ( ) = lim t F (t) = 1; 4 jest prawostronnie ciągła, tzn. F (t) = lim s t + F (s) Dowód:

Własności dystrybuanty Twierdzenie Dystrybuanta F zmiennej losowej ma następujące własności: 1 jest niemalejąca; 2 F ( ) = lim t F (t) = 0, 3 F ( ) = lim t F (t) = 1; 4 jest prawostronnie ciągła, tzn. F (t) = lim s t + F (s) Dowód: Prawdziwe jest też twierdzenie odwrotne. Twierdzenie Dowolna funkcja F : R R, która ma własności 1-4 jest dystrybuantą pewnej zmiennej losowej.

Własności dystrybuanty Przykład 7 Które z poniższych obrazków pokazują wykres dystrybuanty pewnej zmiennej losowej? 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Własności dystrybuanty Inne przydatne własności Dowód: P (X < t) = lim s t F (s). P (X = t) = F (t) lim s t F (s).

To wiemy P (X t) = F (t), P (X < t) = lim s t F (s). Przykład 8 Zmienna losowa ma dystrybuantę 0 dla x < 0; 1 F (x) = 5 dla 0 x < 1; 1 5 x + 1 5 dla 1 x < 3; 1 dla x 3. Wyznacz: P (X = 2), P (X = 3), P (X 3), P (X < 3), P (2 < X < 3).

Przeciwobraz X : Ω R ważne własności Wybrane własności przeciwobrazu dla A, B, A n R X 1 (R) = Ω, X 1 ( ) =, X 1 (R \ A) = Ω \ X 1 (A), czyli X 1 (A ) = (X 1 (A)), X 1 (B \ A) = X 1 (B) \ X 1 (A), X 1 ( n=1 A n ) = n=1 X 1 (A n ), X 1 ( n=1 A n ) = n=1 X 1 (A n ). Przeciwobrazy i σ ciała Jeśli F jest σ ciałem w R, to X 1 (F) = {X 1 (A) : A F} jest σ ciałem w Ω. Jeśli A jest niepustą rodziną podzbiorów zbioru R, to σ(x 1 (A)) = X 1 (σ(a)).

X jest zmienną losową na (Ω, F, P) Definicja σ ciałem generowanym przez zmienną losową X (ozn. σ(x )) nazywamy najmniejsze σ ciało podzbiorów Ω, względem których X jest mierzalna. σ(x ) = X 1 (B(R)) = {X 1 (B) : B B(R)} Przykład 5 Bolek postawił na czerwone w ruletkę. Niech X : Ω R będzie zmienną losową równą wygranej Bolka. Wyznacz σ(x ). Przypomnienie: rozkład zmiennej losowej niesie mniej informacji niż zmienna losowa.