Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady

Podobne dokumenty
Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady

Zmienne losowe. Rozkład prawdopodobieństwa i dystrybuanta. Wartość oczekiwana i wariancja zmiennej losowej

Rozkład normalny Parametry rozkładu zmiennej losowej Zmienne losowe wielowymiarowe

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

Statystyka i eksploracja danych

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

Przykład 1 W przypadku jednokrotnego rzutu kostką przestrzeń zdarzeń elementarnych

Prawdopodobieństwo i statystyka

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYKŁAD 3.

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,

Prawdopodobieństwo i statystyka

Statystyka matematyczna

Jednowymiarowa zmienna losowa

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

PEWNE FAKTY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA

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

W rachunku prawdopodobieństwa wyróżniamy dwie zasadnicze grupy rozkładów zmiennych losowych:

g) wartość oczekiwaną (przeciętną) i wariancję zmiennej losowej K.

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka

Statystyka matematyczna dla leśników

Wykład 3 Jednowymiarowe zmienne losowe

L.Kowalski zadania z rachunku prawdopodobieństwa-zestaw 3 ZADANIA - ZESTAW 3

Kwantyle. Kwantyl rzędu p rozkładu prawdopodobieństwa to taka liczba x p. , że. Możemy go obliczyć z dystrybuanty: P(X x p.

Statystyka. Wydział Zarządzania Uniwersytetu Łódzkiego

Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka

Matematyka 2. dr inż. Rajmund Stasiewicz

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

Wykład 2 Zmienne losowe i ich rozkłady

Zmienne losowe. dr Mariusz Grządziel Wykład 12; 20 maja 2014

STATYSTYKA MATEMATYCZNA ZESTAW 0 (POWT. RACH. PRAWDOPODOBIEŃSTWA) ZADANIA

zadania z rachunku prawdopodobieństwa zapożyczone z egzaminów aktuarialnych

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

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 4 Przekształcenia zmiennej losowej, momenty

STATYSTYKA MATEMATYCZNA. rachunek prawdopodobieństwa

Statystyka matematyczna. Wykład III. Estymacja przedziałowa

Zmienne losowe. Statystyka w 3

Wynik pomiaru jako zmienna losowa

6. Zmienne losowe typu ciagłego ( ) Pole trapezu krzywoliniowego

Statystyka. Magdalena Jakubek. kwiecień 2017

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

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

Biostatystyka, # 3 /Weterynaria I/

PODSTAWOWE ROZKŁADY PRAWDOPODOBIEŃSTWA. Piotr Wiącek

III. ZMIENNE LOSOWE JEDNOWYMIAROWE

Statystyka. Wydział Zarządzania Uniwersytetu Łódzkiego

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

Wybrane rozkłady zmiennych losowych. Statystyka

WIELKA SGH-OWA POWTÓRKA ZE STATYSTYKI. Zmienna losowa i jej rozkład

4,5. Dyskretne zmienne losowe (17.03; 31.03)

Funkcje charakteryzujące proces. Dr inż. Robert Jakubowski

METODY BADAŃ NA ZWIERZĘTACH ze STATYSTYKĄ wykład 3-4. Parametry i wybrane rozkłady zmiennych losowych

Rozkłady zmiennych losowych

Dyskretne zmienne losowe

Temat: Zmienna losowa. Rozkład skokowy. Rozkład ciągły. Kody kolorów: Ŝółty nowe pojęcie pomarańczowy uwaga. Anna Rajfura, Matematyka

L.Kowalski zadania z rachunku prawdopodobieństwa-zestaw 2 ZADANIA - ZESTAW 2

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

Zestaw 2: Zmienne losowe. 0, x < 1, 2, 2 x, 1 1 x, 1 x, F 9 (x) =

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)

1 Elementy kombinatoryki i teorii prawdopodobieństwa

ZMIENNE LOSOWE. Zmienna losowa (ZL) X( ) jest funkcją przekształcającą przestrzeń zdarzeń elementarnych w zbiór liczb rzeczywistych R 1 tzn. X: R 1.

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 2 i 3 Zmienna losowa

Prawa wielkich liczb, centralne twierdzenia graniczne

Ważne rozkłady i twierdzenia

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

WSTĘP. Tematy: Regresja liniowa: model regresji liniowej, estymacja nieznanych parametrów. Wykład:30godz., ćwiczenia:15godz., laboratorium:30godz.

Wykład 6 Estymatory efektywne. Własności asymptotyczne estym. estymatorów

Przestrzeń probabilistyczna

Rozkład normalny. Marcin Zajenkowski. Marcin Zajenkowski () Rozkład normalny 1 / 26

Wykład 1 Zmienne losowe, statystyki próbkowe - powtórzenie materiału

Matematyka dla biologów Zajęcia nr 13.

II WYKŁAD STATYSTYKA. 12/03/2014 B8 sala 0.10B Godz. 15:15

KURS PRAWDOPODOBIEŃSTWO

Rozkłady statystyk z próby

Ważne rozkłady i twierdzenia c.d.

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;

Wykład 3. Rozkład normalny

Przykłady do zadania 8.1 : 0 dla x 1, c x 4/3 dla x > 1. (b) Czy można dobrać stałą c tak, aby funkcja f(x) = była gęstością pewnego

Modelowanie zależności. Matematyczne podstawy teorii ryzyka i ich zastosowanie R. Łochowski

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii.

Rozkład zmiennej losowej Polega na przyporządkowaniu każdej wartości zmiennej losowej prawdopodobieństwo jej wystąpienia.

Zmienne losowe skokowe

Wybrane rozkłady zmiennych losowych. Statystyka

Centralne twierdzenie graniczne

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 4 - zagadnienie estymacji, metody wyznaczania estymatorów

Elementy Rachunek prawdopodobieństwa

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

Rozkład normalny Parametry rozkładu zmiennej losowej Zmienne losowe wielowymiarowe

Niech X i Y będą niezależnymi zmiennymi losowymi o rozkładach wykładniczych, przy czym Y EX = 4 i EY = 6. Rozważamy zmienną losową Z =.

Rozkłady prawdopodobieństwa zmiennych losowych

Komputerowa Analiza Danych Doświadczalnych

Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

Lista zadania nr 7 Metody probabilistyczne i statystyka studia I stopnia informatyka (rok 2) Wydziału Ekonomiczno-Informatycznego Filia UwB w Wilnie

Zmienne losowe, statystyki próbkowe. Wrocław, 2 marca 2015

Wykład 10 Estymacja przedziałowa - przedziały ufności dla średn

Statystyka opisowa- cd.

Rozkład normalny, niepewność standardowa typu A

Zmienna losowa. Rozkład skokowy

Wykłady 14 i 15. Zmienne losowe typu ciągłego

1 Podstawy rachunku prawdopodobieństwa

Transkrypt:

Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka - W3 Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady Dr Anna ADRIAN Paw B5, pok47 adan@agh.edu.pl

Plan wykładu Zmienna losowa ciągła Dystrybuanta i unkcja gęstości rozkładu zmiennej losowej ciągłej Rozkłady ciągłe: jednostajny, wykładniczy i normalny.

Rozkład zmiennej losowej ciągłej Uwagi o zmiennej losowej ciągłej: Liczba wszystkich możliwych i wzajemnie wykluczających się zdarzeń elementarnych jest nieskończona Dystrybuanta dla dowolnej zmiennej losowej F() P (X<), Zmienna losowa o dystrybuancie F jest typu ciągłego, jeśli istnieje unkcja, spełniająca równość F ( ) ( ) d (1) Funkcję nazywa się gęstością prawdopodobieństwa zmiennej losowej ciągłej

Związek dystrybuanty i gęstości zmiennej losowej ciągłej Dla dowolnej unkcji, będącej gęstością prawdopodobieństwa zachodzi zależność F ( ) ( ) d 1 Dla zmiennej losowej ciągłej zachodzi równość Stąd wynika, że: P (a X b) F(b) F (a) P (X a) ponieważ P (X a) P (a X a) F (a) - F (a)

Funkcja gęstości prawdopodobieństwa Funkcja gęstości prawdopodobieństwa odgrywa najważniejszą rolę w deiniowaniu rozkładów prawdopodobieństwa zmiennych losowych typu ciągłego. Deinicja Funkcją gęstości prawdopodobieństwa zmiennej losowej typu ciągłego nazywamy unkcję (), określoną na zbiorze liczb rzeczywistych, taką że: () ( przyjmuje wartości nieujemne) oraz dla dowolnych a < b zachodzi b ( ) d P( a < X < b) a

Interpretacja graiczna związku unkcji gęstości z prawdopodobieństwem () a b b ( ) d P( a < X < b) a

Własności unkcji gęstości prawdopodobieństwa Funkcja gęstości jest nieujemna;. W punktach, w których jest ciągła zachodzi równość: () F (); unkcja gęstości jest pochodną dystrybuanty. Każda unkcja, będąca gęstością prawdopodobieństwa, wyznacza jednoznacznie pewną dystrybuantę, a tym samym rozkład prawdopodobieństwa pewnej zmiennej. Z aktu, że prawdopodobieństwo zdarzenia jest równe zeru, nie wynika, że zdarzenie to jest niemożliwe, bo P( X ) lim P( X < + ) lim + ( ) d ( ) d

Przykład czy dana unkcja może być unkcją gęstości Sprawdzić czy dana unkcja, ( ) e dla dla < 1. jest gęstością prawdopodobieństwa 2. znaleźć dystrybuantę F() 3. obliczyć P (X<,5) P (1<X<2) 4. przedstawić graiczną interpretację wyników obliczeń

Rozwiązanie Czy jest gęstością prawdopodobieństwa: 1. Funkcja jest nieujemna 2. ( ) d d + e d e 1 Dystrybuanta F ( ) 1 e dla dla > P(X<,5) F(,5) 1- e -,5 P(1<X<2) F(2) F(1) (1- e -2 ) ( 1- e -1 ) e -1 + e -2

Zadanie do domu Wyznaczyć stałą A taką, aby unkcja była gęstością prawdopodobieństwa zmiennej losowej X. Obliczyć P(X>1) Zinterpretować otrzymane wyniki na wykresie gęstości i dystrybuanty ( ) 3 Ae dla dla <

Funkcje zmienne losowej Niech zmienna losowa Y będzie unkcją pewnej zmiennej X, tzn Y( ω) g(x(ω)) Znając rozkład zmiennej X możemy wyznaczyć rozkład zmiennej Y Zadanie : Znaleźć rozkład zmiennej losowej Y (dystrybuantę i gęstość), gdy : Y ax+b, gdzie: a X jest zmienną losową typu ciągłego z gęstością X i dystrybuantą F X Rozważmy dwa przypadki : a> i a<

Funkcje zmienne losowej - rozwiązanie dla a> F Y (y) P (Y<y) P (ax+b <y) P (X<(y-b)/a) F X ((y-b)/a) zauważmy, że unkcja F X jest różniczkowalna w punktach ciągłości X więc Y d d y b d ( y ( y) FY ( y) FX ( ) dy dy a dy y b ( ) a dla a< F Y (y) P(Y<y) P(aX+b <y) P(X >(y-b)/a) 1- F X ((y-b)/a) zauważmy, że unkcja F X jest różniczkowalna w punktach ciągłości X więc Y d d y b d ( y) FY ( y) [1 FX ( )] dy dy a dy y b) / a X ( ) d ( ) d 1 a X 1 a y b ( ) X X ( b)/ a a gęstość Y (y) możemy zapisać Y ( y) 1 a X ( y b ) a

Wartość przeciętna i wariancja zmiennej losowej ciągłej Obliczyć wartość oczekiwaną i wariancję zmiennej losowej ciągłej, o gęstości prawdopodobieństwa wartość oczekiwana/nadzieja matematyczna [ ] [ ] 1 ) ( ) ( 1 _ + e e d e e d e d X E < ) ( dla e dla [ ] 2 2 ) ( ) ( ) ( 2 2 _ 2 2 2 + d e e e d d e d X E wariancja/dyspersja: D 2 (X) E[X-E(X)] 2 E(X 2 )-(E(X)) 2 D 2 (X) 2-1 2 1

Mediana, Medianę zmiennej losowej X oznaczaną 1/2 lub m e deiniują następujące wzory P( {ω: X(ω) m e }) 1/2 i P( {ω: X(ω) m e }) 1/2 Dla zmiennej losowej ciągłej medianę wyznacza się ze wzoru 1 2 Przykład czyli 1- ep(- m e )1/2 m e m e _ e d ( ) d 1 2 stąd m e ln2

Kwantyle Mediana jest szczególnym przypadkiem ogólniejszego parametru, zwanego Kwantylem. Deinicja Kwantylem rzędu p (<p<1) zmiennej losowej X, o dystrybuancie F, nazywamy liczbę p, taką że F( p ) p F( p +) Dla zmiennej losowej ciągłej kwantyl p jest wyznaczany z wzoru F( p ) p Mediana jest kwantylem rzędu 1/2

Rozkład jednostajny Rozkład jednostajny (zwany teżrównomiernym lub prostokątnym albo płaskim) to ciągły rozkład prawdopodobieństwa, dla którego gęstość prawdopodobieństwa w przedziale od a do b jest stała i różna od zera, a poza nim równa zeru. Ponieważ rozkład jest ciągły, nie ma większego znaczenia czy punkty a i b włączy się do przedziału czy nie. Rozkład jest określony parą parametrów a i b, takich że b>a.

Rozkład jednostajny Funkcja gęstości prawdopodobieństwa ( ) ; < a 1 ; a b a ; > b b Dystrybuanta Wartość oczekiwana E( X ) a + b 2 Wariancja D ( X ) ( b ) 2 a 12 2

Zastosowanie rozkładu jednostajnego Rozkład jednostajny: ma zastosowanie przy analizie niepewności systematycznych. Gęstość prawdopodobieństwa () jest stała wewnątrz przedziału (a, b) i równa zero poza nim. Dla pomiarów obarczonych niepewnością systematyczną, mamy b a 2, zatem S D ( ) ( b 2 2 X a 12 ) 3

Zadanie Punkt materialny porusza się ruchem jednostajnym po okręgu koła o promieniu r. Niech O będzie ustalonym punktem okręgu, natomiast X długością łuku łączącego punkty OM. Określić rozkład zmiennej losowej X Narysować wykres unkcji gęstości i dystrybuanty zmiennej X Obliczyć P (X<πr) oraz P(X> 3πr/2) Obliczyć wartość oczekiwaną i wariancję X M O

Rozwiązanie zadania postać unkcji gęstości ( ) 1 2πr ; ; ; < 2πr ; > 2πr Rozwiązanie należy dokończyć samodzielnie

Zadanie praca samodzielna Pociągi przyjeżdżają na stację dokładnie co 1 minut. Pasażer przychodzi na stację w pewnej przypadkowej chwili. Niech X oznacza czas oczekiwania na przybycie pociągu. Należy: Określić unkcję gęstości prawdopodobieństwa, wykonać wykres Określić dystrybuantę F, wykonać wykres Obliczyć P(X<8) i przedstawić interpretację graiczną Obliczyć oczekiwany/średni czas czekania na przyjazd pociągu

Rozkład wykładniczy Funkcja gęstości () λ e - λ Dystrybuanta: F() 1- e - λ Wartość oczekiwana E() λ -1 Wariancja D (X) λ -2 Znajduje zastosowanie do obliczania prawdopodobieństwa przejścia obiektu ze stanu X w stan Y w czasie δt, przy stałym, w jednostce czasu, prawdopodobieństwie zmiany stanu obiektu z X na Y.

Rozkład wykładniczy - zastosowania w zagadnieniach ruchu na liniach teleonicznych w problemach czasu eksploatacji elementów maszyn w problemach czasu obsługi i czasu oczekiwania na obsługę przy maszynach, w sklepach itp Niezawodność urządzenia to prawdopodobieństwo tego, że urządzenie wykona zamierzone zadanie w określonym przedziale czasu i w określonych warunkach prawdopodobieństwo niewystąpienia uszkodzeń w ciągu czasu t. Sprawdzono, że dobrą aproksymacją niezawodności jest unkcja N(t) e -λt dla t> (wykładnicze prawo niezawodności) z tego wynika, że N(t)1-F(t) gdzie F(t) jest dystrybuantą w punkcie t, zmiennej losowej T (czas poprawnej pracy) o rozkładzie wykładniczym

Rozkład normalny Rozkład zwany rozkładem Gaussa-Laplace'a jest najczęściej spotykanym rozkładem zmiennej losowej ciągłej. Mówimy, że zmienna losowa ciągła X ma rozkład normalny o wartości oczekiwanej µ i odchyleniu standardowym σ, co symbolicznie zapisuje się: X ~ N ( µ,σ )

( ) 2 2 2 2 1 ) ( σ µ π σ e Funkcja gęstości w rozkładzie normalnym N(µ,σ), ma postać: i jest określona dla wszystkich rzeczywistych wartości zmiennej losowej X. Rozkład normalny unkcja gęstości

Rozkład normalny wykres unkcji gęstości i interpretacja () σ µ Parametry rozkładu N(µ,σ), µ - Wartość oczekiwana σ 2 - Wariancja

Graiczna interpretacja unkcji gęstości i prawdopodobieństwa (dystrybuanty)

Cechy charakterystyczne unkcji gęstości rozkładu normalnego Funkcja gęstości w rozkładzie normalnym: jest symetryczna względem prostej µ w punkcie µ osiąga wartość maksymalną ramiona unkcji mają punkty przegięcia dla µ -σ oraz µ + σ Kształt unkcji gęstości zależy od wartości parametrów: µ,σ: - parametr µ decyduje o przesunięciu krzywej, - parametr σ decyduje o smukłości krzywej.

Wykresy unkcji gęstości rozkładów N (µ, σ) Przykłady unkcji gęstości rozkładów N (µ,σ) dla różnych wartości µ i σ,5 N(,1) N(3,1) N(,2) N(3,2) -4-3 -2-1 1 2 3 4

Wykresy dystrybuanty rozkładów N (µ, σ) Wykresy dystrybuanty rozkładu normalnego N(µ,σ), dla różnych wartości µ i σ 1,2 1,8,6 N (,1) N (3,1) N (,2) N (3,2),4,2 -,2-4 -3-2 -1 1 2 3 4

Rozkład normalny Reguła 3 sigma Jeżeli zmienna losowa ma rozkład normalny N(µ,σ) to: - 68,3 % populacji mieści się w przedziale (µ -σ; µ + σ) - 95,5 % populacji mieści się w przedziale (µ - 2σ; µ + 2σ) - 99,7 % populacji mieści się w przedziale (µ - 3σ; µ + 3σ)