FUNKCJE ZMIENNYCH LOSOWYCH. Uwagi o rozkładzie funkcji zmiennej losowej jednowymiarowej.

Podobne dokumenty
JEDNOWYMIAROWA ZMIENNA LOSOWA

N ( µ, σ ). Wyznacz estymatory parametrów µ i. Y które są niezależnymi zmiennymi losowymi.

ZMIENNA LOSOWA JEDNOWYMIAROWA POJĘCIE ZMIENNEJ LOSOWEJ

ZBIEŻNOŚĆ CIĄGU ZMIENNYCH LOSOWYCH. TWIERDZENIA GRANICZNE

VI. TWIERDZENIA GRANICZNE

ROZKŁADY ZMIENNYCH LOSOWYCH

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

Analiza Matematyczna Ćwiczenia. J. de Lucas

Funkcja generująca rozkład (p-two)

Indukcja matematyczna

. Wtedy E V U jest równa

Reprezentacja krzywych...

Zmiana bazy i macierz przejścia

W zadaniu nie ma polecenia wyznaczania estymatora nieobciążonego o minimalnej wariancji. σ σ σ σ σ = =

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

k k M. Przybycień Rachunek Prawdopodobieństwa i Statystyka Wykład 13-2

W zadaniu nie ma polecenia wyznaczania estymatora nieobciążonego o minimalnej wariancji. σ σ σ σ σ = =

POPULACJA I PRÓBA. Próba reprezentatywna. Dr Adam Michczyński - METODY ANALIZY DANYCH POMIAROWYCH 5 1

Zadanie 1. Rzucamy symetryczną monetą tak długo, aż w dwóch kolejnych rzutach pojawią się,,reszki. Oblicz wartość oczekiwaną liczby wykonanych rzutów.

Zadanie 1. ), gdzie 1. Zmienna losowa X ma rozkład logarytmiczno-normalny LN (, . EX (A) 0,91 (B) 0,86 (C) 1,82 (D) 1,95 (E) 0,84

Matematyka II. x 3 jest funkcja

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

PODSTAWY OPRACOWANIA WYNIKÓW POMIARÓW Z ELEMENTAMI ANALIZY NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r. t warunkowo niezależne i mają (brzegowe) rozkłady Poissona:

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 2 ESTYMACJA PUNKTOWA

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

ma rozkład normalny z nieznaną wartością oczekiwaną m

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

ZMIENNE LOSOWE WIELOWYMIAROWE

W loterii bierze udział 10 osób. Regulamin loterii faworyzuje te osoby, które w eliminacjach osiągnęły lepsze wyniki:

Plan: Wykład 3. Zmienne losowe i ich rozkłady. Wstęp do probabilistyki i statystyki. Pojęcie zmiennej losowej

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

PERMUTACJE Permutacją zbioru n-elementowego X nazywamy dowolną wzajemnie jednoznaczną funkcję f : X X X

STATYSTYKA MATEMATYCZNA WYKŁAD 1. Wiadomości wstępne

( X, Y ) będzie dwuwymiarową zmienną losową o funkcji gęstości

OBLICZANIE NIEPEWNOŚCI METODĄ TYPU B

RACHUNEK PRAWDOPODOBIESTWA wybrane zagadnienia

ma rozkład normalny z wartością oczekiwaną EX = EY = 1, EZ = 0 i macierzą kowariancji

będą niezależnymi zmiennymi losowymi z rozkładu o gęstości

f f x f, f, f / / / METODA RÓŻNIC SKOŃCZONYCH niech N = 2 (2 równania różniczkowe zwyczajne liniowe I-rz.) lub jedno II-rzędu

Miary położenia wskazują miejsce wartości najlepiej reprezentującej wszystkie wielkości danej zmiennej. Mówią o przeciętnym poziomie analizowanej

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna. Estymacja przedziałowa parametrów strukturalnych zbiorowości generalnej

EKSTREMA FUNKCJI EKSTREMA FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ. Tw. Weierstrassa Każda funkcja ciągła na przedziale domkniętym ma wartość najmniejszą i największą.

Pojęcie statystyki. Definicja. Wektorową funkcję mierzalną T: X T(X)=(T 1 (X),...,T k (X)) R k wymiarową statystyką. próby X nazywamy k

Wykłady z Analizy rzeczywistej i zespolonej w Matematyce stosowanej. Literatura. W. Rudin: Podstawy analizy matematycznej, PWN, Warszawa, 1982.

Mh n. 2 ε. h h/ n n. Ekstrapolacja Richardsona (szacowanie błędu) błąd. ekstrapolowana wartość całki I. kwadratury z adaptowanym krokiem

będą niezależnymi zmiennymi losowymi o tym samym 2 x

Twierdzenia graniczne:

Podprzestrzenie macierzowe

Równania rekurencyjne

Obliczanie średniej, odchylenia standardowego i mediany oraz kwartyli w szeregu szczegółowym i rozdzielczym?

L.Kowalski PODSTAWOWE TESTY STATYSTYCZNE WERYFIKACJA HIPOTEZ PARAMETRYCZNYCH

STATYSTYKA. Zmienna losowa skokowa i jej rozkład

8.1 Zbieżność ciągu i szeregu funkcyjnego

Różniczkowanie funkcji rzeczywistych wielu zmiennych. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

i i i = (ii) TAK sprawdzamy (i) (i) NIE

Sprzedaż finalna - sprzedaż dóbr i usług konsumentowi lub firmie, którzy ostatecznie je zużytkują, nie poddając dalszemu przetworzeniu.

Tablica Galtona. Mechaniczny model rozkładu normalnego (M10)

Lista 6. Kamil Matuszewski 26 listopada 2015

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

TESTY NORMALNOŚCI. ( Cecha X populacji ma rozkład normalny). Hipoteza alternatywna H1( Cecha X populacji nie ma rozkładu normalnego).

Identyfikacja i ocena ryzyka wykonania planu produkcji w przedsiębiorstwie górniczym

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYKŁAD 5.

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Teoria Sygnałów. III rok Informatyki Stosowanej. Wykład 7 [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Analiza częstotliwościowa dyskretnych sygnałów cyfrowych

1. Element nienaprawialny, badania niezawodności. Model matematyczny elementu - dodatnia zmienna losowa T, określająca czas życia elementu

X i T (X) = i=1. i + 1, X i+1 i + 1. Cov H0. ( X i. k 31 ) 1 Φ(1, 1818) 0, 12.

L.Kowalski zadania ze statystyki opisowej-zestaw 5. ZADANIA Zestaw 5

Dane modelu - parametry

R k Punkty stanowiące granice poszczególnych klas ustala się z dokładnością do /2, gdzie jest

SPOŁECZNA AKDAEMIA NAUK W ŁODZI

Statystyczne charakterystyki liczbowe szeregu

Estymacja to wnioskowanie statystyczne koncentrujące się wokół oszacowania wartości parametrów rozkładu populacji.

Pobieranie próby. Rozkład χ 2

Podstawy opracowania wyników pomiarowych, analiza błędów

( ) L 1. θ θ = M. Przybycień Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka. = θ. min

i = 0, 1, 2 i = 0, 1 33,115 1,698 0,087 0,005!0,002 34,813 1,785 0,092 0,003 36,598 1,877 0,095 38,475 1,972 40,447 i = 0, 1, 2, 3

1. Relacja preferencji

Konspekt wykładu STATYSTYKA MATEMATYCZNA rok 2007/2008 Strona 1

KURS STATYSTYKA. Lekcja 4 Nieparametryczne testy istotności ZADANIE DOMOWE. Strona 1

[, ] [, ] [, ] ~ [23, 2;163,3] 19,023 2,7

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

będzie próbką prostą z rozkładu normalnego ( 2

2.1 Zagadnienie Cauchy ego dla równania jednorodnego. = f(x, t) dla x R, t > 0, (2.1)

21. CAŁKA KRZYWOLINIOWA NIESKIEROWANA. x = x(t), y = y(t), a < t < b,

Pomiary bezpośrednie i pośrednie obarczone błędem przypadkowym

STATYKA. Cel statyki. Prof. Edmund Wittbrodt

Ćwiczenia rachunkowe TEST ZGODNOŚCI χ 2 PEARSONA ROZKŁAD GAUSSA

Wykład 7. Przestrzenie metryczne zwarte. x jest ciągiem Cauchy ego i posiada podciąg zbieżny. Na mocy

JEDNOWYMIAROWA ZMIENNA LOSOWA

Statystyczna analiza miesięcznych zmian współczynnika szkodowości kredytów hipotecznych

Stanisław Cichocki Natalia Nehrebecka. Zajęcia 7-8

Metoda Monte-Carlo i inne zagadnienia 1

Niezawodność. systemów nienaprawialnych. 1. Analiza systemów w nienaprawialnych. 2. System nienaprawialny przykładowe

Rozkład normalny (Gaussa)

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

Permutacje. } r ( ) ( ) ( ) 1 2 n. f = M. Przybycień Matematyczne Metody Fizyki I Wykład 2-2

Funkcja wiarogodności

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE

Transkrypt:

L.Kowals Fucje zmeych losowych FUNKCJE ZMIENNYCH LOSOWYCH Uwag o rozładze fucj zmeej losowej jedowymarowej. Jeśl - soowa, o fucj prawdopodobeńswa P( x ) p, g - dowola o fucja prawdopodobeńswa zmeej losowej Y g() ma posać: g(x ) g(x )... g(x ) p p... p Po uporządowau rosąco warośc g(x ) zsumowau odpowedch prawdopodobeńsw. Doładej P( Y P( g( ) P U { : g ( x ) y} ( x ) ( x ) { : g ( x ) y} { : g ( x ) y} - zmea losowa soowa o fucj prawdopodobeńswa: -4 - -,4,,,,, wyzaczymy fucję prawdopodobeńswa zmeej losowej Y sg. sg(-4) sg(-) sg(-) -. sg(). sg() sg(). Zaem fucja prawdopodobeńswa zmeej losowej Y jes asępująca -,6,,3 P p - daa zmea losowa cągła o gęsośc f. Y g() g - borelowsa, z. g - (B) B(R) dla B B(R), Wyzaczyć gęsość g( zmeej losowej Y. ) Jeśl g - ścśle mooocza różczowala w przedzale (a, b) oceracj o: ' g ( f h( h ( y ( ) ) gdze h g -. Należy pamęać o przeszałceu przedzału oceracj. Y a + b, wedy y b g( f, a a dla x Jeśl ma rozład o gęsośc f ( x) x e dla x > Y, wedy ( ( y + ) h ( y +, g() -, g(), h, ( )

L.Kowals Fucje zmeych losowych g ( y + ) e ( ( y+ ) dla x, dla x > ) Jeśl g - przedzałam ścśle mooocza różczowala w przedzale (a, b) oceracj o: g( f ( h ( ) ' h ( gdze h - fucje odwroe do g dla poszczególych przedzałów, - lczba warośc fucj odwroej odpowadających daemu y. Y, wedy ( f ( + f ( y > g, g, y y Y, wedy ( f ( y ) + f ( y ) y > W eórych zagadeach wyzaczaa rozładu fucj zmeej losowej ajperw wyzaczamy dysrybuaę rozładu zmeej losowej Y g(), wg schemau F Y ( P( Y < P( g( ) < P( g ((, ) < asępe jeśl o możlwe, wyzaczamy fucję prawdopodobeńswa (gdy jes o rozład soow lub gęsość (gdy jes o rozład cągł. Jeśl ma rozład o gęsośc dla x [, 3] f ( x) (rozład jedosajy a [, 3]) dla x [, 3] 3 Y max,, ( ) ( y 3 wedy P( Y < P( max(, ) < F Y dla dla dla y < y 3 y > 3 Ne jes o a rozład soowy a cągły. Ne moża węc wyzaczyć a fucj prawdopodobeńswa a gęsośc. Jes o rozład meszay soowo - cągły zgode z werdzeem o rozładze dysrybuay powyższą dysrybuaę moża przedsawć w posac F Y c + F cf gdze c /3, F dla y ( y ) dla y >,

L.Kowals Fucje zmeych losowych c /3, dla y F ( y - dla < y 3, dla y > 3 Fucje zmeych losowych wymarowych. (, ) - daa zmea losowa cągła o gęsośc f. Y g(, ) g - borelowsa, Dysrybuaa ej zmeej losowej ma posać G( f ( x, x ) dx dx ( g ( x, x ) < y ) gęsość g( wyzaczamy przez różczowae. Y, y / x G( f ( x, x ) dxdx f ( x, x ) dx dx + f ( x, x ) dx dx x x < y y / x wedy g( y y f ( x, ) dx + f x dx x x (, ) x x (, ) - zmea losowa o rozładze jedosajym w wadrace (, ) x (, ). Wyzaczyć rozład pola prosoąa o boach x, x z. zmeej losowej Y. G( dxdx dxdx dx dx y( l x x < y x x y y y / x dla < y dla y sąd G( y( l dla < y dla < y zaem g( -ly dla < y Y /, y x G( f ( x, x) dx dx + f ( x, x) dx dx y x wedy g( xf ( x, yx) dx + xf ( x, yx) dx, - ezależe zmee losowe. - N(, σ ), - N(, σ ). Nech ~, ~ (mają rozład N(, ). σ σ 3

L.Kowals Fucje zmeych losowych ~ x / yx / x / / ~ ( ~ e e e e g y ) x dx + x dx π π π π π (rozład Cauchy'ego) orzysając fucj lowej od zmeej losowej ~ σ Y Y mamy σ g ( σ σ π + y σ σ wedy g( ~ yx Y +, y x G( f ( x, x ) dx dx f ( x, y x) dx f ( y x, x) dx ( + ~ y ) Uwaga. Jeśl, - ezależe zmee losowe o gęsość sumy wyraża sę sploem gęsośc brzegowych (p. dalej). wedy g( Y -, f ( x, x dx f ( x y, x) dx Suma ezależych zmeych losowych. Własośc: ), Y ezależe soowe zmee losowe o fucjach prawdopodobeńswa P( x ), P(Y y j ); wedy fucja prawdopodobeńswa zmeej losowej + Y wyraża sę wzorem: P(Z z ) P( x )P(Y z - x j ); (z x + y j ) ), Y ezależe cągłe zmee losowe o gęsoścach f f ; wedy gęsość zmeej losowej + Y wyraża sę wzorem: ( f x) f ( ) f ( x ) d f ( x ) f ( ) d (splo gęsośc sładów). Fucje zmeych losowych - wymarowych. Sysem słada sę uładów z órych ażdy ma czas bezawaryjej pracy oreśloy rozładem wyładczym o paramerze a ezależym od pozosałych uładów. Wyzaczyć rozład bezawaryjego czasu pracy całego sysemu (sysem dzała jeśl pracuje chocaż jede uład). Y + + 3 +...+, 4

L.Kowals Fucje zmeych losowych Przez ducję poazuje sę, że Y ma rozład o gęsośc: a j y g( e ( ) a wedy G( ( ) j ( a a ) j a j j ( a a ) j j e a y j dla y > Orzymay rozład azywamy uogóloym rozładem Erlaga - ego rzędu T. E( T ) E D ( T ) D T T a a gdy a a... a λ o λ( λ) λ g( e λp(, λ) > ( )! gdze P(-, λ) jes rozładem Possoa. Y m(, ) G F ( + F ( F ( y, ) wedy g( ( y f y + f ( f ( y, x) dx f ( x, dx ( Uwaga. Jeśl, - ezależe zmee losowe o: G( F ( + F ( F ( F ( g ( f ( F ( ) + f ( ( F ( )) ( y Jeśl, - ezależe zmee losowe o am samym rozładze o: G( F( ( F ( ) wedy g ( f ( ( F ( ) wedy g( G ( F ( y, y f ( y, x) dx + f ( x, dx y y Y max(, ) Uwaga. Jeśl, - ezależe zmee losowe o am samym rozładze o: G ( F ( wedy g ( f ( F ( Rozład fucj od rozładu ormalego. (,, 3,..., ) - rozład ormaly. Y g(,, 3,..., ), ależy wyzaczyć rozład Y. Y a + a + a 3 3 +...+ a 3 + b dla y > 5

L.Kowals Fucje zmeych losowych g( e σ π y ( y m y ) σ y gdze: m y a m + a m + b, σ y a σ + aσ + a arσ σ, Przez ducję moża poazać, że dla dowolego Y ma rozład ormaly o paramerach: m y a m + a m +... +a m + b, σ a σ + a a r σ σ, y < j,..., - ezależe, o rozładze N(, ). Y +... + ma rozład ch wadra N f j j y y e Γ ( j x > x E ; D - N(m, σ), Y e Ma rozład logarymczo-ormaly. Nazwa pochodz sąd, że ly ma rozład ormaly. FUNKCJA CHARAKTERYSTYCZNA Własośc zmeych losowych moża róweż badać orzysając z przeszałcea Fourera (Fourera-Selesa), prowadz o do pojęca fucj charaerysyczej. Najważejszym zasosowaem fucj charaerysyczych jes badae własośc sum ezależych zmeych losowych porówywae rozładów. Fucję ϕ : R C (zespoloą zmeej rzeczywsej) oreśloą wzorem ϕ ( ) ϕ ( ) E x ( e ) e df( x), R azywamy fucją charaerysyczą zmeej losowej. Zaem dla zmeej losowej soowej o fucj prawdopodobeńswa ϕ ( ) p e x, aomas dla zmeej losowej cągłej o gęsośc f(x) ϕ ( ) f ( x) e x dx, R R P ( x ) p Powyższy szereg cała są bezwzględe zbeże do (bo warośc modułu zmeej losowej e, R są rówe odpowedo p, f ( x) dx ), zaem fucja charaerysycza zawsze seje. 6

L.Kowals Fucje zmeych losowych Własośc fucj charaerysyczej. a) ϕ ( ), ϕ ( ), R, b) ϕ jes fucją jedosaje cągłą, b c) ϕ ( ) e ϕ ( a) a + b, d) jeśl seje E <,, o ϕ jes fucją lasy C oraz ϕ ( ) ( ) () ϕ () E, ( ) e) jeśl seje jes sończoa pochoda ϕ () o E <, f) ϕ ( ) ϕ ( ) ϕ ( ) g) jeśl, Y - ezależe zmee losowe o ϕ + Y ( ) ϕ ( ) ϕy ( ), h) fucja charaerysycza oreśla rozład zmeej losowej jedozacze. Ad. b) ϕ( + h) ϕ( ) Ee E ( + h) Ee h h h ( e ( e ) E( e e ) E( e ) h Poeważ osae wyrażee e zależy od o zbeżość jes jedosaja. Ad. c) ( a + b) b a b ϕ ( ) Ee e Ee e ϕ ( a) a + b, E, czyl Ad. d) (dla zmeej losowej cągłej). Poeważ rozparywaa fucja jes jedosaje cągła o moża różczować względem pod zaem cał wedy x ϕ ( ) xf ( x) e dx, sąd ϕ () E Przez ducję moża poazać, że ( ) x ϕ ( ) x f ( x) e dx, sąd ϕ ( ) () + Y Y Y Ad. g) ϕ ( ) Ee E e e Ee Ee ϕ ( ) ϕ ( + Y E ( ) ( ) ) Fucje charaerysycze podsawowych rozładów zosały podae w ch zesaweu, wyprowadzmy eóre z ych wzorów. Wyzaczymy fucję charaerysyczą rozładu dwumaowego. P( ) p q gdze q p ϕ (,,,...,. ( pe ) q ( pe q) ) p q e + Y 7

L.Kowals Fucje zmeych losowych Wyzaczymy fucję charaerysyczą rozładu wyładczego. ax ae x > f ( x) x ax x ϕ ( ) ae e dx a e ( a) x a dx a Wyzaczymy fucję charaerysyczą zmeej losowej Y o rozładze N(m, σ). ( x m) f ( x) e σ σ π x R Najperw wyzaczymy fucję charaerysyczą zmeej losowej o rozładze N(, ). x x x + + ( ) x ϕ e e dx e dx e π e π π ( ) x dx 444 4443 e Poeważ Y σ + m o orzysając z własośc c) fucj charaerysyczej m b m m ϕ a + b( ) e ϕ ( a) mamy ϕ ( ) e ϕ ( σ ) e e e Y Wyzaczymy za pomocą fucj charaerysyczej mome rzędu 4 zmeej losowej o rozładze N(, ). Mamy ϕ ( ) e, zaem ( ) e ( 4) 4 ( ) ϕ ( ) 6 + 3 e, 3 sąd m 4 3. 4 ( ) 3 ϕ, ϕ ( ), ( ) ( 4) ϕ () 3, σ e σ ϕ ( ) + 3 e, Wose. Kuroza ej zmeej losowej wyos 3. Poażemy, że suma ezależych zmeych losowych o rozładze Possoa z parameram λ, λ jes róweż zmeą losową o rozładze Possoa o paramerze λ + λ. Zmea losowa o rozładze Possoa z paramerem λ + λ ma fucję charaerysyczą ( λ + λ )( e ϕ ( ) e ) suma ezależych zmeych losowych o rozładze Possoa z parameram λ, λ ma fucję charaerysyczą (własość g)) 8

L.Kowals Fucje zmeych losowych ϕ ( e ) λ ( e ) ( λ + λ )( e e e ) λ + Y ( ) e Z rówośc fucj charaerysyczych wya rówość rozładów (fucja charaerysycza oreśla rozład zmeej losowej jedozacze). Sąd prawdzwość posawoej ezy. W szczególych przypadach moża (orzysając z rerasforma a podsawe fucj charaerysyczej wyzaczyć rozład zmeej losowej. Własość. Jeśl fucja charaerysycza ϕ zmeej losowej jes bezwzględe całowala, o jes zmeą losową cągłą gęsość jej wyraża sę wzorem x f ( x) ϕ( ) e d π Własość. Jeśl fucja charaerysycza ϕ zmeej losowej jes oresowa o orese π, o jes zmeą losową soową o waroścach całowych jej fucja prawdopodobeńswa wyraża sę wzorem π P( ) ϕ( ) e d - lczba całowa π π Wyzaczymy rozład prawdopodobeńswa zmeej losowej, órej fucja 3 charaerysycza ma posać ϕ ( ) e. Jes o fucja oresowa o orese π, zaem jes zmeą losową soową o waroścach całowych jej fucja prawdopodobeńswa wyraża sę wzorem π π 3 3/ gdy 3 P( ) e e d e d π π gdy 3 π π Zaem ma rozład jedopuowy P( 3). Fucja worząca. Jeśl jes zmeą losową przyjmującą eujeme warośc całowe mającą rozład oreśloy fucją prawdopodobeńswa P( ) p,,,... o jej fucją worzącą azywamy zespoloy szereg poęgowy Ψ( s ) Ψ ( s) Przy czym jeśl pewe warośc e są puam soowym o odpowede sład powyższej sumy są rówe zero. Zauważmy, że powyższą fucję moża formale oreślć jao Ψ ( s ) E( s ). Z własośc fucj prawdopodobeńswa wya, że powyższy szereg poęgowy jes zbeży przyajmej dla s. Zaem z własośc zespoloych szeregów poęgowych wya, że Ψ (s) jes fucją aalyczą wewąrz oła jedosowego s <. p s 9

L.Kowals Fucje zmeych losowych Fucja worząca jedozacze oreśla rozład prawdopodobeńswa zmeej losowej o eujemych waroścach całowych, bowem d p Ψ( s),,,... s! ds Needy do wyzaczaa sosuje sę całę Cauchy ego Ψ( s) p < ds r + π s (warość ej cał moża wyzaczyć za pomocą werdzea o resduach). Jeśl Ψ (s) jes fucja wymerą o sosujemy rozład a ułam prose. s r Rozład zerojedyowy ma fucję worzącą P( ) p, P( ) q gdze q p Ψ ( s ) q + ps Fucja worząca sumy ezależych zmeych losowych jes rówa loczyow fucj worzących poszczególych sładów. Rozład dwumaowy P( ) p q,,,..., gdze q p ma fucję worzącą Ψ ( s ) ( q + ps) Uzasadee: rozład dwumaowy jes sumą ezależych rozładów zerojedyowych. λ λ Rozład Possoa P( ) e!,,,... λ > ma fucję worzącą λ( s) Ψ( s) e Jeśl dla zmeej losowej seje mome rzędu drugego, o m Ψ () m Ψ () + Ψ () zaem D Ψ ( ) + Ψ () Ψ ( ) [ ] Uwaga. Poeważ Ψ ( e ) ϕ ( ), gdze ϕ () jes fucją charaerysyczą zmeej losowej, o własośc fucj worzących wyają z własośc fucj charaerysyczych z uwzględeem zamay argumeu. Np. () Ψ ( e ) e m ϕ Ψ ()

L.Kowals Fucje zmeych losowych ( Ψ ( e ) e ) ( Ψ ( e ) e e + Ψ ( e ) e ) ϕ () m Ψ () + Ψ () Fucja worząca momey (rasformaa Laplace a). Jeśl jes zmeą losową dla órej seją momey dowolego rzędu o jej fucją worzącą momey azywamy fucję zespoloą M ( ) M ( ) E( e ) zaem dla zmeej losowej soowej o fucj prawdopodobeńswa P ( x ) p M ( ) a dla zmeej losowej cągłej o gęsośc f(x) e x p x M ( ) e f ( x) dx W obu przypadach rozwjając fucję e x w szereg Taylora możemy fucję worzącą momey zapsać w posac M ( ) m! zaem co wyjaśa azwę rozparywaej fucj. m d M ( ) d Uwaga. Mędzy fucją worzącą momey a fucją worzącą zachodz zależość M ( ) Ψ( e ) (dla zmeej losowej o eujemych waroścach całowych). TWIERDZENIA GRANICZNE Zbeżość cągu zmeych losowych z prawdopodobeńswem (prawe apewo) Cąg zmeych losowych ( ) jes zbeży do zmeej losowej z prawdopodobeńswem jeśl P ({ ω : lm ( ω) ( ω) }) Średowadraowa zbeżość cągu zmeych losowych Cąg zmeych losowych ( ) jes średowadraowo zbeży do zmeej losowej jeśl lm E ( ) Rozparując e rodzaj zbeżośc załadamy, że dla wysępujących u zmeych losowych ( ), seje sończoy mome rzędu.

L.Kowals Fucje zmeych losowych Needy sosuje sę zaps l..m. (sró od lm mea ). Sochasycza zbeżość cągu zmeych losowych Cąg zmeych losowych ( ) jes sochasycze (wg prawdopodobeńswa) zbeży do zmeej losowej jeśl lub rówoważe lm P( < ε ) ε> lm P( ε ) ε > Zbeżość cągu zmeych losowych wg dysrybua (wg rozładu) Cąg zmeych losowych ( ) jes zbeży do zmeej losowej wg dysrybua jeśl cąg ch dysrybua F jes zbeży do dysrybuay F w ażdym puce jej cągłośc (F jes dysrybuaą zmeej losowej ). Zależośc medzy zbeżoścam. ZBIEŻNOŚĆ Z PRAWDOPODOBIEŃSTWEM ZBIEŻNOŚĆ ŚREDNIOKWADRATOWA ZBIEŻNOŚĆ STOCHASTYCZNA ZBIEŻNOŚĆ WG DYSTRYBUANT zbeżość do sałej (z. gdy graca ma rozład jedopuow Rozparzmy cąg zmeych losowych soowych oreśloych a przedzale [, ) w asępujący sposób + gdy ω ; ( ω) + gdy ω [, ) ; P( ) ; P( ) Cąg,,, 3, 3, 3,... jes zbeży sochasycze do zera bo

L.Kowals Fucje zmeych losowych lm P( ε ) lm < ε < Naomas cąg e e jes zbeży w żadym puce przedzale [, ) bowem dla ażdego usaloego puu orzymujemy rozbeży cąg zer jedye (zera jedy wysępują a dowole dalech mejscach). Cąg zmeych losowych cągłych o rozładach jedosajych a przedzałach (, /) jes zbeży do rozładu jedopuowego ( P ( ) ) wg dysrybua. Uwaga. Puowa graca cągu dysrybua e mus być dysrybuaą. Jeśl cąg fucj charaerysyczych odpowadających rozparywaemu cągow dysrybua jes puowo zbeży do fucj cągłej o graca ych dysrybua jes dysrybuaą. Klasyfacja werdzeń graczych szerszy ch wybór p. J.Zachars Zarys maemay wyższej, T. III. Cerale werdzee gracze Ldeberga Levy'ego Jeśl ezależe zmee losowe (,,..., ) mają a sam rozład oraz seje E( ) m D ( ) σ > o cąg dysrybua (F ) sadaryzowaych średch arymeyczych (lub sadaryzowaych sum ) m Y σ / jes zbeży do dysrybuay Φ rozładu N(, ). σ m Aby sę przeoać, że suma ezależych zmeych losowych o am samym rozładze może dążyć do rozładu N(, ) porówajmy rozład N(, ) sadaryzowae rozłady, ( + Y)/, ( + Y + Z)/3, gdze, Y, Z ezależe zmee losowe o rozładze jedosajym w przedzale [,5;,5]. 3

L.Kowals Fucje zmeych losowych 4

L.Kowals Fucje zmeych losowych Wose Dla dużych (w prayce 3) P a m < b Φ( b) Φ( a) σ W przypadu szczególym gdy (,,..., ) maja rozład zerojedyowy o powyższe werdzee azywamy werdzeem Movre'a-Laplace'a (zmee losowe Y mają rozład dwumaow. Wose z werdzea Movre'a-Laplace'a: Y p P a < b Φ( b) Φ( a) pq Uwaga. Powyższe werdzea wsazują a ważą rolę rozładu ormalego. Przyład Wadlwość par żarówe wyos,. Z ej par żarówe wylosowao 65 żarówe. Oblczyć prawdopodobeńswo, że wśród wylosowaych żarówe będze a) mej ż wadlwych, b) ajwyżej wadlwych. Rozwązae. Y lczba wadlwych żarówe wśród wylosowaych, Ad a) Y 65, 65, ( ) P Y < P < 65,,99 65,,99 Φ(,5),93448 Ad b) P( Y ) P( Y < ) + P( Y ) P( Y < ) Y 65, P < 65,,99 Φ(,9),9793 65, 65,,99 Prawo welch lczb Chczya ( ) cąg ezależych zmeych losowych o am samym rozładze oraz ech seje E( ) m. Wedy cąg jes zbeży sochasycze do m. Y Wose Dla dużych jeśl seje D ( ) σ > o 5

L.Kowals Fucje zmeych losowych P ε ( Y m < ε ) Φ ε > σ Przypade szczególy prawo welch lczb Beroullego: ( ) cąg ezależych zmeych losowych o rozładze dwumaowym wedy cąg jes sochasycze zbeży do p. Wose Dla dużych : ε P p < ε Φ > pq Ilusracja powyższego werdzea dla rzuu moeą (p,5), lczba orłów w rzuach. rzuów ε Przyład Wadlwość par żarówe wyos,. Z ej par żarówe losujemy żarówe. Ile żarówe ależy wylosować aby prawdopodobeńswo, że średa lczba wadlwych żarówe różła sę co do warośc bezwzględej od wadlwośc par o mej ż,5 było co ajmej rówe,95. Rozwązae Y lczba wadlwych żarówe wśród wylosowaych Y,5,,5 P < Φ,95,,9 sąd,5 Φ,975 oraz,5,,9, 96,,9 zaem 3, 5 > 553. 6

L.Kowals Fucje zmeych losowych Oceę odchylea warośc zmeej losowej od jej warośc oczewaej daje erówość Czebyszewa: zmea losowa oraz seje E() m D () σ > wedy σ σ P ( m ε ) lub P ( m ε ) ε ε > ε ε > (zaem σ jes marą odchylea warośc zmeej losowej od warośc oczewaej). Zauważmy, że dla ε 3σ orzymujemy uogóloe prawo "rzech sgm". Z erówoścą Czebyszewa zwązae są e erówośc p. ) erówość Marowa ε > p > P E ( ε ) p ε p ) erówość Czebyszewa II ε > P ( ε ) E ε 3) erówość Czebyszewa III (wyładcza) jeśl λ Ee Ee λ < o P( ε ) ε > λε e 4) erówość Bersea jeśl S lczba sucesów w próbach Beroullego z prawdopodobeńswem sucesu p o ε > P S p ε e ε 7

L.Kowals Fucje zmeych losowych ZADANIA Zadae. - rozład wyładczy o paramerze a, z. e f ( x) x dla dla wyzaczyć gęsość rozładu zmeej losowej Y - 3. x x < Zadae. Temperaura merzoa w sal Fahrehea ma rozład jedosajy w przedzale ( ; ). Wyzaczyć rozład emperaury przelczoej a salę Celsjusza Y 5( 3)/9. Zadae.3 Oporość R rezysora ma rozład jedosajy w przedzale (r - ; r + ). Wyzaczyć rozład przewodośc Y /R. Zadae.4 - zmea losowa soowa o fucj prawdopodobeńswa: - -,3,,,3, wyzaczyć fucję prawdopodobeńswa zmeej losowej Y. Zadae.5 Sprawdź, że jeśl, a dla a Y dla a < b o b dla b < G( F( dla y a dla a < y b dla b < y Gdze G - dysrybuaa Y, F - dysrybuaa, a, b - pozomy asycea. Zadae.6 Sprawdź, że jeśl Y m(, a) a o G( F( dla a dla a < dla y a dla a < y Gdze G - dysrybuaa Y, F - dysrybuaa. 8

L.Kowals Fucje zmeych losowych Zadae.7 Kóre z poższych fucj e mogą być fucjam charaerysyczym?.. ϕ ( ), + ϕ ( ), + 3. ϕ ( ) s a, 4. ϕ ( ) cos a, 5. ϕ ( ). Zadae.8 Wyzacz fucję charaerysyczą rozładu Possoa. Korzysając z ej wyzacz warość oczewaą warację ego rozładu. Zadae.9 Korzysając z fucj charaerysyczej rozładu wyładczego wyzacz warość oczewaą warację ego rozładu. Zadae. Wyzacz fucję charaerysyczą rozładu geomeryczego. Korzysając z ej wyzacz warość oczewaą warację ego rozładu. Zadae. Wyzacz fucję charaerysyczą rozładu jedosajego a przedzale (, ). Nasępe orzysając z własośc fucj charaerysyczej wyzacz fucję charaerysyczą rozładu jedosajego a przedzale (a, b), a < b. Zadae. Wyzacz fucję charaerysyczą rozładu gamma. Zadae.3 Wyzacz fucję charaerysyczą rozładu lczby wyrzucoych orłów przy rzuce rzema moeam. Zadae.4 Poazać, że suma ezależych zmeych losowych o rozładze Possoa z parameram λ,..., λ jes róweż zmeą losową o rozładze Possoa o paramerze λ +... +λ. 9

L.Kowals Fucje zmeych losowych Zadae.5 Poazać, że suma ezależych zmeych losowych o rozładze N(m, σ ),,..., ; jes zmeą losową N(m +... + m, σ +... + σ ). Zadae.6 Zmea losowa ma fucję prawdopodobeńswa P( -),5; P( ),5; P( ),5 Wyzacz fucję charaerysyczą ej zmeej losowej. Zadae.7 Zmea losowa ma dysrybuaę F ( x),5 x < x x > a) Wyzacz fucję charaerysyczą ej zmeej losowej. b) Wyzacz fucję charaerysyczą zmeej losowej Y +. Zadae.8 Wyzaczyć rozład prawdopodobeńswa zmeej losowej, órej fucja charaerysycza ma posać ϕ ( ) cos. (Ws. ( e + e ) cos ) Zadae.9 Wyzaczyć rozład prawdopodobeńswa zmeej losowej, órej fucja charaerysycza ma posać ϕ ( ) cos. (Ws. cos ( + cos) ), Zadae. Wyzaczyć rozład prawdopodobeńswa zmeej losowej, órej fucja charaerysycza ma posać ( ) ϕ ( ),5 + e. (Ws. ( ),5+ e,5+,5e +,5e ), Zadae. Wyzaczyć rozład prawdopodobeńswa zmeej losowej, órej fucja charaerysycza,5 ma posać ϕ ( ) e.

L.Kowals Fucje zmeych losowych Zadae. Zmea losowa ma fucję charaerysyczą posac ϕ ( ) e. Czy seje E? Zadae.3 Zmea losowa ma dysrybuaę F ( x),5x x < x x > Wyzacz fucję charaerysyczą ej zmeej losowej. Zadae.4 Zmea losowa ma gęsość x + f ( x) x x < x < x x > Wyzacz fucję charaerysyczą ej zmeej losowej. Zadae.5 Nech Y będą ezależe o rozładze jedosajym a (-,5;,5). Poazać, że ch suma ma rozład o gęsośc ja w poprzedm zadau. Zadae.6 Nech Y będą ezależe o ym samym rozładze fucj charaerysyczej ϕ (). Wyzacz fucję charaerysyczą zmeej losowej Z - Y. Zadae.7 Fucja ( 4 + 9s + 9 ) f (, s) exp s s jes fucją charaerysyczą wymarowego rozładu ormalego. Wyzaczyć weor warośc oczewaych macerz owaracj ej zmeej losowej. Wyzaczyć gęsość ego rozładu. Zadae.8 Sysem słada sę z uładów z órych ażdy ma czas bezawaryjej pracy oreśloy rozładem wyładczym o paramerze a ezależym od drugego uładu. Wyzaczyć

L.Kowals Fucje zmeych losowych rozład bezawaryjego czasu pracy całego sysemu (sysem dzała jeśl oba ułady pracują). Y m(, ) Odp. Jes o rozład wyładczy o paramerze a + a. Zadae.9,,..., - ezależe zmee losowe o rozładze oreśloym gęsoścą f(x). Wyzaczyć rozład zmeej losowej Y m(,,..., ). (odp. G ( ( F( ) ; ( g f ( ( F ( ) ) Zadae.3,,..., - ezależe zmee losowe o rozładze oreśloym gęsoścą f(x). Wyzaczyć rozład zmeej losowej Y max(,,..., ). (odp. G( F ( ; g ( f ( F ( ) Zadae.3 Wyzaczyć gęsość rozładu logarymczo-ormalego. (l y m) (odp. σ g( e y ) σy π Zadae.3, Y - ezależe zmee losowe o rozładze oreśloym fucją prawdopodobeńswa P( ) /, P( ) 3/8, P( ) /8, Wyzacz fucję prawdopodobeńswa zmeej losowej + Y. Zadae.3 a), Y - ezależe zmee losowe o rozładze jedosajym w [, ]. Wyzacz gęsość zmeej losowej + Y. Wyzacz paramery ej zmeej losowej. b), Y, Z - ezależe zmee losowe o rozładze jedosajym w [, ]. Wyzacz gęsość zmeej losowej + Y + Z. Wyzacz paramery ej zmeej losowej. Zadae wyoaj sosując splo gęsośc a wy sprawdź za pomocą fucj charaerysyczych.

L.Kowals Fucje zmeych losowych Naszcuj porówaj wyresy gęsośc zmeych losowych, + Y, + Y + Z. Zauważ, że gdy rośe lczba rozparywaych sładów, wyres gęsośc saje sę podoby do rzywej Gaussa. Zadae.33 - zmea losowa odpowadająca merzoej welośc (załadamy, że ma rozład jedosajy w [, 8]), Y - ezależa od zmea losowa opsująca błąd pomaru (załadamy, że ma rozład ormaly N(, )). Wyzacz gęsość zmeej losowej odpowadającej wyow pomaru U + Y. Wyzacz paramery ej zmeej losowej. Zadae wyoaj sosując splo gęsośc a wy sprawdź za pomocą fucj charaerysyczych. Naszcuj wyres gęsośc zmeej losowej + Y. Zadae.34 Wyazać, że cąg zmeych losowych jes zbeży sochasycze do zera. Y ( m) Załadamy, że zmee losowe są ezależe o am samym rozładze sończoych momeach rzędu. Zadae.35 Sprawdź, że puowa graca cągu dysrybua (Ws. Wyazać zbeżość średowadraową) F x + ( x) gdy x gdy < x gdy x > jes fucją óra e jes dysrybuaą. Zadae.36 Rzucamy a), b), c) razy moeą. Oszacować sosując erówość Czebyszewa Bersea prawdopodobeńswo, że lczba orłów będze różć sę od warośc oczewaej o węcej ż 5%. 3

L.Kowals Fucje zmeych losowych Zadae.37 Wadomo, że 7% sudeów pewego wydzału WAT ończy suda w erme. Jeśl suda a ym wydzale rozpoczęło 6 sudeów, o oceń szasę uończea przez przyajmej 45 z ch sudów w erme. Zasosuj werdzee gracze. Zadae.37 Rzucamy 5 razy osą sześceą. Wyzaczyć prawdopodobeńswo ego, że częsość wypadaa jedy będze ależała do przedzału (/6,5; /6 +,5). Zadae.38 Ile razy ależy rzucć moeą aby z prawdopodobeńswem co ajmej,975 werdzć, że częsość wypadaa orła będze ależała do przedzału (,4;,6). Zadae.39 Ile razy ależy rzucć moeą aby z prawdopodobeńswem,95 werdzć, że częsość wypadaa orła będze różła sę od,5 co ajwyżej o,. Zadae.4 Wadlwość pewego wyrobu wyos %. Oblczyć prawdopodobeńswo, że wśród losowo wybraych szu ego wyrobu będze od 5 do szu wadlwych. Zadae.4 Zmea losowa Y jes średą arymeyczą 3 ezależych zmeych losowych o jedaowym rozładze o warośc oczewaej 3 waracj. Oblczyć prawdopodobeńswo, że Y przyjmuje warośc z przedzału (,95; 3,75). Zadae.4 Wedząc, że waracja ażdej z 45 ezależych zmeych losowych o jedaowym rozładze jes rówa 5, oszacować prawdopodobeńswo, że średa ych zmeych odchyl sę od jej warośc oczewaej e węcej ż o,4. L.Kowals, 7. 3. 4