cov(x, Y ) = E[(X E[X]) (Y E[Y ])] cov(x, Y ) = E[X Y ] E[X] E[Y ]

Σχετικά έγγραφα
c(2x + y)dxdy = 1 c 10x )dx = 1 210c = 1 c = x + y 1 (2xy + y2 2x + y dx == yx = 1 (32 + 4y) (2x + y)dxdy = 23 28

12xy(1 x)dx = 12y. = 12 y. = 12 y( ) = 12 y 1 6 = 2y. x 6x(1 x)dx = 6. dx = 6 3 x4

3. ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΑΤΑΝΟΜΩΝ

0, x < 0 1+x 8, 0 x < 1 1 2, 1 x < x 8, 2 x < 4

P (A) + P (B), [Α,Β: ξένα µεταξύ τους] P (C A B) [P (A) + P (B)] P (C A) P (A) P (B) 3 4 ( ) 1 7 = 3 7 =

1 1 c c c c c c = 1 c = 1 28 P (Y < X) = P ((1, 2)) + P ((4, 1)) + P ((4, 3)) = 2 1/ / /28 = 18/28

c(x 1)dx = 1 xf X (x)dx = (x 2 x)dx = 2 3 x3 x 2 x 2 2 (x 1)dx x 2 f X (x)dx = (x 3 x 2 )dx = 2 4 x4 2 3 x3

p(x, y) = 1 (x + y) = 3x + 6, x = 1, 2 (x + y) = 3 + 2y, y = 1, 2, 3 p(1, 1) = = 2 21 p X (1) p Y (1) = = 5 49

P = 0 1/2 1/ /2 1/

Πανεπιστήµιο Κρήτης - Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. ΗΥ-217: Πιθανότητες-Χειµερινό Εξάµηνο ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης

P (M = 9) = e 9! =

P(Ο Χρήστος κερδίζει) = 1 P(Ο Χρήστος χάνει) = 1 P(X > Y ) = 1 2. P(Ο Χρήστος νικά σε 7 από τους 10 αγώνες) = 7

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες-Χειµερινό Εξάµηνο ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης.

(365)(364)(363)...(365 n + 1) (365) k

200, δηλαδή : 1 p Y (y) = 0, αλλού

xp X (x) = k 3 10 = k 3 10 = 8 3

P( X < 8) = P( 8 < X < 8) = Φ(0.6) Φ( 1) = Φ(0.6) (1 Φ(1)) = Φ(0.6)+Φ(1) 1

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες - Χειµερινό Εξάµηνο 2017 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες - Χειµερινό Εξάµηνο 2015 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης

Χρονικές σειρές 2 Ο μάθημα: Εισαγωγή στις χρονοσειρές

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες -Χειµερινό Εξάµηνο 2012 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης. Λύσεις : Τέταρτη Σειρά Ασκήσεων

Λύσεις 4ης Ομάδας Ασκήσεων

( ) = inf { (, Ρ) : Ρ διαµέριση του [, ]}

, x > a F X (x) = x 3 0, αλλιώς.

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 9 Επαναληπτικες Ασκησεις

P (Ηρ) = 0.4 P (Αρ) = 0.32 P (Απ) = 0.2

Κεφάλαιο 3: Τυχαίες µεταβλητές και κατανοµές πιθανότητας.

P (A) = 1/2, P (B) = 1/2, P (C) = 1/9

Όρια συναρτήσεων. ε > υπάρχει ( ) { } = ± ορίζονται αναλόγως. Η διατύπωση αυτών των ορισµών αφήνεται ως άσκηση. x y = +. = και για κάθε (, ) ( 0,0)

Τυχαίες Μεταβλητές Γεώργιος Γαλάνης Κωνσταντίνα Παναγιωτίδου

Περίληψη ϐασικών εννοιών στην ϑεωρία πιθανοτήτων

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 5

Γραµµικη Αλγεβρα ΙΙ Ασκησεις - Φυλλαδιο 10

Περιεχόμενα 5ης Διάλεξης 1 Ανισότητα Markov 2 Διασπορά 3 Συνδιασπορά 4 Ανισότητα Chebyshev 5 Παραδείγματα Σωτήρης Νικολετσέας, αναπληρωτής καθηγητής 5

ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ I Παντελής Δημήτριος Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Άσκηση 1: Λύση: Για το άθροισμα ισχύει: κι επειδή οι μέσες τιμές των Χ και Υ είναι 0: Έτσι η διασπορά της Ζ=Χ+Υ είναι:

n i P(x i ) P(X = x i ) = lim

Πιθανότητες και Αρχές Στατιστικής (5η Διάλεξη) Σωτήρης Νικολετσέας, καθηγητής Τμήμα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Πατρών Ακαδημαϊκό Ετος

ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ Ι ΙΑΣΤΑΤΩΝ ΤΥΧΑΙΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Όρια συναρτήσεων. ε > υπάρχει ( ) { } = ± ορίζονται αναλόγως. Η διατύπωση αυτών των ορισµών αφήνεται ως άσκηση. x y = +. = και για κάθε (, ) ( 0,0)

4.2 ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ 2 ου ΒΑΘΜΟΥ

2. Στοιχεία Πολυδιάστατων Κατανοµών

5 Γενική µορφή εξίσωσης ευθείας

(1) 98! 25! = 4 100! 23! = 4

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ΙΙ (ΑΡΤΙΟΙ) Ασκησεις - Φυλλαδιο 4

ΤΥΧΑΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑΤΑ. Στατιστική Συµπερασµατολογία Ι, Κ. Πετρόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών, Πανεπιστήµιο Πατρών

Κεφάλαιο 7 Βάσεις και ιάσταση

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ: ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΘΕ: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΉ Ι (ΠΛΗ 12) ΛΥΣΕΙΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΑΡΤΙΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 2

ΗΥ-217-ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ-ΧΕΙΜΕΡΙΝΟ ΕΞΑΜΗΝΟ 2016 ΔΙΔΑΣΚΩΝ: ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΤΣΑΚΑΛΙΔΗΣ

Θεωρία Πιθανοτήτων, εαρινό εξάμηνο Λύσεις του όγδοου φυλλαδίου ασκήσεων.

x 2 = x x 2 2. x 2 = u 2 + x 2 3 Χρησιµοποιώντας το συµβολισµό του ανάστροφου, αυτό γράφεται x 2 = x T x. = x T x.

Κεφάλαιο 3 ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΚΑΙ ΠΑΛΙΝ ΡΟΜΗΣΗ. 3.1 Συσχέτιση δύο τ.µ.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

1 Οι πραγµατικοί αριθµοί

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Ι ( )

ΘΕΩΡΙΑ ΑΡΙΘΜΩΝ Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 1

P (A B) = P (A) + P (B) P (A B)

X(t) = A cos(2πf c t + Θ) (1) 0, αλλού. 2 cos(2πf cτ) (9)

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-317: Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες - Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων : Π.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ - ΥΠΟ ΕΙΞΕΙΣ ΣΥΝΤΟΜΕΣ ΛΥΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΒΑΣΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ

Κριτήριο Παρεμβολής. και. άρα από το παραπάνω κριτήριο παρεµβολής το l im f ( x) (x 1) 2 f (x) 2x (x 1) 2 2x (x 1) 2 f (x) 2x + (x 1) 2

Σύνολα. 1) Με αναγραφή των στοιχείων π.χ. 2) Με περιγραφή των στοιχείων π.χ.

Γραµµικη Αλγεβρα Ι Επιλυση Επιλεγµενων Ασκησεων Φυλλαδιου 8

0 x < (x + 2) 2 x < 1 f X (x) = 1 x < ( x + 2) 1 x < 2 0 x 2

{ } ΠΛΗ 12: ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΤΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι 2 η ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Απαντήσεις. 1. (15 µονάδες)

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες - Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης. Λύσεις Τρίτης Σειράς Ασκήσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες - Χειµερινό Εξάµηνο 2014 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης. Λύσεις εύτερης Σειράς Ασκήσεων

5.1 Συναρτήσεις δύο ή περισσοτέρων µεταβλητών

1.4 Λύσεις αντιστρόφων προβλημάτων.

Μέση Τιµή. Έστω Χ τ.µ. και f Χ (x) ησ.π. ήσ.π.π. της Χ Μέση ή αναµενόµενη τιµή της Χ είναι ο αριθµός: αν η Χ είναι διακριτή, και αν η Χ είναι συνεχής.

12. ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ Α ΒΑΘΜΟΥ. είναι δύο παραστάσεις μιας μεταβλητής x πού παίρνει τιμές στο

A2. ΠΑΡΑΓΩΓΟΣ-ΚΛΙΣΗ-ΜΟΝΟΤΟΝΙΑ

10ο Φροντιστηριο ΗΥ217 - Επαναληπτικό

f x = f a + Df a x a + R1 x, a, x U και από τον ορισµό της 1 h f a h f a h a h h a R h a i i j

f( x 1, x ( ) ( ) f x > f x. ( ) ( )

( ) = 2. f x α(x x )(x x ) f x α(x ρ) x1,2. 1, x

Στροβιλισµός πεδίου δυνάµεων

ΠΟΛΥΩΝΥΜΙΚΕΣ - ΡΗΤΕΣ ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ P x = x+ 2 4 x x 3x x x x 3x

ΛΟΓΙΣΜΟΣ Ι ΤΜΗΜΑ 1β. 2n + 1 n(n + 1) xn. n=1. 2n + 1 ln(1 x)(1 + x) + x. a n = 2n + 1 n(n + 1) = 1 n + 1. a n+1 x n+1 a n x n.

< 1 για κάθε k N, τότε η σειρά a k συγκλίνει. +, τότε η η σειρά a k αποκλίνει.

Ακουλουθίες ρ. Κωνσταντίνα Παναγιωτίδου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-217: Πιθανότητες - Χειµερινό Εξάµηνο 2012 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης. Λύσεις Τρίτης Σειράς Ασκήσεων

Κεφάλαιο 2 ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΜΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ. 2.1 Συνάρτηση

Μαθηµατική Επαγωγή. Ορέστης Τελέλης. Τµήµα Ψηφιακών Συστηµάτων, Πανεπιστήµιο Πειραιώς

8 Άρα η Ϲητούµενη πιθανότητα είναι

Μηχανική ΙI. Μετασχηµατισµοί Legendre. της : (η γραφική της παράσταση δίνεται στο ακόλουθο σχήµα). Εάν

(1) 98! 25! = 4 100! 23! = 4

ΘΕΩΡΙΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΩΝ Ι (ΝΠΣ) ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΕΣ Ι (ΠΠΣ) Φεβρουάριος 2010

3. Κατανομές πιθανότητας

Απλή Γραμμική Παλινδρόμηση και Συσχέτιση 19/5/2017

ρ. Ευστρατία Μούρτου

ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΠΕΡΙΕΧΕΙ: ΤΥΠΟΥΣ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑΤΑ. Τώρα τα κατάλαβα όλα...και τα θυµάµαι όλα!!!

4 Συνέχεια συνάρτησης

5 Παράγωγος συνάρτησης

ΣΥΝΤΕΤΑΓΜΕΝΕΣ ΙΑΝΥΣΜΑΤΟΣ

Transcript:

Πανεπιστήµιο Κρήτης - Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών ΗΥ-317: Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκων : Π. Τσακαλίδης Συνδιασπορά - Συσχέτιση Τυχαίων Μεταβλητών Επιµέλεια : Κωνσταντίνα Φωτιάδου 1. Συνδιασπορά Τυχαίων Μεταβλητών : Η συνδιασπορά δύο τυχαίων µεταβλητών X και X, συµβολίζεται ως : cov(x, Y ), και ορίζεται ως : cov(x, Y ) = E(X EX) (Y EY ) Επίσης, ένας εναλλακτικός ορισµός της συνδιασποράς είναι ο ακόλουθος : : cov(x, Y ) = EX Y EX EY cov(x, Y ) = E (X EX) (Y EY ) = E X Y X EY Y EX + EX EY EX Y EX EY EY EX + EX EY = EX Y EX EY = 1.1. Παρατηρήσεις Το πρόσηµο της συνδιασποράς περιέχει ένα σηµαντικό δείκτη της σχέσης των τυχαίων µετα- ϐλητών X και Y. Μια ϑετική ή αρνητική συνδιασπορά µας δείχνει ότι οι τιµές των X EX και Y EY τείνουν να έχουν ίδιο ή αντίθετο πρόσηµο σ ενα συγκεκριµένο µοναδικό πείραµα. Οι παρακάτω γραφικές παραστάσεις απεικονίζουν δύο γραφικά παραδείγµατα ϑετικής και αρνητικής διασποράς, όπου οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι οµοιόµορφα κατανεµηµένες πάνω σε ελλείψεις. Σχήµα 1: Παραδείγµατα Θετικής και Αρνητικής Συνδιασποράς

ΗΥ-317- Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 2 Χρήσιµες Ιδιότητες Συνδιασποράς 1. cov(x, Y ) = cov(y, X) 2. cov(x, X) = var(x) 3. cov(x + Y, Z) = cov(x, Z) + cov(y, Z) 4. cov(c X, Y ) = c cov(x, Y ) 1.2. Ασυσχέτιστες Τυχαίες Μεταβλητές Οταν cov(x, Y ) = 0, οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι ασυσχέτιστες. Αν δύο τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι ανεξάρτητες, τότε ϑα είναι και ασυσχέτιστες. : Εχουµε ότι : cov(x, Y ) = E(X EX) (Y EY ) = E(X EX) E(Y EY ) Οπότε οι τ.µ X και Y είναι ασυσχέτιστες. = (EX EX) (EY EY ) = 0 Προσοχή! Το αντίστροφο δεν ισχύει πάντα. Εάν δύο τυχαίες µεταβλητές είναι ασυσχέτιστες, δεν είναι απαραίτητα ανεξάρτητες! Παράδειγµα 1.2.1 Εστω Ϲεύγος τυχαίων µεταβλητών (X, Y ) που παίρνει τιµές (1,0), (0,1), (-1,0), (0,-1), κάθε µία µε πιθανότητα p = 1/4. Εξετάζουµε αν οι τ.µ X και Y είναι ασυσχέτιστες και ανεξάρτητες. Σχήµα 2: Γραφική παράσταση της κατανοµής των τ.µ Χ και Υ του παραδείγµατος 1.2. Στο παραπάνω σχήµα παριστάνεται η κατανοµή των τυχαίων µεταβλητών X και Y. Οπως παρατηρούµε, είναι συµµετρικές ως προς την αρχή των αξόνων. Για τις µέσες τιµές των τ.µ X και Y ισχύει : EX = EY = 0. Επιπλεόν, για κάθε Ϲεύγος (x, y), είτε x = 0, είτε y = 0. Οπότε συνεπάγεται ότι το γινόµενο x y = 0. Εποµένως, η συνδιασπορά των τ.µ X και Y γίνεται : cov(x, Y ) = E(X EX) (Y EY ) = EX Y EX EY = 0

ΗΥ-317- Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 3 Άρα, οι τ.µ X και Y είναι ασυσχέτιστες. Οµως, δεν είναι ανεξάρτητες! Για παράδειγµα, µια µη-µηδενική τιµή της X προσδιορίζει την τιµή της Y στο µηδεν. 1.3. Συντελεστής Συσχέτισης Τυχαίων Μεταβλητών : Συντελεστή συσχέτισης δύο τυχαίων µεταβλητών X και Y, συµβολίζουµε την ποσότητα : ρ(x, Y ) και ορίζουµε ως εξής : cov(x, Y ) ρ(x, Y ) = var(x) var(y ) 1.3.1. Παρατηρήσεις Θεωρείται µια κανονικοποιηµένη µορφή της συνδιασποράς των τυχαίων µεταβλητών X και Y. Το ρ παίρνει τιµές µεταξύ 1 και 1. ηλαδή : ρ 1, 1. Οταν ρ > 0, οι τιµές X EX και Y EY τείνουν να έχουν το ίδιο πρόσηµο. Οταν ρ < 0, οι τιµές X EX και Y EY τείνουν να έχουν αντίθετο πρόσηµο. Το µέγεθος του ρ παρέχει ένα κανονικοποιηµένο µέτρο του πόσο αυτό αληθεύει. Οσο πιο κοντά ϐρίσκεται η τιµή του ρ στο 1, τόσο πιο έντονη γίνεται αυτή η τάση. Υποθέτοντας ότι οι X, Y έχουν ϑετικές διασπορές, αποδεικνύεται ότι ρ = 1 ή ρ = 1, αν και µόνο αν υπάρχει µια ϑετική (ή αντίστοιχα αρνητική) σταθερά c ώστε : ( ) Y EY = c X EX, (x, y) Παράδειγµα 1.3.1 Θεωρείστε n ανεξάρτητες ϱίψεις ενός νοµίσµατος µε πιθανότητα να έρθει κορώνα ίση µε p. Εστω X και Y ο αριθµός των κορώνων και των γραµµάτων, αντίστοιχα. Να µελετηθεί η συσχέτιση των X και Y. Λύση Για κάθε Ϲευγάρι (x, y) έχουµε ότι : x + y = n. Επειδή οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι διωνυ- µικές µε παραµέτρους p και 1 p, αντίστοιχα, έχουµε : Επίσης, (x, y) έχουµε : EX + EY = n p + n (1 p) = np + n np = n ( ) X EX = Y EY

ΗΥ-317- Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 4 Για να υπολογίσουµε το συντελεστή συσχέτισης των τυχαίων µεταβλητών X και Y, ϑα πρέπει πρώτα να ϐρούµε τη συνδιασπορά των X και Y. cov(x, Y ) = E (X EX) (Y Ey) = E (X EX) (X EX) = E (X EX) 2 = var(x) Εποµένως, έχουµε : ρ(x, Y ) = cov(x, Y ) var(x) var(y ) = var(x) = var(x) var(x) var(x) var 2 (X) = 1 2. Συσχέτιση τυχαίων µεταβλητών ( Correlation ) Ορισµός : Η συσχέτιση δύο τυχαίων µεταβλητών X και Y ορίζεται ως : 2.1. Παρατηρήσεις EX Y = + x y f X,Y (x, y)dxdy ύο τυχαίες µεταβλητές X και Y λέγονται ορθογώνιες, αν η συσχέτισή τους είναι µηδενική, δηλαδή αν : EX Y = 0. Προκύπτει ότι αν οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι στατιστικά ασυσχέτιστες, τότε οι τυχαίες µεταβλητές X µ X και Y µ Y, είναι ορθογώνιες. 2.2. Θεωρήµατα Συσχέτισης τυχαίων µεταβλητών Θεώρηµα 1. Αν οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι στατιστικά ασυσχέτιστες, τότε η διασπορά του αθροίσµατος είναι ίση µε το άθροισµα των διασπορών των X και Y. σ 2 X+Y = σ 2 X + σ 2 Y Θεωρούµε την τυχαία µεταβλητή Z = X + Y µ Z = µ X + µ Y. Η διασπορά της τ.µ Z ϑα είναι : σz 2 = E E (X µ X ) 2 + 2E (Z µ Z ) 2 ( = E (X µ X ) + (Y µ Y ) 2) = X µ X E Y µ Y + E (Y µ Y ) 2 = σ 2 X + σ 2 Y + cov(x, Y ) = σ 2 X + σ 2 Y, εφόσον Χ,Υ : ασυσχέτιστες Θεώρηµα 2. Αν οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι ορθογώνιες τότε : E(X + Y ) 2 = EX 2 + EY 2

ΗΥ-317- Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 5 Εχουµε ότι : E(X + Y ) 2 = EX 2 + 2EX Y + EY 2 = EX 2 + EY 2, εφόσον οι τ.µ Χ,Υ είναι ορθογώνιες Θεώρηµα 3. Αν οι τυχαίες µεταβλητές X και Y είναι ασυσχέτιστες και η µέση τιµή της µιας τουλάχιστον είναι µηδέν, τότε είναι ορθογώνιες. Εφόσον οι τ.µ X και Y είναι ασυσχέτιστες, ϑα ισχύει : EX Y = EX EY. Επίσης, είτε EX = 0 ή EY = 0 EX Y = 0 οπότε οι τ.µ X και Y είναι ορθογώνιες. Ανισότητα Schwarz Για δύο τυχαίες µεταβλητές X και Y ισχύει η ακόλουθη ανισότητα : ( EX Y ) 2 EX 2 EY 2 Ορίζουµε την τυχαία µεταβλητή X λy, λ R. Και έστω P (λ) = E (X λy ) 2 λ R έχουµε : 0 P (λ) = E (X λy ) 2 = λ 2 EY 2 + EX 2 2 λ EX Y λ 2 EY 2 2λ EX Y + EX 2 = 0 Βρίσκουµε την πρώτη παράγωγο ως προς λ: P (λ) = 2λ EY 2 2EX Y Εξετάζουµε το πρόσηµο και της δεύτερης παραγώγου της P (λ): P (λ) = 2EY 2 > 0 Επειδή η δεύτερη παράγωγος είναι ϑετική, το τριώνυµο έχει τοπικό ελάχιστο. πρώτη παράγωγο, ϐρίσκουµε το ελάχιστο : Μηδενίζοντας την 2λ EY 2 2EX Y = 0 λ min = EX Y EY 2 Υπολογίζουµε την αντίστοιχη τιµή του τριωνύµου : 0 EX 2 + ( ) 2 EX Y EY 2 2 EX Y EY 2 EX Y ( ) 2 EX Y 0 EX 2 EY 2 ( 2 EX Y ) EX 2 EY 2, Αποδείχθηκε

ΗΥ-317- Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 6 3. Συνδιασπορά Αθροίσµατος Τυχαίων µεταβλητών Μέσω της έννοιας της συνδιασποράς, µπορούµε να επεκτείνουµε την έννοια της διασποράς του α- ϑροίσµατος τ.µ και σε αθροίσµατα µη- ανεξάρτητων τ.µ. Εάν X 1, X 2,, X n, τ.µ µε πεπερασµένες διασπορές, έχουµε : var(x 1 + X 2 ) = var(x 1 ) + var(x 2 ) + 2 cov(x 1, X 2 ) Στην γενικευµένη περίπτωση, έχουµε ότι : ( ) var(x) = var X i = n 1 var(x i ) + 2 i j=i+1 cov(x i, X j ) Θέτουµε : Xi = X i EX i Εχουµε : ( ) var X i = E ( X i ) 2 = E n 1 var(x i ) + 2 j=1 i X i Xj = E X i 2 + 2 j=i+1 j=1 j=i+1 E X i X j = E X i X j = cov(x i, X j ), Αποδείχθηκε Εφαρµογή Θεωρήστε το πρόβληµα των καπέλων, όπου n άτοµα πετούν τα καπέλα τους σ ενα κουτί και ακολούθως ανασύρουν από ένα καπέλο στην τύχη. Να ϐρεθεί η διασπορά της τ.µ X, η οποία εκφράζει τον αριθµό των ατόµων που ανασύρουν το δικό τους καπέλο. Λύση Εστω ότι X = X 1 + X 2 + + X n. Επίσης, έστω X i : Η τυχαία µεταβλητή που παίρνει την τιµή 1, αν το i οστό άτοµο ανασύρει το δικό του καπέλο. ιαφορετικά, παίρνει την τιµή 0. Η τ.µ X i Bernoulli, µε p = P (X i = 1) = 1 n. Η διασπορά της τ.µ X i, var(x i ), ϑα είναι : var(x i ) = 1 n (1 1 n ) Για να ϐρούµε τη διασπορά της τ.µ X, ϑα πρέπει πρώτα να υπολογίσουµε την συνδιασπορά των τ.µ X i και X j. Εχουµε : cov(x i, X j ) = E (X i EX i ) (X j EX j ) = EX i X j EX i EX j = P (X i = 1 καιp (X j = 1)) P (X i = 1) P (X j = 1) = P (X i = 1) P (X j = 1 X i = 1) P (X i = 1) P (X j = 1) = 1 n 1 n 1 1 n 2 = 1 n 2 (n 1)

ΗΥ-317- Εφαρµοσµένες Στοχαστικές ιαδικασίες-εαρινό Εξάµηνο 2016 7 Εποµένως, η διασπορά της τ.µ X υπολογίζεται από τον ακόλουθο τύπο : ( ) var(x) = var X i = n 1 var(x i ) + 2 i j=i+1 cov(x i, X j ) = n 1 n (1 1 n(n 1) 1 ) + 2 n 2 n 2 (n 1) = 1