Sadrˇzaj. Sadrˇzaj 1 9 DVODIMENZIONALNI SLUČAJNI VEKTOR DISKRETNI DVODIMENZIONALNI

Σχετικά έγγραφα
Funkcija gustoće neprekidne slučajne varijable ima dva bitna svojstva: 1. Nenegativnost: f(x) 0, x R, 2. Normiranost: f(x)dx = 1.

VJEROJATNOST I STATISTIKA Popravni kolokvij - 1. rujna 2016.

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

Diskretan slučajni vektor

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

1.4 Tangenta i normala

3 Populacija i uzorak

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

7 Algebarske jednadžbe

Slučajni procesi Prvi kolokvij travnja 2015.

VJEROJATNOST popravni kolokvij veljače 2017.

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

2. Ako je funkcija f(x) parna onda se Fourierov red funkcije f(x) reducira na Fourierov kosinusni red. f(x) cos

18. listopada listopada / 13

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

VJEROJATNOST I STATISTIKA 2. kolokvij lipnja 2016.

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

1 Promjena baze vektora

5. Karakteristične funkcije

Slučajni vektor. Poglavlje 3

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

Slučajne varijable Materijali za nastavu iz Statistike

radni nerecenzirani materijal za predavanja

6 Polinomi Funkcija p : R R zadana formulom

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Operacije s matricama

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

Verovatnoća i Statistika I deo Teorija verovatnoće (zadaci) Beleške dr Bobana Marinkovića

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

Jednodimenzionalne slučajne promenljive

Teorijske osnove informatike 1

Elementi spektralne teorije matrica

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

Slučajne varijable. Diskretna slučajna varijabla X je promjenjiva veličina koja poprima vrijednosti iz skupa

( x) ( ) ( ) ( x) ( ) ( x) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

- pravac n je zadan s točkom T(2,0) i koeficijentom smjera k=2. (30 bodova)

Uvod u vjerojatnost i matematičku statistiku

Pismeni ispit iz matematike Riješiti sistem jednačina i diskutovati rješenja sistema u zavisnosti od parametra: ( ) + 1.

Sadrˇzaj. Sadrˇzaj 1. 4 UVJETNA VJEROJATNOST Ponovimo... 14

Neka je a 3 x 3 + a 2 x 2 + a 1 x + a 0 = 0 algebarska jednadžba trećeg stupnja. Rješavanje ove jednadžbe sastoji se od nekoliko koraka.

Apsolutno neprekidne raspodele Raspodele apsolutno neprekidnih sluqajnih promenljivih nazivaju se apsolutno neprekidnim raspodelama.

Parametarski zadane neprekidne distribucije

Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

2.2 Srednje vrijednosti. aritmetička sredina, medijan, mod. Podaci (realizacije varijable X): x 1,x 2,...,x n (1)

π π ELEKTROTEHNIČKI ODJEL i) f (x) = x 3 x 2 x + 1, a = 1, b = 1;

16 Lokalni ekstremi. Definicija 16.1 Neka je A R n otvoren, f : A R i c A. Ako postoji okolina U(c) od c na kojoj je f(c) minimum

Veleučilište u Rijeci Stručni studij sigurnosti na radu Akad. god. 2011/2012. Matematika. Monotonost i ekstremi. Katica Jurasić. Rijeka, 2011.

Ako između tri slučajne varijable postoji veza ζ = f (ξ, η) i ako su poznate sve relevantne gustoće vjerojatnosti, tada je

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

2. KOLOKVIJ IZ MATEMATIKE 1

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

9. GRANIČNA VRIJEDNOST I NEPREKIDNOST FUNKCIJE GRANIČNA VRIJEDNOST ILI LIMES FUNKCIJE

Klasifikacija blizu Kelerovih mnogostrukosti. konstantne holomorfne sekcione krivine. Kelerove. mnogostrukosti. blizu Kelerove.

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

5. PARCIJALNE DERIVACIJE

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

LINEARNA ALGEBRA 1, ZIMSKI SEMESTAR 2007/2008 PREDAVANJA: NENAD BAKIĆ, VJEŽBE: LUKA GRUBIŠIĆ I MAJA STARČEVIĆ

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

2.7 Primjene odredenih integrala

PRIMJER 3. MATLAB filtdemo

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

MATEMATIKA Pokažite da za konjugiranje (a + bi = a bi) vrijedi. a) z=z b) z 1 z 2 = z 1 z 2 c) z 1 ± z 2 = z 1 ± z 2 d) z z= z 2

Dijagonalizacija operatora

PISMENI ISPIT IZ STATISTIKE

M086 LA 1 M106 GRP Tema: Uvod. Operacije s vektorima.

4. poglavlje (korigirano) LIMESI FUNKCIJA

Uvod u teoriju brojeva

Neka su A i B skupovi. Kažemo da je A podskup od B i pišemo A B ako je svaki element skupa A ujedno i element skupa B. Simbolima to zapisujemo:

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

Zadaci iz Osnova matematike

Zavrxni ispit iz Matematiqke analize 1

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

( , 2. kolokvij)

REKURZIVNE FUNKCIJE PRIRODOSLOVNO MATEMATIČKI FAKULTET MATEMATIČKI ODSJEK. Diplomski rad. Voditelj rada: Doc.dr.sc.

Signali i sustavi - Zadaci za vježbu II. tjedan

MJERA I INTEGRAL 2. kolokvij 30. lipnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!)

APROKSIMACIJA FUNKCIJA

Karakteristične funkcije

IZVODI ZADACI (I deo)

Linearna algebra I, zimski semestar 2007/2008

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

1. zadatak , 3 Dakle, sva kompleksna re{ewa date jedna~ine su x 1 = x 2 = 1 (dvostruko re{ewe), x 3 = 1 + i

MATEMATIKA 1 8. domaća zadaća: RADIJVEKTORI. ALGEBARSKE OPERACIJE S RADIJVEKTORIMA. LINEARNA (NE)ZAVISNOST SKUPA RADIJVEKTORA.

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

Neprekinute funkcije i limesi Definicija neprekinute funkcije i njen odnos prema limesu Asimptote Svojstva neprekinutih funkcija

1 Diferencijabilnost Motivacija. Kažemo da je funkcija f : a, b R derivabilna u točki c a, b ako postoji limes f f(x) f(c) (c) = lim.

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

( ) ( ) Zadatak 001 (Ines, hotelijerska škola) Ako je tg x = 4, izračunaj

Sadrˇzaj Sadrˇzaj 12 TEORIJA PROCJENA

1 / 79 MATEMATIČKA ANALIZA II REDOVI

Transcript:

Sadrˇzaj Sadrˇzaj DVODIMENZIONALNI. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI............................ KONTINUIRANI -dim tko želi znati više.............................. 5. KOVARIJANCA, KORELACIJA, PRAVCI REGRESIJE........ 7. Ponovimo.................................

Radni materijal

Poglavlje DVODIMENZIONALNI Pojam slučajne varijable generalizira se za dvije i n varijabli. U ovom poglavlju posebno će se obraditi diskretni dvodimenzionali slučajni vektor. Pojam n-dim slučajnog vektora važan je za definiciju slučajnog uzorka. Definicija. (n-dim, engl. random vector) Neka su su X : Ω R, X : Ω R,..., X n : Ω R slučajne varijable definirane na vjerojatnosnom prostoru (Ω, F, P). Funkciju (X, X,..., X n ) : Ω R n zovemo n-dim slučajni vektor ako vrijedi x, x,..., x n R, {ω Ω : X (ω) x, X (ω) x,..., X n (ω) x n } F i označavamo (X, X,..., X n )(ω) = (X (ω), X (ω),..., X n (ω)), ω Ω. Definicija. (FUNKCIJA DISTRIBUCIJE n-dim SLUČAJNOG VEKTORA, engl. distribution function of random vector) Neka je (X, X,..., X n ) : Ω R n n-dim slučajni vektor. Funkciju F : R n R definiranu na sljedeći način: F(x, x,..., x n ) := P(X x,..., X n x n ) zovemo funkcija distribucije diskretnog n-dim slučajnog vektora (X, X,.., X n ).

.. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI MOTIV. Promatramo slučajni pokus bacanje igraće kocke i slučajnu varijablu X = suma brojeva koji su pali i slučajnu varijablu Y = broj ako su pali jednaki brojevi, inače. (a) Nadite funkciju vjerojatnosti slučajnog vektora (X, Y). (b)izračunajte vjerojatnost da je zbroj brojeva koji su pali veći od a manji ili jednak i da su pali isti brojevi? (c) Jesu li X i Y nezavisne varijable? (d) Izračunajte kovarijancu. (e) Jesu li X i Y korelirane varijable? Definicija. DISKRETNI n-dim Ako su slučajne varijable X, X,..., X n diskretne slučajne varijable, onda za slučajni vektor (X, X,..., X n ) kažemo da je diskretni n-dim slučajni vektor. Definicija. (FUNKCIJA VJEROJATNOSTI n-dim SLUČAJNOG VEKTORA, engl. probability function of random vector) Neka je (X, X,..., X n ) : Ω R n n-dim diskretni slučajni vektor. Funkciju f : R n R definiranu na sljedeći način: f (x, x,..., x n ) := P(X = x, X = x,...x n = x n ), (x,..., x n ) R(X, X,..., X n ),, inače zovemo funkcija vjerojatnosti diskretnog n-dim slučajnog vektora (X, X,..., X n ). Definicija.5 DISKRETNI -dim Ako su slučajne varijable X i Y diskretne slučajne varijable, onda za slučajni vektor (X, Y) kažemo da je diskretni dvodimenzionalni slučajni vektor. Definicija. (FUNKCIJA VJEROJATNOSTI diskretnog -dim SLUČAJNOG VEKTORA) Neka su X : Ω R, Y : Ω R diskretne slučajne varijable sa slikama R(X) = {x, x,...}, R(Y) = {y, y,...} Funkciju f : R R definiranu na sljedeći način: f (x, y) := P(X = x i, Y = y j ),, inače x = x i R(X), y = y j R(X), zovemo funkcija vjerojatnosti diskretnog -dim slučajnog vektora (X, Y). Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI T: SVOJSTVA funkcije vjerojatnosti slučajne varijable X. (i) f (x i, y j ), (ii) f (x i, y j ) =. i= j= Dokaz: tko želi znati više (i) Za (x i, y j ) R, P(X = x i, Y = y j ) = P({ω : X(ω) = x i, Y(ω) = y j }) f (x i, y i ). (ii) Za (x i, y j ) (x k, y l ) {ω : X(ω) = x i, Y(ω) = y j } {ω : X(ω) = x k, Y(ω) = y l } =, svojstvo (ii) slijedi prema svojstvu (P), prebrojive aditivnosti funkcije P: i= f (x i, y j ) = j= i= P(X = x i, Y = y j ) = P(Ω) =. j= NAPOMENA. Diskretni -dim slučajni vektor je zadan sa svojom slikom R((X, Y)) = {(x i, y j ), i =,...; j =,...} i funkcijom vjerojatnosti f slučajne varijable, vrijednostima { f (x i, y j ), i =,...; j =,...}. U literaturi se zato može naći zapis slučajnog vektora (X, Y) kao uredene sheme: X/Y y y... y j... x p p p j... (X, Y) x p p j... x i p i p ij......... gdje su p ij = f (x i, y j ), i, j {,,...}. PRIMJER. Neka je (Ω, P(Ω), P) diskretni vjerojatnosni prostor slučajnog pokusa bacanje igraće kocke. Ω = {ω, ω, ω,..., ω }, P({ω i }) =, i =,..,. Neka je X : Ω R slučajna varijabla definirana na sljedeći način: X = broj koji je pao. Neka je Y : Ω R slučajna varijabla definirana na sljedeći način: Y = ako je pao paran broj veći od, inače. X je slučajna varijabla. Slika slučajne varijable je skup R(X) = {,,,, 5, }. Y je slučajna varijabla. Slika slučajne varijable je skup R(Y) = {, }. Naći funkciju vjerojatnosti slučajnog vektora (X, Y). 5 Radni materijal

.. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI Rješenje: Funkcija vjerojatnosti slučajne varijable X je f : R R f (x, y) := = P(X = x i, Y = y j ),, inače. x = x i R(X), y = y j R(Y), x = x i {, }, y = y j {}, x = x i {,,, 5}, y = y j {}, inače. Slučajni vektor (X,Y) možemo za zadati s X/Y (X, Y) 5 PRIMJER. Neka je (X,Y) slučajni vektor za slučajni pokus izbora dva broja iz {,,}, pri čemu je X= prvi izabrani broj, Y= izabrani broj nije manji od prvog. Naći funkciju vjerojatnosti slučajnog vektora. Rješenje: (X, Y) X/Y. Definicija.7 (FUNKCIJA DISTRIBUCIJE DISKRETNOG -dim SLUČAJNOG VEKTORA) Neka je (X, Y) : Ω R diskretni -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)) = {(x i, y j ), i =,...; j =,...}. Funkciju F : R R definiranu na sljedeći način: F(x, y) := P(X x, Y y) = f (x i, y j ) i: x i x j: y j y zovemo funkcija distribucije diskretnog -dim slučajnog vektora (X, Y). Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI T: SVOJSTVA funkcije distribucije diskretnog -dim slučajnog vektora: (F) (F) lim F(x, y) = F(, ) = x, y lim F(x, y) = F(, y) = x lim F(x, y) = F(x, ) = y lim F(x, y) = F(, ) = x, y (F) F(x, y) (F) P(a < X b, a < Y b ) = F(b, b ) F(a, b ) F(b, a ) + F(a, a ), a, b, a, b R, a < b, a < b. (F) F je rastuća funkcija po svakoj varijabli. Dokaz: tko želi znati više (F) Kako je dogadaj X, Y nemoguć dogadaj F(, ) := P(X, Y ) = P( ) =. F(, y) = P(X Y y) = P( Y y) = P( ) =. (F) Budući je dogadaj X, Y siguran dogadaj, onda je F(, ) = P(Ω) =. (F) tvrdnja slijedi iz svojstava (F) i (F). (F) Neka su a, b R, a < b, a < b. Računamo P(a < X b, a < Y b ) = P(a < X b, Y b ) P(a < X b, Y a ) = (F(b, b ) F(a, b )) (F(b, a ) F(a, a )). (F) Neka su a, b R, a < b. P(a < X b, Y y) = F(b, y) F(a, y) F(b, ) + F(a, ) = F(b, y) F(a, y). Iz svojstva (F5) slijedi da je F(a, y) F(b, y), funkcija je rastuća po prvoj varijabli. 7 Radni materijal

.. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI PRIMJER. Za slučajni vektor (X, Y) iz primjera zadan s X/Y (X, Y) 5 odredite vrijednost funkcije distribucije F(, ), F(, ), F(, ), F(, ), F(, ). Izračunajte vjerojatnost P( < X, < Y ) i P( < X, Y ). Rješenje: F(x, y) = P(X x, Y y) = f (x i, y j ) i: x i x j: y j y F(, ) = f (, ) = p =, F(, ) = f (, ) + f (, ) = p + p =, F(, ) = f (, ) + f (, ) = p + p =, F(, ) = f (, ) + f (, ) + f (, ) + f (, ) = p + p + p + p =, F(, ) = f (, ) + f (, ) + f (, ) + f (, ) = p + p + p + p =. Koristimo formule P(a < X b, a < Y b ) = F(b, b ) F(a, b ) F(b, a ) + F(a, a ) P(a < X b, Y b ) = F(b, b ) F(a, b ) P( < X, < Y ) = F(, ) F(, ) F(, ) + F(, ) = + =. P( < X, Y ) = F(, ) F(, ) = =. ili P( < X, < Y ) = P( ) =, P( < X, Y ) = P({ω }) + P({ω }) = + =. PRIMJER. Bacimo istovremeno dva novčića od kune i od 5 kuna. Neka su X i Y slučajne varijable definirane: X= ako je pao slavuj, inače Radni materijal 8

. DVODIMENZIONALNI Y= ako je pao medo, inače. Promatramo slučajni vektor (X,Y). Napišite funkciju vjerojatnosti slučajnog vektora. Odredite F(, ), P( < X, < Y ) i P( < X, Y ). Rješenje: R(X) = {, }, R(Y) = {, }. R((X, Y)) = {(x i, y j ), i =, ; j =, } = {(, ), (, ), (, ), (, )}. f (x, y) :=, x = x i {, }, y = y j {, }, inače. (X, Y) X/Y, f (, ) = f (, ) = f (, ) = f (, ) =. F(x, y) := P(X x, Y y) = i: x i x j: y j y f (x i, y j ) F(, ) = f (, ) = p = F(, ) = f (, ) + f (, ) = p + p = + =. F(, ) = f (, ) + f (, ) = p + p = + = F(, ) = f (, ) + f (, ) + f (, ) + f (, ) = p + p + p + p = Koristimo formule P(a < X b, a < Y b ) = F(b, b ) F(a, b ) F(b, a ) + F(a, a ) P(a < X b, Y b ) = F(b, b ) F(a, b ) P( < X, < Y ) = F(, ) F(, ) F(, ) + F(, ) = + =. ili P( < X, Y ) = F(, ) F(, ) = =. P( < X, < Y ) = P({(s, m)}) = =, P( < X, Y ) = P({s, 5}}) = =. Prisjetimo se motivacijskog primjera: Radni materijal

.. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI PRIMJER.5 motiv Promatramo slučajni pokus bacanje igraće kocke i slučajnu varijablu X = suma brojeva koji su pali i slučajnu varijablu Y = broj ako su pali jednaki brojevi, inače. (a) Nadite funkciju vjerojatnosti slučajnog vektora (X, Y). (b) Izračunajte vjerojatnost da je zbroj brojeva koji su pali veći od a manji ili jednak i da su pali isti brojevi? Rješenje: (a) (X, Y) X/Y 5 7 8 (b) P( < X, Y = ) = f (, ) + f (5, ) + f (, ) = + + =. Definicija.8 (MARGINALNA FUNKCIJA VJEROJATNOSTI komponenata -dim SLUČAJNOG VEKTORA, engl. marginal distribution) Neka je (X, Y) : Ω R diskretni -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)) = {(x i, y j ), i =,...; j =,...} i funkcijom vjerojatnosti f : R [, ] f (x, y) := P(X = x i, Y = y j ),, inače. (x, y) = (x i, y j ) R((X, Y)) Funkciju f (x) = f (X = x, Y = proizvoljno) = f (x, y j ), zovemo marginalna funkcija vjerojatnosti komponente X slučajnog vektora (X, Y). Funkciju f (y) = f (X = proizvoljno, Y = y) = f (x i, y) zovemo marginalna funkcija vjerojatnosti komponente Y slučajnog vektora (X, Y). Radni materijal j i

. DVODIMENZIONALNI X/Y y y... y j... f (x) x p p... p j... j p j x p p j... j p j............ x i p i p ij j p ij.................. f (y) i p i... i p ij i j p ij = PRIMJER. U prethodnim primjerima slučajnih vektora odredite marginalne funkcije vjerojatnosti komponenti X i Y slučajnog vektora (X, Y). Rješenje: X/Y f (x) (a) (b) 5 f (y) X/Y f (x) f (y) 8 5 8 5, X, Y 8 8 8 8 (c) X/Y f (x) f (y) Radni materijal

.. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI (d) X/Y f (x) 5 5 7 8 5 f (y) Definicija. (MARGINALNA FUNKCIJA DISTRIBUCIJE VJEROJATNOSTI komponenata -dim SLUČAJNOG VEKTORA, engl. marginal distribution) Neka je (X, Y) : Ω R diskretni -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)) = {(x i, y j ), i =,...; j =,...} i funkcijom distribucije vjerojatnosti F : R [, ] F(x, y) := P(X x, Y y) = f (x i, y j ) i: x i x j: y j y Funkciju F (x) := F(x, ) = P(X x, < Y ) = f (u), zovemo marginalna funkcija distribucije vjerojatnosti komponente X slučajnog vektora (X, Y). Funkciju F (y) := F(, y) = P( < X, Y y) = f (u) zovemo marginalna funkcija distribucije vjerojatnosti komponente Y slučajnog vektora (X, Y). u x u y Definicija. (NEZAVISNE SLUČAJNE VARIJABLE -dim SLUČAJNOG VEK- TORA, engl. independent variables) Neka je (X, Y) : Ω R -dim slučajni vektor sa funkcijom distribucije vjerojatnosti F(x, y). Za slučajne varijable X i Y kažemo da su nezavisne ako je za svaki (x, y) F(x, y) = F (x) F (y). Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI Neka je (X, Y) : Ω R diskretni -dim slučajni vektor sa funkcijom vjerojatnosti f (x, y). Za slučajne varijable X i Y kažemo da su nezavisne ako je za svaki (x, y) Inače su X i Y zavisne. f (x, y) = f (x) f (y). PRIMJER.7 U primjerima provjeri jesu li slučajne varijable u slučajnim vektorima (X,Y) nezavisne. Rješenje: (a) nisu jer je npr. f (, ) f () f (), f (, ) =, f () =, f () = ; (b) nisu jer je npr. f (, ) f () f (), f (, ) =, f () = 8, f () = 8 ; (c) jesu jer je f (x i, y j ) = f (x i ) f (y j ), i, j =, ; (d) nisu jer je npr. f (, ) f () f (), f (, ) =, f () = 5, f () =. Definicija. (OČEKIVANJE -dim SLUČAJNOG VEKTORA) Neka je (X, Y) : Ω R -dim slučajni vektor i neka komponente X i Y su slučajne varijable koje imaju očekivnje E(X) i E(Y) onda se matematičko očekivanje slučajnog vektora definira s E(X, Y) = (E(X), E(Y)). Definicija. (OČEKIVANJE funkcije DISKRETNOG -dim SLUČAJNOG VEK- TORA) Neka je (X, Y) : Ω R diskretni -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)) = {(x i, y j ), i =,.; j =,...} i funkcijom vjerojatnosti f : R [, ] f (x, y) := P(X = x i, Y = y j ),, inače. (x, y) = (x i, y j ) R((X, Y)) Neka je zadana funkcija h : R R. Kažemo da je slučajna varijabla h(x, Y) funkcija od slučajnog vektora (X,Y) i za nju definiramo očekivanje ako red h(x i, y j ) f (x i, y j ) konvergira i označavamo E(h(X, Y)) := i= h(x i, y j ) f (x i, y j ). j= i= j= Radni materijal

.. DISKRETNI DVODIMENZIONALNI PRIMJER.8 E(X Y) = i= x i y j f (x i, y j ) za h(x, y) = x y. j= PRIMJER. Ako su X i Y nezavisne slučajne varijable onda je jer E(X Y) = E(X) E(Y), E(X Y) = = x i y j f (x i, y j ) = x i y j f (x i ) f (y j ) i= j= i= j= i= j= x i f (x i ) y j f (y j ) = E(X) E(Y). PRIMJER. Ako je (X, X,..., X n ) n-dim slučajni vektor i sve varijable nezavisne onda E(X X... X n ) = E(X ) E(X )... E(X n ). PRIMJER. E(X + Y) = E(X) + E(Y) za h(x, y) = x + y. PRIMJER. Ako je (X, X,..., X n ) n-dim slučajni vektor onda E(X + X +... + X n ) = E(X ) + E(X ) +... + E(X n ). PRIMJER. Neka je (X, Y) diskretni -dim slučajni vektor takav da Y ne poprima vrijednost. Odredi E(sin X Y ). Rješenje: h(x, y) = sin x y E(sin X Y ) = i= h(x i, y j ) f (x i, y j ) = j= i= j= sin x i y j f (x i, y j ) Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI. KONTINUIRANI -dim tko želi znati više MOTIV. Mladić i djevojka su dogovorili sastanak na trgu u sati. Čekat će se najdulje minuta nakon dolaska. Kolika je vjerojatnost da se susretnu ako su oboje došli na trg od do sati? Definicija. KONTINUIRANI -dim Ako su slučajne varijable X i Y kontinuirane slučajne varijable, onda za slučajni vektor (X, Y) kažemo da je kontinuirani dvodimenzionalni slučajni vektor. Definicija. (FUNKCIJA GUSTOĆE VJEROJATNOSTI kontinuiranog -dim SLUČAJNOG VEKTORA) Neka su X : Ω R, Y : Ω R kontinuirane slučajne varijable sa slikama R(X) i R(Y). Funkciju f : R R definiranu na sljedeći način: (i) f (x, y) (ii) f (x, y)dxdy =. zovemo funkcija gustoće vjerojatnosti kontinuiranog -dim slučajnog vektora (X, Y). Definicija.5 (FUNKCIJA DISTRIBUCIJE kontinuiranog -dim SLUČAJNOG VEKTORA) Neka je (X, Y) : Ω R kontinuirani -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)). Funkciju F : R R definiranu na sljedeći način: F(x, y) := P(X x, Y y) = x y f (x, y)dxdy zovemo funkcija distribucije kontinuiranog -dim slučajnog vektora (X, Y). NAPOMENA. Neka je (X, Y) : Ω R kontinuirani -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)) = [a, b] [c, d].tada vrijedi P(a < X b, c < Y d) = b d a c f (x, y)dxdy. NAPOMENA. Neka je (X, Y) : Ω R kontinuirani -dim slučajni vektor sa slikom R((X, Y)). Neka je dogadaj A vezan uz slučajni pokus i vektor (X, Y). Ako označimo područje u xy ravnini koje odgovara dogadaju A sa D A onda vjerojatnost dogadaja A (geometrijsku vjerojatnost) možemo računati pomoću 5 Radni materijal

.. KONTINUIRANI -dim tko želi znati više P(A) = f (x, y)dxdy. D A MOTIV. Mladić i djevojka su dogovorili sastanak na trgu u sati. Čekat će se najdulje minuta nakon dolaska. Kolika je vjerojatnost da se susretnu ako su oboje došli na trg od do sati? Rješenje: Neka su X i Y slučajne varijable koje predtavljaju vrijeme dolaska djevojke i mladića. Pretpostavit ćemo da jednaki vremenski intervali imaju jednaku vjerojatnost, pa su funkcije gustoće vjerojatnosti za obe varijable jednake:, x f (x) =, inače. f (x) =, x, inače. Budući su slučajne varijable X i Y nezavisne možemo odrediti funkciju gustoće vjerojatnosti slučajnog vektora (X, Y) : f (x, y) = f (x) f (y), x, y f (x, y) =, inače. Računamo vjerojatnost dogadaja A = {(x, y) [, ] [, ] : x y < } : P(A) = P( X Y < ) = D A f (x, y)dxdy = 5. (vidite PRIMJER?? u. poglavlju.) Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI. KOVARIJANCA, KORELACIJA, PRAVCI RE- GRESIJE MOTIV. Promatramo slučajni pokus bacanje igraće kocke i slučajnu varijablu X = suma brojeva koji su pali i slučajnu varijablu Y = broj ako su pali jednaki brojevi, inače. (c) Jesu li X i Y nezavisne varijable? (d) Izračunajte kovarijancu. (e) Jesu li X i Y korelirane varijable? Definicija. (KOVARIJANCA SLUČAJNOG VEKTORA - engl.covariance of X and Y) Neka je (X, Y) : Ω R -dim slučajni vektor. Kovarijanca slučajnog vektora (X, Y) je µ XY = E((X E(X))(Y E(Y))) = E(X Y) E(X) E(Y). Ako su X i Y nezavisne slučajne varijable onda je µ XY =. PRIMJER. (a) Var(X + Y) = Var(X) + Var(Y) + µ XY (b) Ako su X i Y nezavisne slučajne varijable onda je Var(X + Y) = Var(X) + Var(Y). Dokaz: tko želi znati više Ako je h(x, y) = x + y onda je Z = X + Y slučajna varijabla, funkcija slučajnog vektora (X, Y). Var(Z) = E(Z ) (E(Z)) = E((X + Y) ) (E(X + Y)) = E(X + X Y + Y ) (E(X) + E(Y)) = E(X ) + E(X Y) + E(Y ) ((E(X)) + E(X) E(Y) + (E(Y)) ) = E(X ) (E(X)) + E(Y ) (E(Y)) + (E(X Y) E(X) E(Y)) Ako su X i Y nezavisne slučajne varijable onda je µ XY = pa tvrdnja slijedi iz (a). Definicija.7 (KOEFICIJENT KORELACIJE, engl. correlation coefficient ) Neka je (X, Y) : Ω R -dim slučajni vektor Neka je µ XY kovarijanca slučajnih varijabli X i Y, a σ i σ njihove standardne devijacije. Koeficijent korelacije komponenti X i Y slučajnog vektora je definiran s ρ XY = µ XY σ σ. 7 Radni materijal

.. KOVARIJANCA, KORELACIJA, PRAVCI REGRESIJE T: SVOJSTVA KOEFICIJENTA KORELACIJE ρ XY : (i) ρ XY = ρ YX, (ii) ρ XY, (iii) ρ XY = ako je Y = ax + b, a >, ρ XY = ako je Y = ax + b, a <, (iv) ρ UW = ρ XY, ako je U = ax + b, W = cy + d, a, c. D: tko želi znati više (ii) Za slučajnu varijablu U = σ X σ Y, odredimo varijancu: Var(U) = E(U ) (E(U)) = E(σ X σ σ XY + σ Y ) (σ E(X) σ E(Y)) = σ E(X ) σ σ E(XY) + σ E(Y ) (σ (E(X)) σ σ E(X)E(Y) + σ (E(Y)) ) = σ Var(X) + σ Var(Y) σ σ (E(XY) E(X)E(Y)) = σ σ + σ σ σ σ µ XY = σ σ σ σ µ XY. Budući je varijanca pozitivan broj zaključujemo da je µ XY σ σ, ρ XY. Analogno, promatrajući slučajnu varijablu U = σ X+σ Y dobit ćemo nejednakost µ XY σ σ, ρ XY. (iii) µ XY = E(XY) E(X)E(Y) = E(X(aX + b)) E(X)E(aX + b) = ae(x ) + be(x) a(e(x)) + be(x) = avar(x) = aσ, σ = Var(Y) = Var(aX + b) = a Var(X) = a σ, ρ XY = µ XY σ σ = aσ σ σ a = a a. Definicija.8 (NEKORELIRANE SLUČAJNE VARIJABLE) Neka je (X, Y) : Ω R -dim slučajni vektor Neka je µ XY kovarijanca slučajnih varijabli X i Y, a σ i σ njihove standardne devijacije. Za slučajne varijable X i Y kažemo da su nekorelirane ako je koeficijent korelacije ρ XY =. Ako je ρ XY slučajne varijable su korelirane. Radni materijal 8

. DVODIMENZIONALNI PRIMJER.5 (a) Ako su X i Y nezavisne slučajne varijable onda su one nekorelirane. (b) Ako su X i Y nekorelirane slučajne varijable onda one ne moraju biti nezavisne. Dokaz: (a) X i Y nezavisne µ XY = ρ XY = X i Y nekorelirane. (b) X i Y nekorelirane ρ XY = ali ne moraju biti X i Y nezavisne (mogu se naći primjeri). NAPOMENA. Neka je zadan slučajni vektor (X, Y) s funkcijom vjerojatnosti f (x, y), ili funkcija gustoće vjerojatnosti. Tražimo funkcijsku vezu izmedu slučajnih varijabli X i Y npr. Y = g(x) tako da E((Y g(x) )) min. Tada se krivulja dana jednadžbom y = g(x) zove regresijska krivulja od Y po X (u smislu najmanjih kvadrata) i odreduje se kao ili y = g(x) = E(Y X = x) = y = g(x) = E(Y X = x) = j= y j f (x, y j ) f (x y f (x, y) f (x) Ako pretpostavimo linearnu ovisnost Y od X tako da je g(x) = ax + b onda kao regresijsku krivulju dobijemo pravac: y µ = ρ XY σ σ (x µ ) je pravac regresije Y po X. Koeficijent a = ρ XY σ = µ XY σ σ je koeficijent regresije Y po X. PRIMJER. Neka je (X, Y) : Ω R -dim slučajni vektor. Neka je µ XY kovarijanca slučajnih varijabli X i Y, ρ XY koeficijent korelacije, σ i σ njihove standardne devijacije, a µ, µ njihova očekivanja. Pretostavimo da su X i Y zavisne slučajne varijable takve da je Y = ax + b. Parametre a i b možemo odrediti metodom najmanjih kvadrata tako da E((Y (ax + b)) ) ima minimalnu vrijednost. a = ρ XY σ = µ XY σ σ je koeficijent regresije Y po X. b = µ ρ XY σ µ = µ µ XY σ σ µ. y µ = µ XY σ (x µ ), Radni materijal

.. KOVARIJANCA, KORELACIJA, PRAVCI REGRESIJE y µ = ρ XY σ σ (x µ ) je pravac regresije Y po X. Analogno, ako je X=aY+b a = ρ XY σ = µ XY σ σ je koeficijent regresije X po Y x µ = µ XY σ (Y µ ), x µ = ρ XY σ σ (y µ ) je pravac regresije X po Y. Dokaz: tko želi znati više (metoda najmanjih kvadrata) Označimo K(a, b) = E((Y ax b) ) = E(Y µ a(x µ ) b + µ aµ ) = σ + a σ aµ XY + (µ b aµ ) K(a, b) je funkcija od varijable i tražimo njen ekstrem. Nužni uvjeti su K a = aσ µ XY (µ b aµ ) =, K b = (µ b aµ ) =. Rješavanjem ovog sustava od jed. s nepoznanice dobit ćemo a = µ XY σ, b = µ aµ = µ µ XY σ µ. NAPOMENA.5 Pravci regresije sijeku se u točki (µ, µ ) koja se zove centar zajedničke distribucije X i Y. Kut izmedu pravaca regresije tgϕ = ρ XY σ σ ρ XY σ +. σ Ako je ρ XY = ili pravci regresije se poklapaju i tada postoji potpuna linearna zavisnost izmedu X i Y. Ako je ρ XY = onda su pravci regresije y = µ, x = µ okpmiti, a ne postoji linearna zavisnost slučajnih varijabli X i Y. PRIMJER.7 Za primjer slučajnog vektora (X, Y) nadite kovarijancu, koeficijent korelacije i pravce regresije. Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI X/Y f (x) f (y) 8 xi p ij y j xi p ij 5 8 8 8 8 yj p ij x i yj p ij 8 5 8 8 8 8 8 78 8 8 µ = E(X) = µ = E(Y) = E(X ) = E(Y ) = σ σ x i f (x i ) = y j f (y j ) = x i f (x i ) = y j f (y j ) = 8 + 8 + 8 = 8 8 + 5 8 + 8 = 5 8 8 + 8 = 8 8 8 + 8 = Var(X) = 8 ( 8 ) = = Var(Y) = 8 (5 8 ) = 7 8 + 5 8 + 8 = 8 Kovarijanca je µ XY = E(XY) E(X)E(Y) = 8 8 5 8 =. Pravac regresije Y po X je y µ = µ XY σ (x µ ), y 5 y = x +. Pravac regresije X po Y je x µ = µ XY σ (y µ ), x x = 7 y + 7, y = 7 x. Pravci se sijeku u točki (µ, µ ) = (, 5 ). tgϕ = 7 + 7 Koeficijent korelacije je ρ XY = 8 = 8 = 7 (x 8 ), = ; Kut izmedu pravaca regresije je ϕ = 8.. µ XY σ σ = 7 =.5. (y 5 8 ), Radni materijal

.. KOVARIJANCA, KORELACIJA, PRAVCI REGRESIJE y y x ( ) (, ), 5 y 7 x x Slika.: Pravci regresije slučajnog vektora (X, Y). Prisjetimo se motivacijskog primjera: PRIMJER.8 motiv Promatramo slučajni pokus bacanje igraće kocke i slučajnu varijablu X = suma brojeva koji su pali i slučajnu varijablu Y = broj ako su pali jednaki brojevi, inače. (c) Jesu li X i Y nezavisne varijable? (d) Izračunajte kovarijancu. (e) Jesu li X i Y korelirane varijable? Rješenje: (c) X/Y f (x) 5 5 7 8 5 f (y) Varijable nisu nezavisne jer je npr. f (, ) f () f (), f (, ) =, f () = 5, f () =. Radni materijal

. DVODIMENZIONALNI (d) E(X) = 7, E(Y) =, E(XY) = i x i j y j f (x i, y j ) = 7 Kovarijanca je µ XY = E(XY) E(X) E(Y) =, pa je i koeficijnt korelacije jednak ρ XY =. (e) Varijable su nekorelirane jer je koeficijnt korelacije jednak ρ XY =. Radni materijal

.. Ponovimo. Ponovimo DISKRETNI -dim diskretni -dim sl. vek. (X, Y) : Ω R funkcija vjerojatnosti f (x i, y j ) = P(X = x i, Y = y j ), (x i, y j ) R((X, Y)) funkcija distribucije vj. F(x, y) = P(X x, Y y) marginalne funkcije vj. po X f (x) = j f (x, y j ) po Y f (y) = i f (x i, y) nezavisne sl. var. funkcija -dim sl. vek. očekivanje od Z = h((x, Y)) ako su X i Y nezavisna f (x i, y j ) = f (x i ) f (y j ), za sve (x i, y j ) R((X, Y)) Z = h((x, Y)), h : R R E(Z) = i j h(x i, y j ) f (x i, y j ) E(X Y) = i j x i y j f (x i, y j ) E(X + Y) = E(X) + E(Y) E(X Y) = E(X) E(Y) KOVARIJANCA - KORELACIJA PRAVCI REGRESIJE kovarijanca od (X, Y) µ XY = E(XY) E(X) E(Y) koef. korelacije od (X, Y) ρ XY = µ XY σ σ nekorelirane sl. var. ρ XY = pravac regresije Y po X Var(X + Y) = Var(X) + Var(Y) + µ XY y µ = µ XY σ (x µ ) Radni materijal