1.3 Vsota diskretnih slučajnih spremenljivk

Σχετικά έγγραφα
Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

Maja Pohar Perme. Verjetnost in statistika z nalogami

Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Tretja vaja iz matematike 1

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 10. december Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

REˇSITVE. Naloga a. b. c. d Skupaj. FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Verjetnost 2. kolokvij 23.

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

Bernoullijevo zaporedje neodvisnih poskusov

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

1. Trikotniki hitrosti

matrike A = [a ij ] m,n αa 11 αa 12 αa 1n αa 21 αa 22 αa 2n αa m1 αa m2 αa mn se števanje po komponentah (matriki morata biti enakih dimenzij):

Kotne in krožne funkcije

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 12. november Gregor Dolinar Matematika 1

Delovna točka in napajalna vezja bipolarnih tranzistorjev

Nekateri primeri sklopov izpitnih vprašanj pri predmetu Naključni pojavi

Osnove matematične analize 2016/17

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 4 Pisni izpit 22. junij Navodila

Definicija. definiramo skalarni produkt. x i y i. in razdaljo. d(x, y) = x y = < x y, x y > = n (x i y i ) 2. i=1. i=1

NEPARAMETRIČNI TESTI. pregledovanje tabel hi-kvadrat test. as. dr. Nino RODE

Podobnost matrik. Matematika II (FKKT Kemijsko inženirstvo) Diagonalizacija matrik

8. Diskretni LTI sistemi

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

Integralni račun. Nedoločeni integral in integracijske metrode. 1. Izračunaj naslednje nedoločene integrale: (a) dx. (b) x 3 +3+x 2 dx, (c) (d)

Statistična analiza. doc. dr. Mitja Kos, mag. farm. Katedra za socialno farmacijo Univerza v Ljubljani- Fakulteta za farmacijo

Multivariatna analiza variance

Matematika 1. Gregor Dolinar. 2. januar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. Gregor Dolinar Matematika 1

IZVODI ZADACI (I deo)

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 15. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Enačba, v kateri poleg neznane funkcije neodvisnih spremenljivk ter konstant nastopajo tudi njeni odvodi, se imenuje diferencialna enačba.

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

Izpeljava Jensenove in Hölderjeve neenakosti ter neenakosti Minkowskega

MATEMATIČNI IZRAZI V MAFIRA WIKIJU

UL FGG GR B II - Verjetnostni račun in statistika. Poskus, izid. Dogodek. Notes. Notes. Notes. Uvod. Osnovni pojmi.

Kontrolne karte uporabljamo za sprotno spremljanje kakovosti izdelka, ki ga izdelujemo v proizvodnem procesu.

Funkcije več spremenljivk

DISKRETNA FOURIERJEVA TRANSFORMACIJA

V tem poglavju bomo vpeljali pojem determinante matrike, spoznali bomo njene lastnosti in nekaj metod za računanje determinant.

vezani ekstremi funkcij

VAJE IZ VERJETNOSTI IN STATISTIKE. Martin Raič

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

VAJE IZ OSNOV VERJETNOSTI IN STATISTIKE. Martin Raič

INTEGRALI RACIONALNIH FUNKCIJ

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko MATEMATIKA. Polona Oblak

Na pregledni skici napišite/označite ustrezne točke in paraboli. A) 12 B) 8 C) 4 D) 4 E) 8 F) 12

Domače naloge za 2. kolokvij iz ANALIZE 2b VEKTORSKA ANALIZA

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

Iterativno reševanje sistemov linearnih enačb. Numerične metode, sistemi linearnih enačb. Numerične metode FE, 2. december 2013

Osnove elektrotehnike uvod

PROCESIRANJE SIGNALOV

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

13. Jacobijeva metoda za računanje singularnega razcepa

Zadatak 2 Odrediti tačke grananja, Riemann-ovu površ, opisati sve grane funkcije f(z) = z 3 z 4 i objasniti prelazak sa jedne na drugu granu.

Gimnazija Krˇsko. vektorji - naloge

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

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

1 Fibonaccijeva stevila

Frekvenčna analiza neperiodičnih signalov. Analiza signalov prof. France Mihelič

Kvadratne forme. Poglavje XI. 1 Definicija in osnovne lastnosti

Splošno o interpolaciji

Matematika. Funkcije in enačbe

Navadne diferencialne enačbe

*M * Osnovna in višja raven MATEMATIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Sobota, 4. junij 2011 SPOMLADANSKI IZPITNI ROK. Državni izpitni center

PONOVITEV SNOVI ZA 4. TEST

VAJE IZ SLUČAJNIH PROCESOV 1. Martin Raič in Aleš Toman

Matrike. Poglavje II. Matrika je pravokotna tabela realnih števil. Na primer: , , , 0 1

p 1 ENTROPIJSKI ZAKON

Statistika 2 z računalniško analizo podatkov. Multipla regresija in polinomski regresijski model

Linearne preslikave. Poglavje VII. 1 Definicija linearne preslikave in osnovne lastnosti

DISKRIMINANTNA ANALIZA

Lastne vrednosti in lastni vektorji

Fazni diagram binarne tekočine

Odvode odvisnih spremenljivk po neodvisni spremenljivki bomo označevali s piko: Sistem navadnih diferencialnih enačb prvega reda ima obliko:

Funkcije dveh in več spremenljivk

Analiza 2 Rešitve 14. sklopa nalog

Reševanje sistema linearnih

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

Vaje: Električni tokovi

Tema 1 Osnove navadnih diferencialnih enačb (NDE)

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

NEPARAMETRIČNI TESTI Doc.dr. Tadeja Kraner Šumenjak

Kotni funkciji sinus in kosinus

Verjetnost 2. Oktober Verjetnost 2 Šesto poglavje. Obratna pot do markovskih verig. Od diskretnega časa proti zveznemu. Stabilnost in eksplozije

Inverzni problem lastnih vrednosti evklidsko razdaljnih matrik

cot x ni def. 3 1 KOTNE FUNKCIJE POLJUBNO VELIKEGA KOTA (A) Merske enote stopinja [ ] radian [rad] 1. Izrazi kot v radianih.

2. KOLOKVIJ IZ MATEMATIKE 1

Dodatna poglavja iz linearne algebre za 1. letnik finančne matematike na FMF. Primož Moravec

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA SANDRA BOLTA LASTNE VREDNOSTI GRAFA DIPLOMSKO DELO

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

Kvantni delec na potencialnem skoku

Statistika 2 z računalniško analizo podatkov. Statistično sklepanje

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

diferencialne enačbe - nadaljevanje

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO MATEMATIKA II

Transcript:

.3 Vsota diskretnih slučajnih spremenljivk Naj bosta X in Y neodvisni Bernoullijevo porazdeljeni spremenljivki, B(p). Kako je porazdeljena njuna vsota? Označimo Z = X + Y. Verjetnost, da je P (Z = z) za nek z zapišemo kot vsoto verjetnosti vseh kombinacij X = x in Y = y, ki dajo vsoto enako z (lahko seštevamo, saj so dogodki nezdružljivi): P (Z = z) = P (X + Y = z) = y P (X = z y, Y = y) = y P (X = z y Y = y)p (Y = y) Za neodvisni X in Y torej velja P (Z = z) = y P (X = z y, Y = y) = y P (X = z y)p (Y = y) V našem primeru: P (Z = 0) = P (X + Y = 0) = P (X = 0)P (Y = 0) = ( p) P (Z = ) = P (X = 0)P (Y = ) + P (X = )P (Y = 0) = ( p)p + p( p) = p( p) P (Z = ) = P (X = )P (Y = ) = p Velja torej P (Z = z) = ( ) p z ( p) z z Kako pravimo porazdelitvi vsote n neodvisnih enako porazdeljenih (i.i.d.) Bernoullijevih spremenljivk? Označimo Z = n i= X i, i =,..., n, X i B(p).V prejšnji točki smo pokazali, da je vsota dveh Bernoullijevih spremenljivk binomsko porazdeljena s parametroma in p. S pomočjo matematične indukcije želimo pokazati, da je porazdelitev binomska za vsoto poljubnega

števila Bernoullijevih spremenljivk. Pokazali smo za prvi korak, sedaj moramo pokazati še, da če to velja za vsoto n spremenljivk, velja tudi za vsoto n+ spremenljivk. Naj bo torej U Bin(n, p) in X Ber(p), pokazati moramo, da velja U + X Bin(n +, p). Naj bo z n, velja P (Z = z) = = P (U = z x)p (X = x) x = P (U = z)p (X = 0) + P (U = z )P (X = ) ( ) ( ) n n = p z ( p) n z ( p) + p z ( p) n z+ p z z [( ) ( )] n n = p z ( p) n z+ + z z [ ] = p z ( p) n+ z n! z!(n z)! + n! (z )!(n z + )! [ ] = p z ( p) n+ z n!(n + )(n z + ) z!(n z)!(n z + )(n + ) + n!(n + )z (z )!(n z + )!(n + )z [ = p z ( p) n+ z (n + )n! n z + + z ] z(z )!(n z + )(n z)! n + n + ( ) n + n z + + z = p z ( p) n+ z z n + ( ) n + = p z ( p) n+ z z Dokaz za z = 0 in z = n + je prepuščen bralcu. Predlogi za vaje v R-u: S pomočjo funkcije sample generirajte po 00 realizacij dveh Bernoullijevih spremenljivk in si oglejte porazdelitev njune vsote. Ponovite še za vsote 0 Bernoullijevih spremenljivk..4 Vsota zveznih slučajnih spremenljivk Poleg posamičnih vrednosti, želijo pri športnikih proučevati tudi zaporedje večih meritev. Zanima nas porazdelitev vsote kvadriranih standardiziranih

odmikov od povprečja pri ničelni domnevi, da športnik ni kriv. Naj bo torej Z standardizirani odmik od povprečja (po predpostavki normalno porazdeljen), zanima nas Z (gledamo vsoto kvadriranih odmikov, saj so vrednosti lahko negativne ali pozitivne). Pri tem predpostavimo, da so bile meritve narejene v dovolj velikih časovnih presledkih, da so vrednosti med seboj neodvisne. Najprej nas zanima, kako je porazdeljena vsota dveh neodvisnih zveznih spremenljivk (izpeljite formulo za dve zvezni spremenljivki, torej Z = X + Y, primerjajte jo s formulo za diskretne) Zapišemo ustrezno kumulativno porazdelitveno funkcijo kot integral večrazsežne porazdelitve v ustreznih mejah: P (Z z) = P (X + Y z) = z y f X,Y (x, y)dxdy = z f X,Y (v y, y)dvdy pri čemer smo naredili substitucijo x = v y. Sedaj lahko integrala zamenjamo in odvajamo (privzamemo, da je zunanji integral zvezen v z) ter dobimo: P (Z z) = z f X,Y (v y, y)dydv f Z (z) = f Z (z) = f X,Y (z y, y)dy f X (z y)f Y (y)dy (zadnja vrstica velja, če sta X in Y neodvisni slučajni spremenljivki). Dobili smo rezultat, ki je analogen diskretni verziji. Kako se porazdeljuje S = Z + Z, če sta spremenljivki Z in Z porazdeljeni standardno normalno in med seboj neodvisni? 3

Namig: Uporabite rezultat dx = π ( x)x 0 Izpeljali smo že, da je Z χ, oziroma Z Γ(, ), torej f Z (z) = { z } ; z > 0 πz Izračunajmo gostoto vsote Z + Z. Za dano vrednost s vemo, da mora biti vrednost z med 0 (z in z ne moreta biti negativni) in s (ker sta obe pozitivni in je njuna vsota enaka s), zato morajo biti meje integracije med 0 in s. f S (s) = s 0 = π f Z (s z )f Z (z )dz s 0 = π { s s z } s 0 { s z dz s z z } { z z } dz Naredimo substitucijo z = sv, dz = sdv, meje so torej od 0 do : f S (s) = { π s } zdv 0 s sv sv = { π s } v dv 0 v = { π s } π = { s } Gostota gama porazdelitve je f X (x) = λa x a e λx ; x > 0, λ > 0, a > 0 Γ(a) Dobljeni rezultat je torej porazdelitev gama z λ = 4 in a =.

Denimo, da so športnikovi standardizirani odmiki (vrednosti Z) na petih merjenjih naslednji:,6;,5;,6;,8;,4. Kaj lahko sklepamo? Uporabimo da je vsota n neodvisnih enako porazdeljenih spremenljivk X i Γ(, ) porazdeljena kot n i= X i Γ( n, ). > vr <- c(.6,.5,-.6,.8,.4) > rez <- sum(vr^) > rez [].57 > -pgamma(rez,.5, 0.5) [] 0.0775943 Naša ničelna domneva je, da športnik ni kriv. Pod to ničelno domnevo se vsota kvadriranih odmikov porazdeljuje po gama porazdelitvi Γ( 5, ). Verjetnost, da je vsota,57 ali več, je približno 0,03. Predlogi za vaje v R-u: Generirajte 0 vrednosti iz porazdelitve X N(48,85), te vrednosti naj predstavljajo 0 meritev pri enem športniku. Vrednosti standardizirajte (tako da dobite N(0,) spremenljivko), kvadrirajte in seštejte. To naj bo vrednost za prvega športnika, na enak način generirajte vrednosti za 000 športnikov. Narišite histogram vrednosti. S pomočjo funkcije pgamma poiščite mejo, ki jo porazdelitev Γ( 0, ) preseže z verjetnostjo manj kot 0,0 in izračunajte delež športnikov na vašem vzorcu, ki presežejo to mejo. Recimo, da ima dopingiran športnik enako povprečje, a večjo varianco (vrednosti bolj nihajo, saj manipulira s krvjo). Generirajte 000 športnikov z večjo varianco in si oglejte, kakšen delež bo presegel meje iz prejšnje točke..5 Vsota normalnih spremenljivk Pokazali smo že, da je linearna transformacija normalno porazdeljene spremenljivke zopet normalno porazdeljena. V tej vaji bomo pokazali, da je vsota dveh neodvisnih (standardiziranih) normalnih spremenljivk zopet normalno porazdeljena. Nato bomo pokazali še protiprimer, ko vsota dveh odvisnih normalnih spremenljivk ni več normalna. 5

Naj bosta X N(0,) in Y N(0,) in med seboj neodvisna. Kako je porazdeljena njuna vsota? Uporabimo formulo za gostoto vsote dveh neodvisnih slučajnih spremenljivk: f Z (z) = = = π f X (z y)f Y (y)dy { π } (z y) π } { y dy } { z { y } {zy} dy Sedaj dele izraza, v katerih nastopa y, zapišemo kot kvadrat neke vsote: y zy = y y z ( z ) ( z + ) ( = y z ) z 4 Gornji integral torej prepišemo v f Z (z) = } { ( { z y z ) } { } z dy π 4 = π = = π } { z 4 } { z 4 } { z π { (y z ) π } dy { (y z } ) dy V predzadnji vrstici smo pod integralom dobili ravno gostoto normalne porazdelitve (N( z, ( ) )), njen integral je zato (ne glede na vrednost z, ki je znotraj tega integrala konstanta). Spremenljivka Z je 6

normalno porazdeljena, Z N(0, ( ) ). Naj bosta X in Y neodvisni standardizirani normalni spremenljivki, Z pa enaka Y, če je X 0, in Z = Y če je X < 0. Kako je porazdeljena spremenljivka Z? Najprej narišimo simulirane vrednosti z R-om: > set.seed() > x <- rnorm(000,0,) #000 realizacij normalne spr., > y <- rnorm(000,0,) #povprecje=0, sd= > z <- abs(y) #z = y > z[x<0] <- -z[x<0] #z =- y, ce je x<0 > hist(z,main="",ylab="frekvenca") #histogram z Frekvenca 0 50 00 50 0 4 z Slika : Porazdelitev spremenljivke Z. Sedaj še izpeljimo porazdelitveno funkcijo. Naj bo z < 0 (torej X negativen), uporabimo, da sta spremenljivki X in Y neodvisni: F Z (z) = P (Z z) = P (X < 0, Y z) = P (X < 0)[P (Y z) + P (Y z)] = [ P (Y z)] = P (Y z) = F Y (z) Na enak način izpeljemo še P (0 Z z) = P (0 Y y) za z > 0. Pokazali smo, da je porazdelitvena funkcija Z enaka porazdelitveni funkciji Y, Z je torej standardizirana normalna spremenljivka. 7

Skicirajte skupno porazdelitev spremenljivk X in Z. Ali sta spremenljivki neodvisni? > plot(x,y) > plot(x,z) Očitno je, da spremenljivki nista neodvisni, vedno imata enak predznak. 3 0 3 4 3 0 3 X Y 3 0 3 4 3 0 3 X Z Slika : Razsevni diagram realizacij X in Y ter X in Z. Ali je vsota X + Z porazdeljena normalno? Iz slike je očitno, da porazdelitev vsote ni normalna. Vsota dveh normalnih spremenljivk torej ni nujno normalna, če spremenljivki nista neodvisni (dana naloga je protiprimer). > hist(x+z,main="",ylab="frekvenca") 8

Frekvenca 0 50 00 50 00 4 0 4 6 X+Z Slika 3: Porazdelitev vsote X + Z. 9