background image

Dyskretne zmienne losowe

,...}

,

{

:

2

1

x

x

S

X

)

(

)

(

}

)

(

:

({

i

i

i

x

p

x

X

P

x

s

X

S

s

P

 

 

,...,

2

,

1

),

(

:

i

x

p

x

p

i

i

 - funkcja

prawdopodobie

ństwa dyskretnej zmiennej losowej X

 

 

,...}

2

,

1

),

(

,

{(

i

x

p

x

i

i

  -  rozk

ład  prawdopodobieństwa

dyskretnej zmiennej losowej X

 

 

)

,

(

),

(

)

(



x

x

X

P

x

F

,  -    dystrybuanta  zmiennej

losowej X

background image

 

 

Dla dyskretnej zmiennej losowej

)

(

)

(

:

i

x

x

i

x

p

x

F

i

.

D.

 

  

x

x

i

i

i

x

X

P

x

X

P

x

F

:

})

{

(

)

(

)

(

 =

                   

x

x

i

x

x

i

i

i

i

i

x

p

x

X

P

:

:

)

(

)

(

background image

W

łasności dystrybuanty

)

(

)

(

x

X

P

x

F

:

 

    

1

)

(

0

x

F

,     

)

,

(



x

 

    funkcja niemalej

ąca

 

    funkcja prawostronnie ci

ągła

 

    

)

(

)

(

)

(

x

X

P

x

F

x

F

 

    

0

)

(

lim



x

F

x

 

    

1

)

(

lim

x

F

x

background image

Prawdopodobieństwa zdarzeń  a wartości 

dystrybuanty

  

  

)

(

)

(

)

(

a

F

b

F

b

X

a

P

  

  

)

(

)

(

)

(

)

(

a

p

a

F

b

F

b

X

a

P

 

  

)

(

)

(

)

(

)

(

b

p

a

F

b

F

b

X

a

P

 

  

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

b

p

a

p

a

F

b

F

b

X

a

P

 

 

background image

D.                 

    

]

,

(

]

,

(

]

,

(

b

a

a

b





)

(

)

(

)

(

b

X

a

P

a

X

P

b

X

P

                      

)

(b

F

   =     

)

(a

F

     + 

)

(

b

X

a

P

)

(

)

(

)

(

a

F

b

F

b

X

a

P

}

{

]

,

(

]

,

[

a

b

a

b

a

)

(

)

(

)

(

a

X

P

b

X

a

P

b

X

a

P

                       =  

).

(

)

(

)

(

a

p

a

F

b

F

background image

Definicja.  

Wartością średnią

 (

oczekiwaną) dyskretnej zmiennej 

losowej  X

   o funkcji prawdopodobieństwa  

)

(

p

 

nazywamy liczbę  

1

)

(

i

i

i

X

x

p

x

 

gdzie 

,...

,

2

1

x

x

 oznaczają wszystkie wartości  X.  

Notacja:

  

X

   lub   

E(X).

  

 

background image

Przykłady

.  

X = liczb

a orłów  w trzech rzutach monetą symetryczną.    

X

 =  

2

3

8

12

8

1

3

8

3

2

8

3

1

8

1

0

 

 

 

 N

 – elementowa populacja zawiera elementy o możliwych

(ró

żnych) wartościach cechy liczbowej 

,

,...,

2

,

1

,

k

i

x

i

 

i

n

 =

liczba elementów o warto

ści cechy 

i

x

. Niech  X = warto

ść

cechy losowo wybranego elementu. Wówczas cz

ęstość

elementów o warto

ści cechy 

i

x

:  

N

n

x

X

P

x

p

i

i

i

)

(

)

(

k

i

i

i

k

i

i

i

X

N

n

x

x

p

x

1

1

)

(

background image

 

 

 Wygrana na loterii jest zmienn

ą losową o

dystrybuancie:




1

75

,

0

5

,

0

0

)

(x

F

    dla     

.

200

,

200

100

,

100

0

,

0

x

x

x

x

 

5

,

0

)

0

(

)

0

(

)

0

(

)

0

(

)

0

(

F

F

X

P

X

P

X

P

 

 

)

100

(

)

100

(

)

100

(

X

P

X

P

X

P

25

,

0

5

,

0

75

,

0

)

100

(

)

100

(

F

F

background image

 

)

200

(

)

200

(

)

200

(

X

P

X

P

X

P

25

,

0

75

,

0

1

)

200

(

)

200

(

F

F

.

75

25

,

0

200

25

,

0

100

5

,

0

0

X

.

Twierdzenie.

1

)

(

).

(

)

(

i

i

i

X

f

x

p

x

f

background image

Twierdzenie.

1

)

(

).

(

)

(

i

i

i

X

f

x

p

x

f

D.

  Je

śli   jest różnowartościowa, to wzór wynika z definicji

warto

ści średniej dla zmiennej 

)

X

f

Y

:

)

(

))

(

(

i

i

x

p

x

f

Y

P

.

W ogólnym przypadku trzeba wykorzysta

ć własności

prawdopodobie

ństwa.

background image

Przyk

łady.

 

 

,

)

(

b

ax

x

f

   

b

aX

X

f

Y

)

(

,

1

)

(

)

(

i

X

i

i

b

aX

b

a

x

p

b

ax

.

 

 

Wykonujemy niezale

żne rzuty monetą symetryczną aż do

momentu  wyrzucenia  or

ła.  Niech  X  oznacza  liczbę

wykonanych rzutów, 

1

2

X

Y

 .

1

1

1

1

1

2

1

2

1

2

)

(

2

i

i

i

i

i

i

i

X

P

.

Warto

ść średnia nie istnieje.

background image

Definicja.

 

Wariancj

ą

 dyskretnej zmiennej losowej o funkcji

prawdopodobie

ństwa 

)

(

p

 nazywamy wielko

ść

1

2

2

)

(

)

(

i

i

X

i

X

x

p

x

.

Odchylenie standardowe: 

 

X

 = 

2

X

Uwaga.

    

2

2

)

(

X

X

X

E

Interpretacja:

 wariancja miara rozproszenia warto

ści

zmiennej losowej wzgl

ędem  wartości średniej.

background image

Twierdzenie.

 

 

          

2

2

2

X

X

X

 

 

          

2

2

2

X

b

aX

a

D.

  

 

 

   

2

2

2

2

X

i

X

i

X

i

x

x

x

  oraz  

1

1

)

(

i

i

x

p

1

1

1

2

2

2

)

(

)

(

2

)

(

i

i

i

i

X

i

i

X

i

i

X

x

p

x

p

x

x

p

x

 

2

2

2

2

X

X

X

2

2

X

X

background image

 

 

         

2

2

))

(

(

b

a

b

aX

E

X

b

aX

     

1

2

2

)

(

)]

(

[

)]

(

[

i

i

X

i

X

x

p

x

a

X

a

E

 =  

2

2

X

a

Uwaga

 Bezpo

średnio z  twierdzenia

2

2

2

X

aX

a

,             

2

2

X

b

X

,

X

b

aX

a

.

background image

Definicja.

  Niech 

,...}

2

,

1

{

k

.

 

Momentem zwyk

łym rzędu k

 zmiennej losowej X

nazywamy  

k

X

k

m

.

Momentem centralnym rz

ędu

 

k 

zmiennej losowej X

nazywamy 

k

X

X

k

)

(

k

X

X

E

)

(

.

W szczególno

ści: 

X

m

1

,  

2

2

X

.

background image

Przykłady rozkładów dyskretnych 

 

      

Rozkład dwupunktowy 

Zmienna losowa X

 ma rozkład dwupunktowy, jeśli  

,

)

(

1

p

x

X

P

  

q

x

X

P

)

(

2

,  

,

1

p

q

 

1

0

p

Funkcja prawdopodobieństwa: 

x        

1

x

      

2

x

 

p(x)     p       q 

background image

Rozk

ład zero – jedynkowy

 ( rozk

ład Bernoulli’ego z

prawdopodobie

ństwem sukcesu p )

,

)

1

(

p

X

P

  

p

X

P

1

)

0

(

 =  q

p

p

p

X

1

)

1

(

0

2

2

2

2

)

1

(

0

1

p

p

p

X

 

2

p

p

 =  

q.

background image

 

 

 

Rozk

ład jednostajny na punktach

rozk

ład

zmiennej losowej X o funkcji prawdopodobie

ństwa:

k

x

X

P

x

X

P

x

X

P

k

/

1

)

(

...

)

(

)

(

2

1

.

k

i

i

X

k

x

1

1

  =  

k

i

i

x

k

1

1

,

k

i

X

i

X

k

x

1

2

2

1

)

(

 = 

k

i

X

i

x

k

1

2

)

(

1

.

Przyk

ład

:  X = liczba oczek w rzucie kostk

ą sześcienną.

background image

Zadanie.

  Zmienne losowe  X  i  Y  maj

ą rozkłady

jednostajne na zbiorach punktów { - 1, 0, 1 } oraz
{- 2, 0, 2 }. Obliczy

ć wartości średnie i wariancje zmiennych

X  i  Y.

0

3

1

1

3

1

0

3

1

1

X

,    

0

Y

.

3

2

3

1

)

0

1

(

3

1

)

0

0

(

3

1

)

0

1

(

2

2

2

2

X

3

8

3

1

)

0

2

(

3

1

)

0

0

(

3

1

)

0

2

(

2

2

2

2

Y

2

2

X

Y

background image

     

Rozkład dwumianowy  

Wykonujemy n

 niezależnych jednakowych doświadczeń 

Bernoulli’ego z prawdopodobieństwem sukcesu p ( w  
każdym doświadczeniu możliwy sukces z prawdopodo - 
bieństwem p lub porażka z prawdopodobieństwem 

– p).   

Funkcja prawdopodobieństwa zmiennej losowej 

X

 będącej liczbą sukcesów:  

 

k

n

k

p

p

k

n

p

n

k

b

k

X

P

)

1

(

)

,

;

(

)

(

,   k = 0,1,...,n

 

np

X

,           

)

1

(

2

p

np

X

background image

Uzasadnienie:  

}}

1

,

0

{

:

)

,...,

(

{

1

i

n

x

x

x

s

S

)

(

1

1

)

1

(

})

({

n

i

i

n

i

i

x

n

x

p

p

s

P

n

i

k

n

k

i

p

p

k

n

k

x

S

s

P

k

X

P

1

)

1

(

})

:

({

)

(

Notacja

:   X ~Bin(n, p). 

Przykłady:

  liczba elementów wadliwych spośród n 

wylosowanych z dużej partii towaru o wadliwości p,  
liczba trafień do celu na zawodach sportowych w próbach 

background image

Przyk

ład.

 Urz

ądzenie składa się z 14 identycznych

pracuj

ących niezależnie podzespołów. Ulegnie ono awarii,

je

śli co najmniej 3 podzespoły będą niesprawne.

Prawdopodobie

ństwo awarii podzespołu wynosi 0,1.

Znale

źć prawdopodobieństwo awarii urządzenia.

~

X

 Bin( 14,0.1),    

)

3

(

1

)

3

(

X

P

X

P

.

)

2

(

)

1

(

)

0

(

)

3

(

X

P

X

P

X

P

X

P

 =

               

)

1

.

0

,

14

;

2

(

)

1

.

0

,

14

;

1

(

)

1

.

0

,

14

;

0

(

b

b

b

0,229 + 0,356 + 0,257 = 0,842

178

,

0

842

,

0

1

)

3

(

X

P

background image

 Rozkład Poissona  

Definicja

. Zmienna losowa X  ma 

rozkład Poissona z

 

parametrem

  

,

0

,

 jeśli

     

           

!

)

;

(

)

(

k

e

k

p

k

X

P

k

,  k = 0,1,2,... 

Notacja:

  

)

(

~

P

X

     

Przykłady

:  liczba klientów w systemie masowej obsługi, 

liczba cząstek emitowanych przez substancję radioaktywną, 
liczba awarii sieci informatycznej w określonym przedziale 
czasu,  
 

background image

Twierdzenie.

      

X

,       

2

X

.  

 

Własności rozkładu Poissona;  

 



   Niech    

n

,  

,

0

n

p

p

 

.

0

np

 

Wówczas  dla ustalonego k, przy  

n

 

 

)

,

(

)

,

;

(

k

p

p

n

k

b

background image

k

n

k

p

p

k

n

k

n

p

n

k

b

)

1

(

)!

(

!

!

)

,

;

(

 

k

n

k

n

n

k

k

n

n

n

1

!

)

1

)...(

1

(

e

k

n

n

k

n

k

n

n

n

k

k

n

k

k

!

)

1

(

)

1

(

!

)

1

(

...

)

1

(

,

gdy 

n

, bo 

e

n

n

)

1

(

.

background image

 

  Je

śli  

)

(

~

P

X

 dla du

żego    

,  to rozk

ład

standaryzowanej zmiennej 

/

)

(

X

 jest w przybli

żeniu

normalny, tzn. 

)

(

)

/

)

((

z

z

X

P

,

dla dowolnego z. Zatem 

dystrybuanta zmiennej losowej X

jest bliska dystrybuancie

 zmiennej losowej o

rozk

ładzie

)

,

(

N

, a funkcje prawdopodobie

ństwa są

bliskie g

ęstościom, co ilustruje rysunek:

background image

10
2
5
20

0

10

20

30

40

50

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

 

Funkcje prawdopodobieństw rozkładów Poissona