background image

Maciej Sac, Marek Blok 

 

2015-04-10 

Metody probabilistyczne i statystyka 

ćwiczenia 

 

Ćw. 4. Zmienne losowe (wielkości losowe) 

 
Zagadnienia: zmienne losowe i ich charakterystyki probabilistyczne 
 
Zmienna losowa (wielkość losowa) 
Ze zmienną losową X mamy do czynienia, gdy istnieje funkcja 

𝑥(𝜔) przyporządkowująca wartości 

liczbowe losowym zdarzeniom elementarnym 

𝜔. 

Dziedzina: 

 

wszystkie zdarzenia elementarne 

𝜔 ∈ 𝛺 

Przeciwdziedzina: 

podzbiór R 

Realizacja: 

 

𝑥

𝑖

= 𝑥(𝜔

𝑖

 
Dystrybuanta zmiennej losowej 
Dystrybuanta  zmiennej  losowej  X  jest  funkcją  argumentu  x  określającą  prawdopodobieństwo 
przyjęcia przez tę zmienną losową wartości mniejszej od x

𝐹(𝑥) = 𝑃(𝑋 < 𝑥) 

Własności: 
1) 

𝐹(𝑥) jest określona w dziedzinie liczb rzeczywistych w przedziale od −∞ do ∞. 

2) 

𝐹(𝑥) jest funkcja niemalejącą 

3) 

𝐹(−∞) = 0 

4) 

𝐹(∞) = 1 

5) 

𝐹(𝑥) jest lewostronnie ciągła: 𝐹(𝑥

) = 𝐹(𝑥) 

6) 

𝑃(𝑥

1

≤ 𝑋 < 𝑥

2

) = 𝐹(𝑥

2

) − 𝐹(𝑥

1

7) 

𝑃(𝑋 = 𝑥

1

) = 𝐹(𝑥

1

+

) − 𝐹(𝑥

1

 
Komplementarna dystrybuanta: 

𝐶(𝑥) = 1 − 𝐹(𝑥) = 𝑃(𝑋 ≥ 𝑥) 

 
Zmienne losowe ciągłe i dyskretne 
Zmienna  losowa  jest  typu  ciągłego,  jeżeli  jej  dystrybuanta 

𝐹(𝑥) jest funkcją ciągłą i przeliczalna 

jest liczba argumentów, dla których nie jest ona różniczkowalna. 
Zmienna losowa jest typu dyskretnego, jeżeli jej dystrybuanta 

𝐹(𝑥)  jest typu schodkowego. 

Zmienna losowa jest typu mieszanego, jeżeli jej dystrybuanta 

𝐹(𝑥) jest nieciągła, ale jednocześnie 

nie jest typu schodkowego. 
 
Gęstość prawdopodobieństwa zmiennej losowej 
Gęstość prawdopodobieństwa zmiennej losowej jej pochodną jej dystrybuanty 

𝑝(𝑥) =

𝑑𝐹(𝑥)

𝑑𝑥

 

Własności: 
1) 

𝑝(𝑥) ≥ 0 

2) 

𝐹(𝑥) = ∫ 𝑝(𝑧)𝑑𝑧

𝑥

−∞

 (z.l. ciągła);     

𝐹(𝑥) = ∑

𝑃(𝑋 = 𝑥

𝑛

)

𝑥

𝑛

<𝑥

,  

𝑛 = 1,2,3, … (z.l. dyskretna) 

3) warunek normalizacyjny: 

∫ 𝑝(𝑥)𝑑𝑥 = 1

−∞

 (z.l. ciągła);    ∑

𝑃(𝑋 = 𝑥

𝑛

) = 1

𝑛

 (z.l. dyskretna) 

4) 

𝑃(𝑥

1

≤ 𝑋 ≤ 𝑥

2

) = ∫ 𝑝(𝑥)𝑑𝑥

𝑥

2

𝑥

1

  (z.l.  ciągła);     

𝑃(𝑥

1

≤ 𝑋 ≤ 𝑥

2

) = ∑

𝑃(𝑋 = 𝑥

𝑛

)

𝑥

1

≤𝑥

𝑛

≤𝑥

2

  (z.l. 

dyskretna)   

 

background image

Maciej Sac, Marek Blok 

 

2015-04-10 

Histogram – doświadczalne wyznaczanie gęstości prawdopodobieństwa 
– obserwujemy N realizacji X
– zakres zaobserwowanych realizacji dzielimy na przedziały o równej szerokości 
– k

i

 zaobserwowanych realizacji mieści się w i-tym przedziale, 

– na i-tym przedziale rysujemy słupek o wysokości (k

i

/N)/

– przy N → ∞,  → 0 otrzymujemy p(x). 
 

 

 
Zad.  1.  Rozpatrzmy  eksperyment  polegający  na  rzucie  kostką  sześciościenną.  Zmienne  losowa  X 
przyjmuje wartości odpowiadające wynikowi rzutu. Zapisz możliwe realizacje zmiennej losowej X
Zapisz prawdopodobieństwo wystąpienia każdej realizacji. Zapisz dystrybuantę zmiennej losowej X 
oraz narysuj jej wykres. 
 
Zad. 2. Dana jest zmienna losowa ciągła X o rozkładzie prawdopodobieństwa 

𝑝(𝑥) = {

𝐶𝑥

2

 dla 𝑥 ∈ (0,1)

0 dla pozostałych 𝑥

. Wyznacz stałą C. Wyznacz F(x). Oblicz 

𝑃(

1
3

≤ 𝑋 < 4). 

 

Odp

𝐶 = 3,   𝑃 (

1
3

≤ 𝑋 < 4) =

26
27

 

 
Zad.  3.  Optyczny  system  inspekcji  ma  na  celu  rozróżnienie  trzech  typów  elementów. 
Prawdopodobieństwo  poprawnej  klasyfikacji  dowolnego  elementu  wynosi  0.98.  Załóżmy,  że 
inspekcji są poddawane trzy elementy i ich klasyfikacja jest niezależna. Niech  zmienna losowa X 
oznacza liczbę poprawnie sklasyfikowanych elementów. Określ rozkład prawdopodobieństwa oraz 
dystrybuantę zmiennej losowej X
 
Zad.  4.  Pracownik spóźnia się do pracy o 

𝑖 minut (zdarzenie 𝑆

𝑖

), gdzie i = 0, 1, 2, ... Przyjmując 

𝑃(𝑆

𝑖

) = 0.5

𝑖+1

  oraz,  że  za  każdą  minutę  spóźnienia  płaci  on  50  groszy,  znaleźć  rozkład 

background image

Maciej Sac, Marek Blok 

 

2015-04-10 

prawdopodobieństwa  oraz  dystrybuantę  karnych  opłat.  Następnie  obliczyć  prawdopodobieństwo 
tego, że zapłaci on 2 złote lub więcej. 
 
Odp.  
𝑃(𝑋 = 𝑥

𝑖

) = 0.5

2𝑥

𝑖

+1

 dla 

𝑥

𝑖

= 0, 0.5, 1.0, …; 𝐹(𝑥) = 1 − 0.5

⌈2𝑥⌉

𝑃(𝑋 ≥ 2) =

1

16

 
Zad. 5. Badając eksperymentalny kanał transmisyjny określono, że liczba błędów obserwowana w 
przesyłanych 8-mio bitowych słowach kodowych jest zmienną losową o następującej dystrybuancie 

𝐹(𝑥) = {

0

        𝑥 ≤ 0

0.7 0 < 𝑥 ≤ 3

0.9 3 < 𝑥 ≤ 6

1

6 < 𝑥

 

Określić następujące prawdopodobieństwa 
a) 

𝑃(𝑋 < 7);  b) 𝑃(𝑋 ≤ 4);  c) 𝑃(𝑋 > 7);  d) 𝑃(𝑋 ≤ 5)  e) 𝑃(𝑋 > 4);  f) 𝑃(𝑋 ≤ 2). 

Ile  błędów  obserwowano  w  odbieranych  słowach  kodowych?  Określ  prawdopodobieństwa  tych 
zdarzeń.  
 
Odp.  
a) 

1; b) 0.9; c) 0; d) 0.9; e) 0.1; f) 0.7;   𝑃(𝑋 = 0) = 0.7; 𝑃(𝑋 = 3) = 0.2; 𝑃(𝑋 = 6) = 0.1 

 
Zad.  6.  Przyjmując 

𝑝(𝑥)   =  𝑥/8  dla  3  <  𝑥  <  5  wyznacz  dystrybuantę  𝐹(𝑥)  oraz  określić 

następujące prawdopodobieństwa 
 

a) 

𝑃(𝑋 < 4); 

b) 

𝑃(𝑋 > 3.5); 

c) 

𝑃(4 < 𝑋 < 5); 

 

d) 

𝑃(𝑋 < 4.5);  e) 𝑃(𝑋 < 3.5 lub 𝑋 > 4.5) 

 

Odp

𝐹(𝑥) =

1

16

(𝑥

2

− 9) 

a) 

0.4375; b) 0.7969; c) 0.5625; d) 0.7031; e) 0.5 

 
Zad.  7.  W  klasie  sprawdzono  ile  słów  są  w  stanie  napisać  uczniowie  w  ciągu  jednej  minuty  i 
uzyskano następujące wyniki: 25, 19, 23, 29, 34, 26, 30, 40, 33, 20, 35, 35, 25, 29, 36, 22, 31. 
Sporządź tabelę częstości i narysuj histogram. 
 
Zad. 8. Dana jest zmienna losowa X ciągła o dystrybuancie

 

𝐹(𝑥) = {

0

           𝑥 ≤ −1

1
2

+

1

𝜋

arcsin 𝑥 −1 < 𝑥 < 1

1

           𝑥 ≥ 1

 

a) narysuj wykres 

𝐹(𝑥), 

b) oblicz 

𝑃 (−

1
2

≤ 𝑋 <

1
2

), 

c) wyznacz 

𝑝(𝑥). 

 

Zad. 9. Dana jest funkcja gęstości prawdopodobieństwa 

𝑝(𝑥) = 𝐶

1

1+𝑥

2

. Wyznacz stałą C oraz 

dystrybuantę zmiennej losowej X.

 

 
 
Materiały źródłowe: 
1.   B. Czaplewski, notatki. 
2.  W. Sobczak, J. Konorski, J. Kozłowska, “Probabilistyka stosowana”, Wydawnictwo PG, 2004. 
3.  D.  C.  Montgomery,  G.  C.  Runger,  “Applied  Statistics  and  Probability  for  Engineers”,  Willey, 

2003. 

background image

Maciej Sac, Marek Blok 

 

2015-04-10 

4.  M. Kay, “Intuitive Probability and Random Processes Using MATLAB”, Springer, 2006. 
5.  J.  Konorski,  “Rachunek  prawdopodobieństwa  i  statystyka  matematyczna”,  materiały  do 

wykładu, WETI PG, Gdańsk, 2014. 

6.  http://www.gaston.k12.nc.us/schools/cramerton/faculty/kllasky/Course%20Outline%20and%20 

Syllabus/Textbook/Ch%2003/Text%203.5.pdf