background image

Rachunek prawdopodobieństwa MAP1151

Wydział Elektroniki, rok akad. 2009/10, sem. letni

Wykładowca: dr hab. A. Jurlewicz

Wykład 5: Zmienne losowe typu ciągłego. Gęstość

prawdopodobieństwa. Rozkład jednostajny, normal-
ny, wykładniczy. Transformacje zmiennej losowej.

Definicja.

Zmienna losowa typu ciągłego

(in. o rozkładzie ciągłym)

to zmienna losowa, dla której istnieje taka nieujemna funkcja (x), że dla każdego bore-
lowskiego zbioru B

P

X

(B) =

Z

B

(x)dx.

Funkcja (x) zwana jest gęstością rozkładu X.

Technika określania rozkładu zmiennej losowej X
typu ciągłego:

Pełna informacja o ciągłym rozkładzie zmiennej losowej zawarta jest w

gęstości

(x) rozkładu X.
Z gęstości możemy dostać informację o wartościach funkcji P

X

na dowolnych zbiorach

borelowskich, jak widać w definicji rozkładu ciągłego. W szczególności,

• (X < b) = (X ¬ b) =

b

R

−∞

(x)dx;

• (X ­ b) = (X > b) =

R

b

(x)dx;

• (a ¬ X < b) = (a < X < b) = (a < X ¬ b) = (a ¬ X ¬ b) =

b

R

a

(x)dx.

1

background image

Funkcja (x) spełnia następujące warunki:

• (x­ 0 dla każdego x ∈

R

;

R

−∞

(x)dx = 1.

Jeżeli pewna funkcja (x) spełnia te warunki, to dla pewnej ciągłej zmiennej losowej X
funkcja (x) jest gęstością jej rozkładu. Funkcja ma wtedy probabilistyczną interpreta-
cję, reprezentację, może być używana w modelach w roli gęstości rozkładu ciągłego.

Przykładowy wykres (- czas pracy pewnego urzadzenia do pierwszej awarii):

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

f(x) 

 x

P(B) = pole

 X

Dystrybuanta (x) zmiennej losowej równa jest całce

(x) =

x

Z

−∞

(t)dt.

Wynika stąd, że dystrybuanta rozkładu ciągłego musi być funkcją ciągłą. Nie jest to jed-
nak warunek wystarczający. Można pokazać, że:

Fakt. Jeżeli dystrybuanta (x) jest funkcją ciągłą i różniczkowalną poza jedynie skoń-

czoną liczbą punktów, to rozkład jest ciągły oraz jego gęstość (x) równa jest

(x) =

(

F

0

(x) dla tych x, dla których pochodna istnieje

0

poza tym.

Przykłady do zad. 3.4 - 3.6

2

background image

Transformacje zmiennej losowej

Problem:
Szukamy rozkładu zmiennej losowej g(X), gdzie to zmienna losowa o rozkładzie
zadanym dystrybuantą (x), zaś to pewna funkcja, taka że to zmienna losowa, np.
funkcja borelowska.

Wiemy, że dystrybuanta rozkładu ma postać F

Y

(y) = (Y < y) = (g(X< y),

a zatem jakiś związek z . Nie mamy tu jednak ogólnych przepisów.

Ważne przykłady:

1.

transformacja liniowa

aX b, gdzie a, b to pewne stałe, a 6= 0,

tzn. g(x) = ax b.
Wtedy dla a > 0 mamy

F

Y

(y) = (aX b < y) = P

 

X <

y − b

a

!

F

 

y − b

a

!

,

natomiast dla a < 0

F

Y

(y) = (aX b < y) = P

 

X >

y − b

a

!

= 1 

lim

x→

y−b

a

+

(x.

2.

funkcja kwadratowa

X

2

, tzn. g(x) = x

2

.

Wtedy

F

Y

(y) = (X

2

< y) =

(

0,

gdy y ¬ 0

(

y < X <

y)gdy y > 0

=

=

0,

gdy y ¬ 0

(

y

lim

x→−

y+

(x)gdy y > 0

3.

transformacja logarytmiczna

zmiennej losowej dodatniej z prawd. 1

= ln X, tzn. g(x) = ln x.
Wtedy mamy

F

Y

(y) = (ln X < y) = (X < e

y

) = (e

y

).

3

background image

4.

obcięcie

Dla pewnej stałej a > 0 niech =

X,

gdy |X| < a

a,

gdy X ­ a,

−a, gdy X ¬ −a,

,

tzn. g(x) =

x,

gdy |x| < a

a,

gdy x ­ a,

−a, gdy x ¬ −a,

Wtedy mamy F

Y

(y) =

0,

gdy y ¬ −a

(y)gdy − a < y ¬ a
1,

gdy a < y

5.

dyskretyzacja

wybieramy rosnący ciąg liczb . . . , x

1

, x

0

, x

1

, x

2

, . . .

i przyjmujemy, że x

n

wtedy, gdy x

n−1

¬ X < x

n

dla = 0, ±1, ±2, . . .,

tzn. g(x) = x

n

, gdy x

n−1

¬ x < x

n

.

Wtedy ma rozkład dyskretny określony ciągiem {(x

n

, p

n

), n = 0, ±1, ±2, . . .},

gdzie p

n

(x

n

− F (x

n−1

).

Zatem F

Y

(y) = (x

n

) dla x

n

< y ¬ x

n+1

- funkcja schodkowa

Przykłady do zad. 3.7

4