Transcript Tikimyb_3
TIKIMYBIŲ TEORIJA 3
VIENMAČIAI ATSITIKTINIAI
DYDŽIAI
Atsitiktiniu dydžiu vadinamas dydis, kuris bandymo
metu gali gauti tik vieną iš anksto nežinomą skaitinę
reikšmę iš galimų reikšmių aibės.
Pvz.:
1) Kavinėje apsilankiusių klientų skaičius per valandą.
2) Matuojamų detalių matmenys.
Atsitiktinis dydis žymimas graikiškomis raidėmis, o jo
įgyjamos reikšmės mažosiomis lotyniškomis raidėmis:
A
- ksi,
- eta,
- dzeta,...
x, y , z ,...
A Tikimybinėje erdvėje (,F,P) atsitiktinis dydis tai
elementarių įvykių funkcija ξ=ξ(ω) .(ω- elementarus įvykis)
Atsitiktinis dydis vadinamas diskrečiuoju, jei visos jo
galimos reikšmės yra baigtinė arba skaiti aibė.
A
Nagrinėkime diskretų atsitiktinį dydį ξ, kuris įgyja
reikšmes x1,x2,...,xn . Atlikus bandymą atsitiktinis dydis gali
įgyti tik vieną reikšmę, vadinasi įvykiai ξ=x1, ξ=x2,..., ξ=xn
sudaro pilnąją įvykių grupę, t.y. jei pažymėsime
P x1 p1 , P x2 p2 ,...,P xn pn
Tada
n
p
i 1
i
1
A Atsitiktinio dydžio pasiskirstymu vadinama bet kokia
priklausomybė, kuri nurodo ryšį tarp atsitiktinio dydžio
reikšmių ir jų tikimybių.
Jis gali būti nusakomas lentele, grafiku arba analizine
išraiška:
1) Lentelė- pasiskirstymo lentelė (skirstinys)
xi
pi
x1
p1
x2
p2
...
...
xn
pn
2) Grafiku, pvz. pasiskirstymo daugiakampiu:
pi
p2
p1
x1
x2
xn
xi
A Atsitiktinio dydžio ξ pasiskirstymo
funkcija vadinama
funkcija, kuri yra apibrėžta visom realiom x reikšmėms ir
lygi tikimybei, kad ξ įgis reikšmes mažesnes už x, t.y.
F ( x) P( x)
SAVYBĖS:
1. 0 F ( x) 1 ;
2. P(a b) F (b) F (a) ;
3. x1 x2 F ( x1 ) F ( x2 ) ;
4. lim F ( x) 0 ;
x
5. lim F ( x) 1 .
x
Pavyzdys:
Šaulio pataikymo tikimybė 0,3. Pataikęs šaulys gauna (+5)
taškus, o nepataikęs (-2). Parašykite diskretaus ats.d. ξ“gautų taškų skaičius” pasiskirstymo dėsnį ir
pasiskirstymo funkciją atlikus 4 šūvius.
Sprendimas:
Pažymėkime pataikymo tikimybe p=0,3, o nepataikymo
q=1-0,3=0,7. Turime Bernulio eksperimentą, vadinasi:
p0 P4 (0) C 0.3 0.7 0.24
0
4
0
4
(Nė karto nepataikė)
Analogiškai apskaičiuojamos ir kitos tikimybės ir surašomos į lentelę:
ξ
-8
pi
0,24 0,41 0,26
-1
6
13
20
0,08 0,01
1
ξ
-8
pi
0,24 0,41 0,26
0,08 0,01
0
0.24
0.65
F ( x)
0.91
0.99
1
, kai x 8
-1
6
13
20
1
, kai 8 x 1
, kai 1 x 6
, kai 6 x 13
, kai 13 x 20
, kai x 20
Skaitinės charakteristikos:
1) Vidurkis
M xi pi
i
SAVYBĖS:
1) MC C , C const;
2) M (C ) CM ;
3) M ( ) M M ;
4) Jei ats.d. ir yra nepriklausomi M ( ) MM.
2) Dispersija D M ( M ) 2
x M
2
i
i
D - standartinis nuokrypis
pi
Savybės:
1) D 0;
2) DC 0;
3) D(C ) C 2 D ;
4) D M 2 ( M ) 2 ;
5) Jei ats.d. ir yra nepriklausomi D( ) D D .
3) Moda- ats.d. reikšmė, kuri dažniausiai pasikartoja, t.y
p(M0)=pmax
ξ- unimodalusis ats.d. jei moda viena ir daugiamodalusis
jei modų daugiau nei dvi.
4) Mediana- ats.d. vidurinė reikšmė, t.y.
1
P( Me ) P( Me ) ir F(Me)
2
A Atsitiktinį dydį ξ vadinamas
tolydžiuoju, jei jo
pasiskirstymo funkcija F(x) yra tolydi ir diferencijuojama,
be to P(ξ=xi)=0.
Tolydaus atsitiktinio dydžio ξ tankiu (tankio funkcija)
vadinama jo pasiskirstymo funkcijos išvestinė, t.y.
A
p( x) F ( x)
SAVYBĖS:
1) p( x) 0;
x
2) F(x)
p(x)dx;
-
b
3) P(a b) p( x)dx;
a
4)
p( x)dx 1.
Skaitinės charakteristikos:
1) Vidurkis
M xp( x)dx
2) Dispersija
D M ( M )
2
3) Moda
4) Mediana
x M
2
p( x)dx
Pavyzdys: Duota pasiskirstymo funkcija
0 , x 1
2
F ( x) ax b , 1 x 3
1 ,x3
Raskite: a, b, P(ξ>2).
Sprendimas:
2ax , 1 x 3
p ( x)
0 , kitur
p( x)dx 1
1
3
1
3
0dx 2axdx 0dx 1
2 3
x
2a
2
1
1
8a 1
1
a
8
Kadangi F(x) tolydi, tai kai x=3 turi F(3)=1
1 2
(3 ) b 1
8
1
b
8
0 , x 1
1 2 1
F ( x) x , 1 x 3
8
8
1 ,x3
P( 2) 1 P( 2) 1 P 2 P( 2)
1 5
1
1 F (2) 1 4
8 8
8
DISKRETIEJI SKIRSTINIAI
Binominis skirstinys
• Sakome, kad atsitiktinis dydis X yra pasiskirstęs pagal
binominį dėsnį su parametrais n ir 0<p<1, jei jis įgyja
reikšmes 0, 1, 2, ..., n su tikimybe
PX k
k k nk
Cn p q ,
q 1 p
• Pavyzdžiui, jei gamybos procesas stabilus, tai gaminių su
defektais skaičius gali būti laikomas binominiu atsitiktiniu
dydžiu.
Binominis skirstinys
• Panaudojus reklamą, prekių pardavimas padidėja arba
nepadidėja.
• Išdygusių sėklų skaičius iš n pasėtų.
• Teigiamų rezultatų, gautų gydant 25 ligonius, skaičius.
Binominis skirstinys
• Vidurkis
MX
n
kPX k
k 0
• Dispersija
n
k k nk
kC
n p q np
k 0
DX npq
• Binominio atsitiktinio dydžio X labiausiai tikėtina reikšmė k0
randama iš nelygybių
n 1 p 1 k0 n 1 p
Puasono skirstinys
• Jei atsitiktinis dydis gali įgyti reikšmes k 0,1, 2, ir tų
reikšmių tikimybės yra
P X k
k
k!
e , 0 k
sakoma, kad skirstinys yra Puasono. Žymima taip:
X ~ P
Puasono skirstinys
• Puasono atsitiktinio dydžio vidurkis ir dispersija
atitinkamai yra lygios
MX , DX
Puasono skirstinys
• Ekonomikoje Puasono skirstinys naudojamas retiems įvykiams
aprašyti:
– banke yra daug sąskaitų, o stebimą valandą ateina tik maža
dalis visų klientų, todėl klientų skaičių galima aprašyti
Puasono skirstiniu;
– požeminio elektros kabelio gedimų skaičius vieno kilometro
intervale, taip pat aprašomas Puasono skirstiniu;
– brokuotų tam tikros produkcijos gaminių skaičiaus
skirstinys taip pat Puasono;
Puasono skirstinys (pavyzdys)
• Vidutiniškai pirmadieniais į darbą neateina 3 darbuotojai. Kokia
tikimybė, kad šį pirmadienį į darbą neateis ne mažiau kaip 2
darbuotojai?
• Taikysime Puasono skirstinį, kai MX 3 ,t.y. 3
k
3 3
P X k
e ,
k!
Px 2 1 Px 0 Px 1 1 e3 3e3 0,8
Geometrinis skirstinys
• Tegu vieną kartą daromo bandymo sėkmės tikimybė 0 p 1.
Nepriklausomus bandymus kartojame tol, kol sulaukiame
pirmos sėkmės. Atsitiktinis dydis X yra bandymų skaičius iki
pirmos sėkmės. Sakysime, kad X turi geometrinį skirstinį.
P X k 1 p
k 1
p, k 1,2,
Geometrinis skirstinys
•
Vidurkis ir dispersija
1
1 p
MX , DX 2
p
p
Geometrinis skirstinys (pavyzdys)
•
Naftos kompanijos atstovai žino, kad tiriamajame rajone 80%
gręžinių naftos neturi. Kokia tikimybė rasti naftos gręžiant
penktą kartą? Kiek vidutiniškai gręžimų reiks išgręžti, kol bus
rasta nafta?
• Tegu X – padarytų gręžinių skaičius iki naftos radimo.
Atsitiktinis dydis X turi geometrinį skirstinį su parametru p 0,2
Todėl ieškomoji tikimybė
PX 5 0,2 0,84 0,08192
o vidurkis
MX
1
5
0,2
TOLYDIEJI SKIRSTINIAI
Normalusis (Gauso) skirstinys
•
Atsitiktinis dydis X pasiskirstęs pagal normalųjį skirstinį su
parametrais m ir σ, jei jo tankio funkcija
1
px
e
2
x m 2
2 2
x R
o pasiskirstymo funkcija
1
F x
2
x
e
x m 2
2 2
dx
Normalusis (Gauso) skirstinys
• Normalusis skirstinys žymimas N m,2
• Kai m 0, 1 normalusis skirstinys
vadinamas standartiniu normaliuoju skirstiniu.
px
1
2
x2
e 2
F x
1
2
x
x
e 2
2
dt
Normalusis (Gauso) skirstinys
•
Normalusis dėsnis nusako skirstinį tokio atsitiktinio
dydžio, kuris gaunamas sumuojant didelį skaičių kitų
nepriklausomų atsitiktinių dydžių, tarp kurių nėra
dominuojančių.
• Normalusis skirstinys gerai aprašo žmonių ūgį, svorį,
vidutinę oro temperatūrą, vidutinį pelną, intelekto
koeficientą.
Normalusis (Gauso) skirstinys
•
Normaliojo atsitiktinio dydžio vidurkį ir dispersiją
skaičiuojame pagal formules
MX
DX
x
x m 2
1
2
x m
2
2 2
e
1
2
dx m
x m 2
e
2 2
dx 2
Normalusis (Gauso) skirstinys
•
Normaliojo skirstinio tankio funkcijos grafiko padėtis
plokštumoje priklauso nuo vidurkio dydžio, o forma nuo
dispersijos
Normalusis (Gauso) skirstinys
•
Apskaičiuosime tikimybę, kad atsitiktinis dydis X a, b:
bm
a m
P ( a x b)
• Skaičiavimuose kartais naudojama Laplaso funkcija
( x)
1
2
x
e
0
t2
2
( x ) ( x )
1
( x ) ( x )
2
dt
Normalusis (Gauso) skirstinys. Trijų σ taisyklė
•
Tikimybė, kad normaliai pasiskirstęs atsitiktinis dydis nukryps
nuo vidurkio ne daugiau kaip σ lygi 0,68
• Tikimybė, kad normaliai pasiskirstęs atsitiktinis dydis nukryps
nuo vidurkio ne daugiau kaip 2 σ lygi 0,95
• Tikimybė, kad normaliai pasiskirstęs atsitiktinis dydis nukryps
nuo vidurkio ne daugiau kaip 3 σ lygi 0,997
0.68, kai t 1
P X m t 0.95, kai t 2
0.997, kai t 3
Eksponentinis skirstinys
•
Sakome, kad atsitiktinis dydis pasiskirstęs pagal eksponentinį
dėsnį, jei :
x 0,
0,
p x x
e , x 0.
F x
x
e
x
x
dx e
x
d x e
0
x 0,
0,
F x
x
1
e
, x 0.
x
x
0
1 e
x
Eksponentinis skirstinys
•
Eksponentinis pasiskirstymas plačiai taikomas patikimumo
teorijoje, masinio aptarnavimo teorijoje.
Eksponentinis skirstinys (pavyzdys)
•
Gatvių apšvietimo lempų tarnavimo laiko vidurkis lygus 500
dienų, o standartinis nuokrypis 50 dienų. Kam lygu tikimybė,
kad lempa švies:
a) nuo 400 iki 600 dienų;
600 500
400 500
P400 X 600 F
F
F 2 F 2
50
50
2 F 2 1 2 0,977 1 0,954
b) trumpiau negu 400 dienų;
400 500 0 500
P X 400 P0 X 400 F
F
50 50
F 2 F 10 1 F 2 1 F 10 F 10 F 2 1 0,977 0,023.
Tolygusis skirstinys
•
Atsitiktinio dydžio X skirstinys vadinamas tolygiuoju
intervale a, b , jei
1
, a xb
px b a
x a, b.
0,
x a,
0,
x a
F x
, a x b,
b a
x b.
1,
χ2 (chi kvadratu) skirstinys
•
χ2 (chi kvadratu) skirstinį su n laisvės laipsnių turi atsitiktinis
dydis
2
2
2
2
n X1 X 2 X n
• čia X 1 , X 2 , , X n yra nepriklausomi, standartinį normalųjį
skirstinį turintys atsitiktiniai dydžiai
X i ~ N 0;1
χ2 (chi kvadratu) skirstinys
•
Nors χ2 skirstinio tankio funkcija gana sudėtinga, tačiau jo
parametrai nusakomi paprastomis formulėmis:
M n, D 2n
2
2
χ2 (chi kvadratu) skirstinys
p(t)
P 1
12;n
x
2
• Kvantilis 1- ;n parenkamas taip, kad neužbrūkšniuotos
dalies plotas būtų lygus 1 .
• χ2 skirstinio reikšmės priklausomai nuo ir laisvės
laipsnių skaičiaus n pateikiamos lentelėje
χ2 (chi kvadratu) skirstinys (pavyzdys)
• Chi kvadrato skirstinio laisvės laipsnių skaičius lygus 20, o
P c1 220 c2 1 0,95
Kaip rasti tokius dydžius c1 ir c2, kai
• Kadangi
P 220 c1 P 220 c2
P220 c1 P220 c2 1 1
2
2
P 20 c1 P 20 c2 0,025
2
P 220 c1 P c1 220 c2 P 220 c2 1
χ2 (chi kvadratu) skirstinys (pavyzdys)
Taigi c1 yra
2
lygmens kvantilis
c1 02,025;20 9,59
2
P 20
P 220
2
c2 1 P 20
c2
2
c2 1 1 0,025 0,975
2
c2 02,975;20 34,2.
Stjudento skirstinys
•
Tarkime, kad nepriklausomi atsitikt. dydžiai X ir
X i i 1,2, , n yra standartiniai normalieji dydžiai:
X ~ N 0;1,
X i ~ N 0;1
• Atsitiktinio dydžio t skirstinys vadinamas Stjudento skirstiniu
su n laisvės laipsniu.
t
X
n
2
X
i
i 1
n
Stjudento skirstinys
•
Stjudento skirstinio reikšmių lentelė sudaryta priklausomai
nuo tikimybės α ir laisvės laipsnių skaičiaus n.
• Joje pateiktos kvantilių t reikšmės.
1 ; n
2
t
f(t)
2
;n
P 1
t
2
;n
t
1 ;n
2
x
t
1 ; n
2
Stjudento skirstinys
•
Atsitiktinis dydis X turi Stjudento skirstinį su 12 laisvės
laipsnių. Lygmenį p 0,975 atitinka kvantilis
t0,975;12 2,18
• Kitaip sakant
Pt 2,18 0,975
Fišerio skirstinys
• Fišerio skirstinį su m ir n laisvės laipsnių turi atsitiktinis dydis
Fm; n
Y
X
2
1
Y22 Ym2
2
1
X 22 X n
m
2
2
Xm
m
X n2
n
n
čia Y1, Y2 , , Ym , X1, X 2 ,, X n yra nepriklausomi, standartinį
normalųjį skirstinį turintys atsitiktiniai dydžiai Yj , X i ~ N 0;1.
Fišerio skirstinio 1-α lygmens kvantilius galima rasti lentelėje.
AČIŪ UŽ DĖMESĮ