2 exp( 2u), kun u > 0 f U (u) = v = 3 + u 3v + uv = u. f V (v) dv = f U (u) du du f V (v) = f U (u) dv = f U (h(v)) h (v) = f U 1 v (1 v) 2

Samankaltaiset tiedostot
0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

1. Kuusisivuista noppaa heitetään, kunnes saadaan silmäluku 5 tai 6. Olkoon X niiden heittojen lukumäärä, joilla tuli 1, 2, 3 tai 4.

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotuksia. Tehtäväsarja I

k S P[ X µ kσ] 1 k 2.

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Sallitut apuvälineet: kirjoitusvälineet, laskin sekä käsinkirjoitettu, A4-kokoinen lunttilappu ja MAOL taulukkokirjaa

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

Matemaattisten tieteiden kandiohjelma / MTL Todennäköisyyslaskenta IIb Kurssikoe (kesto 2h 30 min)

1. Jatketaan luentojen esimerkkiä 8.3. Oletetaan kuten esimerkissä X Y Bin(Y, θ) Y Poi(λ) λ y. f X (x) (λθ)x

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I

(b) Tarkista integroimalla, että kyseessä on todella tiheysfunktio.

Sallitut apuvälineet: MAOL-taulukot, kirjoitusvälineet, laskin sekä itse laadittu, A4-kokoinen lunttilappu. f(x, y) = k x y, kun 0 < y < x < 1,

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

0 3 y4 dy = 3 y. 15x 2 ydx = 15. f Y (y) = 5y 4 1{0 y 1}.

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

Tilastollinen päättömyys, kevät 2017 Harjoitus 6B

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Käytetään satunnaismuuttujaa samoin kuin tilastotieteen puolella:

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Ilkka Mellin (2008) 1/5

Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Esimerkkikokoelma 3

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Tilastomatematiikka Kevät 2008

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio

Gripenberg. MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Tentti ja välikoeuusinta

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS Analyysi I Harjoitus alkavalle viikolle Ratkaisuehdotuksia (7 sivua) (S.M)

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 2

2. Jatkoa HT 4.5:teen ja edelliseen tehtavään: Määrää X:n kertymäfunktio F (x) ja laske sen avulla todennäköisyydet

Johdatus tn-laskentaan torstai

Diskreetti derivaatta

3.1 Kaksiulotteinen satunnaisvektori ja sen jakauma

30A02000 Tilastotieteen perusteet

8.1 Ehdolliset jakaumat

5. laskuharjoituskierros, vko 8, ratkaisut

Valintahetket ja pysäytetyt martingaalit

Jatkuvat satunnaismuuttujat

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

Matematiikan tukikurssi

l (φ; y) = l(θ(φ); y) Toinen derivaatta saadaan tulon derivaatan laskusäännöllä Uudelleenparametroidun mallin Fisherin informaatio on

,ܾ jaü on annettu niin voidaan hakea funktion

Matematiikan peruskurssi 2

2.1 Satunnaismuuttuja ja sen jakauma

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1A

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 3

V ar(m n ) = V ar(x i ).

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Todennäköisyyslaskun kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

11 Raja-arvolauseita ja approksimaatioita

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

y x1 σ t 1 = c y x 1 σ t 1 = y x 2 σ t 2 y x 2 x 1 y = σ(t 2 t 1 ) x 2 x 1 y t 2 t 1

Todennäköisyyslaskenta IIa, syyslokakuu 2019 / Hytönen 2. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

4.0.2 Kuinka hyvä ennuste on?

Todennäköisyyden ominaisuuksia

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja jakaumat

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Stokastiset differentiaaliyhtälöt Ratkaisuehdotelma Harjoitukseen 5

JATKUVAT JAKAUMAT Laplace-muunnos (Laplace-Stieltjes-muunnos)

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikot 5 6

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

Injektio (1/3) Funktio f on injektio, joss. f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D(f )

2.1 Satunnaismuuttuja ja sen jakauma

3.6 Su-estimaattorien asymptotiikka

A = (a 2x) 2. f (x) = 12x 2 8ax + a 2 = 0 x = 8a ± 64a 2 48a x = a 6 tai x = a 2.

Lisää Diskreettejä jakaumia Lisää Jatkuvia jakaumia Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 7

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Kertymäfunktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 1

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Ratkaisuehdotus 2. kurssikokeeseen

Ratkaisuehdotus 2. kurssikoe

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Tilastollinen päättely II, kevät 2018 Harjoitus 8B Ratkaisuehdotuksia.

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Epäyhtälöt ovat yksi matemaatikon voimakkaimmista

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Yleistä tietoa kokeesta

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 2A

4. laskuharjoituskierros, vko 7, ratkaisut

TODENNÄKÖISYYSLASKUN KERTAUS Peruskäsitteitä

(b) Onko hyvä idea laske pinta-alan odotusarvo lähetmällä oletuksesta, että keppi katkeaa katkaisukohdan odotusarvon kohdalla?

8.1 Ehdolliset jakaumat

Kaikkia alla olevia kohtia ei käsitellä luennoilla kokonaan, koska osa on ennestään lukiosta tuttua.

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

Satunnaismuuttujat Satunnaismuuttuja kuvaa kokeen tuloksen reaaliakselille Satunnaismuuttuja on siis funktio X(s) joka saa reaalisia arvoja Koe s

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

Kertausluento. Tilastollinen päättely II - 1. kurssikoe

Transkriptio:

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 208 Harjoitus 4 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I. Satunnaismuuttuja U Exp(2) ja V = U/(3 + U). Laske f V käyttämällä muuttujanvaihtotekniikkaa. (monisteen Lause 2.2 tai muistisääntö (2.2)). Ratkaisu: Satunnaismuuttujan U tiheysfunktio on 2 exp( 2u), kun u > 0 f U (u) = 0, muualla. Selvästi siis P(U > 0) =, eli P(U (0, )) =. Huomataan, että 0 < u <, 3+u kun u > 0. Satunnaismuuttuja V on U :n muunnos, eli V = g(u), missä g on funktio (0, ) (0, ) ja g(u) = u, joka selvästi on aidosti kasvava, kun 0 < u <. Näin 3+u ollen sille on olemassa käänteisfunktio h : (0, ) (0, ). Käänteisfunktion lauseke saadaan selville ratkaisemalla u yhtälöstä v = u 3 + u 3v + uv = u u = 3v v. Sijoittamalla u = h(v) saadaan h(v) = 3v. Sekä g että h ovat rationaalifunktioina v jatkuvasti derivoituvia määrittelyjoukoissaan, joten määritelmän 2.0 nojalla funktio g : (0, ) (0, ) on diffeomorfismi. Kun 0 < v <, lauseen 2.2 (tai muistisäännön (2.2)) nojalla ja f V (v) on nolla muualla. f V (v) dv = f U (u) du du f V (v) = f U (u) dv = f U (h(v)) h (v) ( ) 3v 3 = f U v ( v) 2 ( ) 3v 3 = 2 exp 2 v ( v) 2 ( ) 6 6v = ( v) exp 2 v 2. Lognormaali satunnaismuuttuja X > 0 on satunnaismuuttuja, jonka logaritmi ln X on normaalijakautunut. Normaalijakauman tiheysfuntio f : R (0, ) parametreilla µ R ja σ 2 > 0 on f(x µ, σ 2 ) = 2πσ 2 exp( (x µ)2 /(2σ 2 )).

Näytä, että lognormaali satunnaismuuttuja X on jatkuva ja määrää sen tiheysfuntio. Ratkaisu: Olkoon funktio g : (0, ) R, jolle g(x) = ln(x). Logaritmifunktio on aidosti kasvava, kun x (0, ), joten sille on olemassa käänteiskuvaus h : R (0, ). Käänteiskuvauksen lauseke saadaan ratkaisemalla x yhtälöstä g(x) = y ln(x) = y e ln(x) = e y x = e y Sijoittamalla x = h(y) saadaan h(y) = e y. Sekä g että h ovat logaritmi- ja eksponenttifunktioina jatkuvasti derivoituvia, joten määritelmän 2.0 nojalla funktio h : R (0, ) on diffeomorfismi. Olkoon Y = ln X normaalijakautunut satunnaismuuttuja parametreilla µ ja σ 2, missä satunnaismuuttuja X > 0. Kun x (0, ), lauseen 2.2 nojalla satunnaismuuttujalla X = h(y ) = e Y on jatkuva jakauma tiheysfunktiolla f X (x) = f Y (g(x)) g (x) ja muualla tiheysfunktio on nolla. Koska f Y (y) on normaalijakauman tiheysfunktio pisteessä y ja g (x) = d ln(x) = = (sillä x > 0), niin X :n tiheysfunktioksi dx x x saadaan f X (x) = = exp( (ln(x) 2πσ 2 µ)2 /(2σ 2 )) x x 2πσ exp( (ln(x) 2 µ)2 /(2σ 2 )), kun x (0, ) ja muualla tiheysfunktio on nolla. Kertymäfunktiotekniikka: Tehdään sama vielä kertymäfunktiotekniikalla. Se koostuu seuraavista askeleista: (a) Johdetaan sm:n X kertymäfunktio F X (b) Perustellaan, että F X on jatkuvan jakauman kf (c) Lasketaan sm:n X tiheysfunktio f X Määritelmän mukaan F X (x) = P(X x). Koska X > 0, niin väistämättä F X (x) = 0 jokaisella x 0, sillä tapahtuma { 0 < X x 0 } on mahdoton tapahtuma. Voidaan siten olettaa, että x > 0. Tällöin F X (x) = P(X x) = P(ln X ln x), sillä logartimi (ja sen käänteiskuvaus) ovat kasvavia funktioita. Koska tiedämme, että ln X ja Y N(µ, σ 2 ) ovat samoin jakautuneita, niin F X (x) = P(X x) = P(ln X ln x) = P(Y ln x) = F Y (ln x) kun x > 0. Olemme siten päätelleet, että F Y (ln x), kun x > 0 F X (x) = 0, kun x 0

Jotta F X olisi jatkuvan jakauman kf, niin meidän tulisi näyttää että se toteuttaa seuraavat ehdot: a) se on kf, b) jatkuva koko R:ssä sekä c) jatkuvasti derivoituva poislukien korkeintaan äärellisen monta poikkeuspistettä. Kohdan a) pitäisi olla kunnossa, koska johdimme sen suoraan kertymäfunktion määritelmästä, mutta tarkistetaan se samalla. Jotta F X olisi jatkuva, niin voimme tarkistaa sen kolmessa osassa: kun x < 0, on se vakiofunktiona jatkuva ja kun x > 0, niin F X on myös jatkuva, sillä logaritmifunktio on jatkuva ja F Y on jatkuva, koska Y on jatkuvasti jakautunut (sillä on tf!). Ainoa ongelmakohta voisi olla kun x = 0, missä F X (0) = 0. Vasemmanpuolinen raja-arvo on selvästi kunnossa (mieti miksi :). Oikeanpuolinen raja-arvo puolestaan lim F X(x) = lim F x 0 + x 0 + Y (ln x) = lim F Y (y) = 0 y missä käytimme apuna tietoa: kun x 0 +, niin ln x. Viimeinen yhtäsuuruus seuraa, koska F Y on kf. Siispä F X on jatkuva koko R:ssä. Viimeinen askel on näyttää että F X on olemassa ja jatkuva (poislukien mahdolliset poikkeuspisteet). Kun x < 0, niin F X(x) = 0, mikä on jatkuva. Kun x > 0, niin F X(x) = F Y (ln x) x (ln x) = f Y (ln x)x = x 2πσ 2 exp( (ln x µ)2 /(2σ 2 )). Tämä on jatkuva funktio, sillä se on tulo kahdesta jatkuvasta funktiosta /x ja exp(... ), missä jälkimmäinen on f Y (ln x) on jatkuva, sillä f Y on jatkuva ja logaritmi on jatkuva. Olemme siten näyttäneet, että F X on jatkuvan funktion kf (nyt voimme sen myös helposti tarkistaa: se on kasvava, koska sen derivaatta on ei-negatiivinen, se on jatkuva (joten se on oikealta jatkuva), F X ( ) = 0 ja F X ( ) = F Y ( ) =, mutta tämä seurasi siis laskustamme, mutta on aina hyvä tarkastaa asia). Lisäksi tiedämme, että derivaatta sopivasti täydennettynä kelpaa tiheysfunktioksi, joten voimme sanoa, että eräs sm:n X tiheysfunktio on f X (x) = x exp( (ln x 2πσ 2 µ)2 /(2σ 2 )), kun x > 0, 0, muutoin. Tämä on luonnollisesti sama mikä saatiin aiemmin muuttujanvaihtotekniikalla. 3. Heitetään 8-sivuista noppaa kaksi kertaa. V on ensimmäisen heiton silmäluku ja V 2 toisen heiton silmäluku. Määritellään satunnaismuuttujat X = min(v, V 2 ) ja Y = max(v, V 2 ). Perustele, miksi satunnaismuuttujien X ja Y yptnf on /, kun x = y 8, f (X,Y ) (x, y) = 2/, kun x < y 8, 0, muuten. Tarkista myös, että f (X,Y ) todella on yptnf. Johda reuna-ptnf:t f X ja f Y yptnf:n reunasummina. Ratkaisu: Oletetaan tavalliseen tapaan, että kahden nopan silmäluvut V ja V 2 ovat riippumattomia. Koska X = min(v, V 2 ) ja Y = max(v, V 2 ), pätee X Y, jolloin f X,Y (x, y) = 0, kun x > y. Lisäksi selvästi f X,Y = 0, kun (x, y) / {,..., 8} {,..., 8}.

Huomataan, että tapahtuma {X = x, Y = x} = {V = x, V 2 = x}, eli jos minimi ja maksimi ovat sama luku, heittojen silmälukujen on oltava samat. Riippumattomuuden nojalla saadaan P(V = x, V 2 = x) = P(V = x)p(v 2 = x). Lisäksi kun tiedetään, että, x {,..., 8} 8 P(V = x) = P(V 2 = x) = 0, x / {,..., 8}, niin voidaan todeta, että jos x = y, niin f X,Y (x, y) = P(X = Y ) = ( ) 2 8 =, kun (x, y) {,..., 8} {,..., 8}. Tutkitaan vielä tapaus x < y ja (x, y) {,..., 8} {,..., 8}. Tällöin tapahtuma {X = x, Y = y} voidaan lausua yhdisteenä {V = x, V 2 = y} {V = y, V 2 = x}, sillä minimi voidaan saada joko ensimmäisellä heitolla tai toisella heitolla ja jos toinen on minimi, niin toisen on oltava maksimi. Nämä kaksi tapahtumaa ovat erilliset, joten tn-mitan additiivisuuden nojalla P(X = x, Y = y) = P(V = x, V 2 = y) + P(V = y, V 2 = x) ( ) 2 ( ) 2 = P(V = x)p(v 2 = y) + P(V = y)p(v 2 = x) = + = 2 8 8. Tarkistetaan vielä, että kyseessä on yptnf. Merkitään S = {,..., 8} {,..., 8}, jolloin f X,Y : S R on ei-negatiivinen funktio ja pistetodennäköisyyksien summa on (taulukosta on apua): Reunajakaumat saadaan summaamalla toinen muuttuja x/y 2 3 4 5 6 7 8 / 2/ 2/ 2/ 2/ 2/ 2/ 2/ 5/ 2 0 / 2/ 2/ 2/ 2/ 2/ 2/ 3/ 3 0 0 / 2/ 2/ 2/ 2/ 2/ / 4 0 0 0 / 2/ 2/ 2/ 2/ 9/ 5 0 0 0 0 / 2/ 2/ 2/ 7/ 6 0 0 0 0 0 / 2/ 2/ 5/ 7 0 0 0 0 0 0 / 2/ 3/ 8 0 0 0 0 0 0 0 / / x / 3/ 5/ 7/ 9/ / 3/ 5/ y pois, eli f X (x) = y f Y (y) = x 7 2x, x {,..., 8} f X,Y (x, y) = 0, x / {,..., 8} 2y, y {,..., 8} f X,Y (x, y) = 0, y / {,..., 8}. 4. Jatkoa tehtävään 3. a) Ovatko tehtävän 3 satunnaismuuttujat X ja Y riippumattomia? b) Esitä tapahtuma {X > x} muodossa {V > v, V 2 > v 2 } keksimällä sopivat v ja v 2. c) Päättele silmälukujen V ja V 2 riippumattomuuden ja kohdan b) avulla sm:n X kf F X.

d) johda kohdan c) kertymäfunktiosta F X vastaava reuna-ptnf f X (toivottavasti sait saman kuin edellisessä tehtävässä) Ratkaisu: a) Koska esimerkiksi P(X >, Y = ) = 0 49 = P(X > )P(Y = ), niin satunnaismuuttujat X ja Y eivät ole riippumattomia. b) Tapahtuma {X > x} tarkoittaa, että pienempi silmäluvuista on aidosti suurempaa kuin x. Tämä vaatii, että molempien silmälukujen on oltava aidosti suurempaa kuin x. Tapahtuma voidaan siis muotoilla c) Jos x {,..., 8}, niin {X > x} = {V > x, V 2 > x}. F X (x) = P(X x) = P(X > x) = P(V > x, V 2 > x) ( ) 8 x 2 6x x2 = P(V > x)p(v 2 > x) = =. 8 Koska X on diskreetti ja sen arvojoukko on [, 8] N, saadaan F X :stä kertymäfunktio täydentämällä se paloittain vakioksi oikealta jatkuvaksi porrasfunktioksi, jonka epäjatkuvuuskohdat löytyvät joukosta {,..., 8}. Lisäksi, kun x <, niin F X (x) = P (X x) = 0 ja kun x > 8, niin F X (x) = P (X x) =. d) Kyseessä on diskreetti satunnaismuuttuja, joten kun x {,..., 8}, saadaan pistetodennäköisyysfunktio laskemalla kertymäfunktion arvojen erotuksia X :n arvojoukon peräkkäisissä arvoissa, eli f X (x) = P (X = x) = P (X x) P (X x ) = F X (x) F X (x ) 6x x2 6(x ) (x )2 = = 6x x2 6(x ) + (x ) 2 = 6x x2 6x + 6 + x 2 2x + = 7 2x. 5. Heitetään tavallista lanttia neljä kertaa (ja oletetaan, että heitot ovat riippumattomia). Määritellään satunnaismuuttujat X j = { j. heitto kruuna }, kun j =, 2, 3, 4. Määritellään näiden avulla satunnaismuuttujat W = 2X 2 + X 3 + 3 ja V = 4X + 8X 4 2 sekä Y = W + V. a) Selitä perustellen, miksi W V. b) Määrää ptnf f Y ja tunnista satunnaismuuttujan Y jakauma (jakauma on tuttu). Ratkaisu: a) Määritellään funktiot h ja h 2 seuraavasti: h : R 2 R, h (x, y) = 2x + y + 3 ja h 2 : R 2 R, h 2 (x, y) = 4x + 8y 2.

Määritellään satunnaisvektorit Z = (X 2, X 3 ) ja Z 2 = (X, X 4 ). Nyt satunnaismuuttujat W ja V voidaan kirjoittaa satunnaisvektoreiden Z ja Z 2 funktioina, eli W = 2X 2 + X 3 + 3 = h (X 2, X 3 ) = h (Z ) ja V = 4X + 8X 4 2 = h 2 (X, X 4 ) = h 2 (Z 2 ). Koska lantinheitot ovat toisistaan riippumattomia, satunnaismuuttujat X j ovat toisistaan riippumattomia (j =, 2, 3, 4), jolloin niistä muodostetut satunnaisvektorit Z ja Z 2 ovat toisistaan riippumattomia ja tällöin myös niiden muunnokset h (Z ) = W ja h 2 (Z 2 ) = V ovat toisistaan riippumattomia. b) Määritellään satunnaisvektori X = (X, X 2, X 3, X 4 ) ja funktio jolloin g : R 4 R, g(x, x 2, x 3, x 4 ) = 4x + 2x 2 + x 3 + 8x 4 +, Y = W + V = 2X 2 + X 3 + 3 + 4X + 8X 4 2 = 4X + 2X 2 + X 3 + 8X 4 + = g(x). Merkitään X:n arvojoukkoa S :llä, jolloin S = {(x, x 2, x 3, x 4 ) x i {0, }}. Tällöin P(X = x) = kaikilla x S, sillä jokainen 6:sta neljän kolikonheittotuloksen kombinaatiosta on yhtä todennäköinen. 6 Siten f Y (y) = P(Y = y) = P(g(X) = y) = P(g(X) = y, X S) = P(g(X) = y, X = x) = {g(x) = y}p(x = x) x S x S Käymällä läpi kaikki arvojoukon S arvot, saadaan g(0, 0, 0, 0) = g(, 0, 0, 0) = 4 + = 5 g(0,, 0, 0) = 2 + = 3 g(0, 0,, 0) = + = 2 g(0, 0, 0, ) = 8 + = 9 g(,, 0, 0) = 4 + 2 + = 7 g(, 0,, 0) = 4 + + = 6 g(, 0, 0, ) = 4 + 8 + = 3 g(0,,, 0) = 2 + + = 4 g(0,, 0, ) = 2 + 8 + = g(0, 0,, ) = + 8 + = 0 g(,,, 0) = 4 + 2 + + = 8 g(,, 0, ) = 4 + 2 + 8 + = 5 g(, 0,, ) = 4 + + 8 + = 4 g(0,,, ) = 2 + + 8 + = 2 g(,,, ) = 4 + 2 + + 8 + = 6

Näin ollen x S {g(x) = y}p(x = x) = {y {, 2,..., 5, 6}}, 6 eli Y noudattaa diskreettiä tasajakaumaa arvojoukkona luonnolliset luvut yhdestä kuuteentoista. 6. Olkoon X Bin(n, p). Lasketaan odotusarvo EX 2 kahdella tavalla (helpompi riippumattomuuteen perustuva tapa ensi viikolla). Tapa (TTL): Lasketaan odotusarvo käyttämällä Lausetta 4.5, toisin sanoen laskemalla summa EX 2 = x 2 f(x) samantapaisella tekniikalla, kuin mitä käytetään luentomonisteen esimerkissä 4.3. (Opastus: käytä apuna identiteettiä x 2 = x(x )+x. Identiteetin termiä x vastaava summa EX = xf(x) = np on jo laskettu esimerkissä 4.3. Lopputuloksen pitäisi olla np( p) + n 2 p 2.) Ratkaisu: Odotusarvo EX 2 = x 2 f(x) = (x + x(x ))f(x) = xf(x) + x(x )f(x) n! = np + x(x ) x=2 x!(n x)! px ( p) n x n = np + n(n )p 2 (n 2)! x=2 (x 2)!(n x)! px 2 ( p) n x ( ) n 2 = np + n(n )p 2 n 2 p k ( p) n 2 k k=0 k }{{} = = np + n 2 p 2 np 2 = np( p) + n 2 p 2. Kolmanneksi viimeisellä rivillä oleva summa on yksi, koska kyseessä on jakauman Bin(n 2, k) pistetodennäköisyyksien summa yli jakauman arvojoukon.