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

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

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

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

Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Esimerkkikokoelma 3

Ilkka Mellin (2008) 1/5

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Tilastomatematiikka Kevät 2008

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

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

Yleistä tietoa kokeesta

8.1 Ehdolliset jakaumat

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja jakaumat

10 Moniulotteinen normaalijakauma

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia: Mitä opimme?

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja jakaumat

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

4.0.2 Kuinka hyvä ennuste on?

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

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

8.1 Ehdolliset jakaumat

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

7 Kaksiulotteinen jakauma

P (X B) = f X (x)dx. xf X (x)dx. g(x)f X (x)dx.

Johdatus tn-laskentaan perjantai

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Heliövaara 1

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

10 Moniulotteinen normaalijakauma

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat

Lause 4.2. Lineearinen pienimmän keskineliövirheen estimaattoi on lineaarinen projektio.

4.2.2 Uskottavuusfunktio f Y (y 0 X = x)

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Keskihajonta ja korrelaatio

Odotusarvo. Odotusarvon ominaisuuksia Satunnaismuuttujien ominaisuuksia 61

Todennäköisyyslaskenta, syksy Petri Koistinen Matematiikan ja tilastotieteen laitos Helsingin yliopisto

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 7

30A02000 Tilastotieteen perusteet

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku 5. harjoitukset/ratkaisut. Jatkuvat jakaumat

Matemaattinen tilastotiede. Erkki Liski Matematiikan, Tilastotieteen ja Filosofian Laitos Tampereen Yliopisto

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

9. Tila-avaruusmallit

7 Kaksiulotteinen jakauma

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

Otosavaruus ja todennäköisyys Otosavaruus Ë on joukko, jonka alkiot ovat kokeen tulokset Tapahtuma on otosavaruuden osajoukko

Olkoon R S otosavaruuksien R ja S karteesinen tulo: Satunnaismuuttujien X ja Y järjestetty pari (X, Y) määrittelee kaksiulotteisen satunnaismuuttujan:

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

F(x) = 1. x x 0 + F(x) = F(x 0) kaikilla x 0 R.

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 7

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

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

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

3. Teoriaharjoitukset

Todennäköisyyden ominaisuuksia

Lisää Diskreettejä jakaumia Lisää Jatkuvia jakaumia Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

5. laskuharjoituskierros, vko 8, ratkaisut

2. Multinormaalijakauma

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,

Johdatus tn-laskentaan torstai

Satunnaismuuttujat ja jakaumat

Generointi yksinkertaisista diskreeteistä jakaumista

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

TODENNÄKÖISYYSLASKUN KERTAUS Peruskäsitteitä

F(x) = 1. x x 0 + F(x) = F(x 0) kaikilla x 0 R.

Kopulafunktiot. Joonas Ollila 12. lokakuuta 2011

MTTTA1 Tilastomenetelmien perusteet 5 op Luento Kokonaisuudet johon opintojakso kuuluu

Kertausluento. Tilastollinen päättely II - 2. kurssikoe

7. laskuharjoituskierros, vko 10, ratkaisut

9 Moniulotteinen jakauma

Väliestimointi (jatkoa) Heliövaara 1

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1A

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

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

Tilastollinen testaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

9. laskuharjoituskierros, vko 12-13, ratkaisut

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

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

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

Maximum likelihood-estimointi Alkeet

805306A Johdatus monimuuttujamenetelmiin, 5 op

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

Tilastollinen päättömyys, kevät 2017 Harjoitus 6B

805306A Johdatus monimuuttujamenetelmiin, 5 op

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi. Viikko 3. Kaksiulotteiset satunnaismuuttujat

Harjoitus 4 Tehtävä 1

5 Tärkeitä yksiulotteisia jakaumia

k S P[ X µ kσ] 1 k 2.

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Määritelmä 17. Olkoon Ω joukko ja Σ sen jokin σ-algebra. Kuvaus P : Σ [0, 1] on todennäköisyysmitta (eng. probability measure), jos

Transkriptio:

Todennäköisyyslaskenta, 2. kurssikoe 7.2.22 Sallitut apuvälineet: MAOL-taulukot, kirjoitusvälineet, laskin sekä itse laadittu, A4-kokoinen lunttilappu.. Satunnaismuuttujien X ja Y yhteistiheysfunktio on ja nolla muualla. a) Ratkaise vakion k arvo. b) Laske P ( < X < 2 ja Y < X2 ). f(x, y) = k x y, kun < y < x <, Ratkaisu. a) Vakio k ratkaistaan siitä tiedosta, että tiheysfunktion integraalin koko avaruuden yli pitää olla yksi. Tästä saadaan ehto ( x ) = f(x, y) dxdy = k x y dy dx ( ) / x = k x 2 y2 dy dx = k 2 x3 dx = k 2 / 4 x4 = k 8, joten k = 8. b) P ( < X < 2 ja Y < X2 ) = = = 8 = 4 /2 /2 /2 ( ) min(x,x 2 ) 8 xy dy dx ( ) x 2 x y dy dx = 8 x 5 dx = 4 / /2 {(x,y):<x< 2,y<x2 } /2 x / x 2 6 x6 = 4 6 2 = 6 96. f(x, y) dxdy 2 y2 dx

2. Olkoot X ja Y riippumattomia eksponenttijakaumaa Exp() noudattavia satunnaismuuttujia. (Tämän jakauman tiheysfunktio on f(z) = e z, kun z >.) Määritellään positiiviset satunnaismuuttujat U ja V kaavoilla U = XY, V = X 2. Laske satunnaismuuttujien U ja V yhteistiheysfunktio f U,V (u, v), satunnaismuuttujan V reunatiheysfunktio f V (v) sekä f U V (u v) eli satunnaismuuttujan U ehdollinen tiheysfunktio, kun V = v (jossa v > ). Ratkaisu. Tapa, jossa yhteistiheys johdetaan muuttujanvaihtokaavalla. f U,V (u, v) = f X,Y (x, y) (x, y) (u, v), jossa f X,Y (x, y) = f(x) f(y) ja jossa muuttujien (x, y) ja (u, v) välillä on bijektiivinen vastaavuus alueissa x >, y > ja u >, v > { { u = xy x = v v = x 2 y = u/ v Muuttujanvaihtoon tarvittava jacobiaani on [ (x, y) (u, v) = det Kun u > ja v >, on v 2 v 2 uv 3/2 ] = 2 v, f U,V (u, v) = f( v) f( u ) v 2v = ( ja f U,V (u, v) = muualla. Satunnaismuuttujan V reunatiheyden saa yhteistiheydestä integroimalla pois muuttujan u. Kun v >, on f V (v) = ( du v = e 2 v v = e 2 v. e u v e v du = Muualla f V (v) =. Ehdollisen tiheyden lauseke saadaan selville jakolaskulla. f U V (u v) = f U,V (u, v) f V (v) 2 v / ve u v = exp ( u ) v, kun u > ja v >. v 2

Toinen tapa, jossa ehdollinen jakauma U (V = v) päätellään suoraan annettujen kaavojen perusteella, reunajakauma lasketaan yksiulotteisen muuttujanvaihdon perusteella ja yhteisjakauma kertolaskulla. Koska X ja Y ovat riippumattomia, niin ehdolla X = x satunnaismuuttujan XY jakauma on sama kuin satunnaismuuttujan xy jakauma, joka taas on Exp(/x). Koska V = X 2, niin edellisen perusteella ehdolla V = v > satunnaismuuttujalla XY on sama jakauma kuin satunnaismuuttujalla v Y Exp(/ v). Siis f U V (u v) = v e u/ v, kun u > ja v >. Satunnaismuuttujan V = X 2 saadaan yksiulotteisella muuttujanvaihdolla v = x 2 eli x = v, jossa v > ja x > : f V (v) = f(x) dx dv = e v 2, kun v >. v Yhteistiheys saadaan lopuksi kertolaskulla, f U,V (u, v) = f V (v) f U V (u v) = ( kun u > ja v >. 3

3. Tarkastellaan hierarkkista mallia X Y N(, (Y 2 ) 2 ) Y U(, ). N(µ, σ 2 ) on normaalijakauma odotusarvolla µ ja varianssilla σ 2, ja U(a, b) on tasajakauma välillä (a, b). a) Laske EX. b) Laske var X. c) Kerro perustelun kera, onko satunnaismuuttujien X ja Y yhteisjakauma kaksiulotteinen normaalijakauma Ratkaisu. a) Odotusarvo kannattaa laskea iteroituna odotusarvona: EX = EE(X Y ) = E =. b) Varianssin voi laskea esim. seuraavasti. var X = E(X 2 ) (EX) 2 = E(X 2 ) = EE(X 2 Y ) = E [ var(x Y ) + (E(X Y )) 2] = EY 4 = Toinen yksinkertainen laskutapa on seuraava. y 4 dy = 5. var X = E var(x Y ) + var E(X Y ) = E(Y 4 ) + var = E(Y 4 ) = 5. c) Yhteisjakauma ei ole kaksiulotteinen normaalijakauma. Tämän voi perustella esim. millä tahansa seuraavista huomioista jos yhteisjakauma olisi normaalijakauma, niin Y :n reunajakauman pitäisi olla normaalijakauma, jota se ei ole; kaksiulotteisen normaalijakauman tiheysfunktio on aidosti positiivinen koko tasossa, mutta annetun jakauman tiheysfunktio on nolla ellei < y < ; kertolaskukaavalla saatava yhteisjakauman tiheysfunktion kaava ei ole oikeaa muotoa; kaksiulotteisessa normaalijakaumassa ehdollisen jakauman X (Y = y) jakauman varianssin tulisi olla riippumaton y:n arvosta, mitä se ei ole. 4

4. Olkoon n-ulotteisella satunnaisvektorilla X standardinormaalijakauma N n (, I). Olkoon Q R n n ortogonaalinen vakiomatriisi (ts. Q = Q T ). Määritellään Y = QX. Jaetaan Y = (Y,..., Y n ) kahtia siten, että U = (Y,..., Y k ) koostuu sen k ensimmäisestä komponentista (jossa k < n) ja V = (Y k+,..., Y n ) sen lopuista komponenteista. Määritellään lopuksi satunnaismuuttujat Z ja Z 2 kaavoilla a) Mikä on satunnaisvektorin Y jakauma? Z = U T U, Z 2 = V T V. b) Perustele, miksi Z ja Z 2 ovat riippumattomia. c) Mitkä ovat satunnaismuuttujien Z ja Z 2 jakaumat? Ratkaisu. a) Koska Y on satunnaisvektorin X lineaarimuunnos, sillä on multinormaalijakauma, jonka parametrit ovat EY = E(Q X) = Q EX = Q =, Cov Y = Q Cov(X) Q T = Q I Q T = I Siis Y N n (, I) ts. Y:n komponentit ovat riippumattomia ja noudattavat standardinormaalijakaumaa. b) a-kohdan perusteella U i V j kaikilla i ja j, minkä takia U V. Z on funktio satunnaisvektorista U ja Z 2 on funktio satunnaisvektorista V, joten Z Z 2. c) Z = U T U = U 2 + + Uk 2, jossa U N k(, I), joten Z χ 2 k. Vastaavasti Z 2 = V T V, jossa V N n k (, I), joten Z 2 χ 2 n k. (Vektorilla V on n k komponenttia, sillä vektorilla U on k komponenttia ja vektoreilla U ja V on yhteensä n komponenttia.) Toinen tapa perustella b-kohdassa vektorien riippumattomuus on todeta, että yhdistetyllä vektorilla Y = (U, V) on normaalijakauma, ja (sillä U i V j kaikilla i, j), joten U V. cov(u, V) = Sen sijaan on virheellistä väittää, että (todesta) tuloksesta cov(z, Z 2 ) = seuraisi, että Z ja Z 2 olisivat riippumattomia, sillä nyt vektorilla (Z, Z 2 ) ei ole multinormaalijakauma. 5