Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit. Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit. Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit: Esitiedot

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus todennäköisyyslaskentaan Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Liite 2: Verkot ja todennäköisyyslaskenta. Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Verkot ja todennäköisyyslaskenta. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt Verkot ja todennäköisyyslaskenta

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Verkot ja todennäköisyyslaskenta. Verkot ja todennäköisyyslaskenta. Verkot ja todennäköisyyslaskenta: Esitiedot

Liite: Verkot. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Kokonaistodennäköisyys ja Bayesin kaava. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Todennäköisyyslaskenta: Liitteet. Liite 1. Joukko oppi Liite 2. Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit. Ilkka Mellin (2006) 449

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt. Kokonaistodennäköisyyden ja Bayesin kaavat

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Varma tapahtuma, Yhdiste, Yhdistetty tapahtuma, Yhteenlaskusääntö

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Todennäköisyyslaskennan peruslaskusäännöt. Todennäköisyyslaskennan peruslaskusäännöt. Todennäköisyyslaskennan peruslaskusäännöt: Esitiedot

Verkot ja todennäköisyyslaskenta Verkko Verkko eli graafi muodostuu pisteiden joukosta V, särmien joukosta A ja insidenssikuvauksesta : A V V jossa

Liite 2: Verkot ja todennäköisyyslaskenta

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt. Todennäköisyyden peruslaskusäännöt

5/11 6/11 Vaihe 1. 6/10 4/10 6/10 4/10 Vaihe 2. 5/11 6/11 4/11 7/11 6/11 5/11 5/11 6/11 Vaihe 3

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Todennäköisyyden peruslaskusäännöt. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Kertymäfunktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

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

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Todennäköisyyden aksioomat. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt. Todennäköisyyden aksioomat

(x, y) 2. heiton tulos y

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku. Aiheet: Todennäköisyyslaskennan peruskäsitteet Todennäköisyyslaskennan peruslaskusäännöt Avainsanat:

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Esimerkkikokoelma 1

A. Jos A on niiden perusjoukon S alkioiden x joukko, jotka toteuttavat ehdon P(x) eli joille lause P(x) on tosi, niin merkitsemme

B. Siten A B, jos ja vain jos x A x

Todennäköisyyslaskenta. β versio. Todennäköisyyslaskenta. Ilkka Mellin. Teknillinen korkeakoulu, Matematiikan laboratorio. Ilkka Mellin (2006) I

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

1. laskuharjoituskierros, vko 4, ratkaisut

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

Todennäköisyyslaskenta

Todennäköisyyslaskenta: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt

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

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 3: Todennäköisyysjakaumia. Diskreettejä jakaumia. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 1

Miten hyvin mallit kuvaavat todellisuutta? Tarvitaan havaintoja.

Joukko-oppi. Joukko-oppi. Joukko-oppi. Joukko-oppi: Mitä opimme? Joukko-opin peruskäsitteet

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

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

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

Lisää Diskreettejä jakaumia Lisää Jatkuvia jakaumia Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Joukko-oppi. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Klassinen todennäköisyys ja kombinatoriikka. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

031021P Tilastomatematiikka (5 op)

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Liite 1: Joukko-oppi

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

1. Matkalla todennäköisyyteen

D ( ) Var( ) ( ) E( ) [E( )]

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt. Klassinen todennäköisyys ja kombinatoriikka

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Todennäköisyys ja sen määritteleminen. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat

30A02000 Tilastotieteen perusteet

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

A = B. jos ja vain jos. x A x B

Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat Kertymäfunktio

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Johdatus tilastotieteeseen Estimointi. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta

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

Ilkka Mellin Tilastolliset menetelmät Osa 2: Otokset, otosjakaumat ja estimointi Estimointi

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

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Kurssin puoliväli ja osan 2 teemat

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat

031021P Tilastomatematiikka (5 op)

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

Estimointi. Estimointi. Estimointi: Mitä opimme? 2/4. Estimointi: Mitä opimme? 1/4. Estimointi: Mitä opimme? 3/4. Estimointi: Mitä opimme?

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 7

Testit laatueroasteikollisille muuttujille

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

Ilkka Mellin (2008) 1/5

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

Johdatus tilastotieteeseen Testit laatueroasteikollisille muuttujille. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

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

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

Olkoon seuraavaksi G 2 sellainen tasan n solmua sisältävä suunnattu verkko,

3. laskuharjoituskierros, vko 6, ratkaisut

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

Johdatus tilastotieteeseen Testit suhdeasteikollisille muuttujille. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

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

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

Osa 2: Otokset, otosjakaumat ja estimointi

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Testejä suhdeasteikollisille muuttujille

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

1. Matkalla todennäköisyyteen (kertausta TN I)

Todennäköisyys. Antoine Gombaud, eli chevalier de Méré?.? Kirjailija ja matemaatikko

Transkriptio:

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1 Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit iite: Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 2 Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit: Mitä opimme? Verkkoteoria on hyödyllinen sovelletun matematiikan osa-alue, jolla on sovelluksia esimerkiksi logiikassa, operaatiotutkimuksessa, peli- ja päätösteoriassa sekä todennäköisyyslaskennassa. Tässä liitteessä tarkastelemme miten puumaisia verkkoja voidaan käyttää todennäköisyyslaskennan laskusääntöjen havainnollistamiseen. Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit: Esitiedot Esitiedot: ks. seuraavia lukuja: Todennäköisyyslaskennan peruskäsitteet Todennäköisyyslaskennan peruslaskusäännöt Kokonaistodennäköisyys ja ayesin kaava iite: Verkot TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 3 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 4 Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit >> vainsanat lkutila Juuri oppupiste opputila Piste Puu Puudiagrammi Puutodennäköisyys Reitti Särmä Tapahtumajono Tapahtumavaihtoehto Tulosääntö puutodennäköisyyksille Verkko Verkkodiagrammi Yhteenlaskusääntö puutodennäköisyyksille TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 5 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 6

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 7 Puudiagrammien käyttö todennäköisyyslaskennassa Periaatteessa jokainen alkeistodennäköisyyslaskennan tehtävä voidaan ratkaista käyttämällä apuna ns. puudiagrammeja. Tällöin tehtävään liittyvä satunnaisilmiö on ensin osattava kuvata puudiagrammilla. Jos tehtävän satunnaisilmiötä osataan kuvata puudiagrammilla, tehtävän ratkaisemisessa tarvittavat puutodennäköisyydet saadaan määrätyksi käyttämällä kahta yksinkertaista laskusääntöä, tulosääntöä ja yhteenlaskusääntöä. Puudiagrammin konstruointi 1/2 Satunnaisilmiö voidaan kuvata puudiagrammilla, jos ilmiö osataan esittää seuraavassa muodossa: (i) Ilmiöllä on yksi alkutila ja yksi tai useampia lopputiloja. (ii) Ilmiö koostuu vaihtoehtoisista tapahtumajonoista. (iii) Tapahtumajonoissa edetään vaiheittain tapahtumasta toiseen lähtien ilmiön alkutilasta ja päätyen johonkin ilmiön lopputiloista. (iv) Jokaisessa vaiheessa kohdataan yksi tai useampia tapahtumavaihtoehtoja, joista yksi realisoituu ja johtaa uusin tapahtumavaihtoehtoihin. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 8 Puudiagrammin konstruointi 2/2 Puudiagrammin konstruointi: Esimerkki 1/3 Satunnaisilmiötä vastaavan puudiagrammin konstruointi: (i) setetaan puun juuri vastaamaan ilmiön alkutilaa. (ii) setetaan puun loppupisteet ( oksien kärjet ) vastaamaan ilmiön lopputiloja. (iii) setetaan puun pisteet ( oksien haarautumiskohdat ) vastaamaan ilmiön tapahtumia. (iv) Viedään puun jokaisesta pisteestä särmä ( oksa ) kaikkiin sellaisiin pisteisiin, joita vastaavat tapahtumavaihtoehdot ovat ilmiön siinä vaiheessa mahdollisia. (v) iitetään jokaiseen pisteestä lähtevään särmään siinä vaiheessa mahdollisten tapahtumavaihtoehtojen todennäköisyydet. Puudiagrammin konstruointia voidaan havainnollistaa viereisellä kaaviolla. Tarkastellaan satunnaisilmiötä vaiheessa, jossa tapahtuma on sattunut. Olkoot :n sattumisen jälkeen mahdolliset tapahtumavaihtoehdot i, i = 1, 2,, m 1 k m TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 9 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 10 Puudiagrammin konstruointi: Esimerkki 2/3 Puudiagrammin konstruointi: Esimerkki 3/3 Viedään pisteestä särmä jokaiseen pisteistä i, i = 1, 2,, m iitetään jokaiseen särmään (, i ), i = 1, 2,, m ehdollinen todennäköisyys pi = Pr( i ) jossa p 1 p k on tapahtumajono, 1 k joka on tuonut pisteeseen. p m m Koska :n sattumisen jälkeen ei ole muita mahdollisia tapahtumavaihtoehtoja kuin i, i = 1, 2,, m, pitää todennäköisyyksien p i, i = 1, 2,, m toteuttaa ehto m m p = Pr( ) = 1 i i= 1 i= 1 i 1 p 1 k p k p m m TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 11 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 12

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 13 Puudiagrammin konstruointi: Kommentteja Puudiagrammi piirretään tavallisesti joko niin, että sen alkupiste on ylhäällä ja loppupisteet ovat alhaalla tai niin, että sen alkupiste on vasemmalla ja loppupisteet ovat oikealla. Useat puun pisteet voivat vastata samaa tapahtumaa. Mistä tahansa puun pisteestä lähtevien särmien todennäköisyyksien summa on 1. Puutodennäköisyydellä tarkoitetaan todennäköisyyttä päästä puun alkupisteestä yhden tai useamman muun puun pisteen määräämään yhdistettyyn tapahtumaan. Pisteen todennäköisyys saadaan määräämällä alkupisteestä ko. pisteeseen vievän reitin todennäköisyys. Reitin todennäköisyys saadaan soveltamalla reittiin kuuluvien särmien todennäköisyyksiin tulosääntöä. Usean pisteen määräämän yhdistetyn tapahtuman todennäköisyys saadaan soveltamalla ko. pisteisiin vievien reittien todennäköisyyksiin yhteenlaskusääntöä. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 14 : Tulosääntö 1/4 Reitin todennäköisyys saadaan määräämällä reittiin kuuluvien särmien todennäköisyyksien tulo. Sääntöä kutsutaan tulosäännöksi. Tulosäännön perustelu: (1) Reitti on tapahtumajono, jonka muodostavat reitin pisteet. (2) Reitin muodostava tapahtumajono sattuu, jos jokainen jonon tapahtumista sattuu. (3) Todennäköisyyslaskennan yleisen tulosäännön mukaan reitin todennäköisyys saadaan määräämällä reittiin kuuluvien särmien todennäköisyyksien tulo. : Tulosääntö 2/4 Olkoon, 1, 2, 3,, k yksi niistä vaihtoehtoisista tapahtumajonoista, joista satunnaisilmiö muodostuu. Tällöin parit (, 1 ), ( 1, 2 ), ( 2, 3 ),, ( k 1, k ) muodostavat satunnaisilmiön alkutilasta satunnaisilmiön (loppu-) tilaan k vievän reitin särmät. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 15 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 16 : Tulosääntö 3/4 iitetään reitin (, 1 ), ( 1, 2 ), ( 2, 3 ),, ( k 1, k ) särmiin todennäköisyydet seuraavalla tavalla: (, 1 ) Pr( 1 ) = p 1 ( 1, 2 ) Pr( 2 1 ) = p 2 ( 2, 3 ) Pr( 3 1 2 ) = p 3 ( k 1, k ) Pr( k 1 2 3 k 1 ) = p k : Tulosääntö 4/4 Reitin (, 1 ), ( 1, 2 ), ( 2, 3 ),, ( k 1, k ) todennäköisyys on yleisen tulosäännön nojalla: Pr( 1 2 3 k ) = Pr( 1 ) Pr( 2 1 ) Pr( 3 1 2 ) Pr( k 1 2 3 k 1 ) = p 1 p 2 p 3 p k TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 17 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 18

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 19 : Tulosäännön havainnollistus Puutodennäköisyyksien tulosääntöä voidaan havainnollistaa viereisellä puudiagrammilla. Reitin k todennäköisyys on tulosäännön mukaan Pr(Reitti k) = p 1 p 2 p 3 p k p 1 p 1 2 2 p 3 3 p k 1 k k Reitti k : Yhteenlaskusääntö 1/2 Jos useita (loppu-) tiloja yhdistetään yhdeksi tapahtumaksi, näin saadun yhdistetyn tapahtuman todennäköisyys saadaan määräämällä ko. tiloihin vievien reittien todennäköisyyksien summa. Sääntöä kutsutaan yhteenlaskusäännöksi. Yhteenlaskusäännön perustelu: (1) Puun eri pisteisiin vievät reitit ovat toisensa poissulkevia. (2) Toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännön mukaan useista (loppu-) pisteistä yhdistämällä saatavan tapahtuman todennäköisyys saadaan määräämällä ko. pisteisiin vievien reittien todennäköisyyksien summa. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 20 : Yhteenlaskusääntö 2/2 : Yhteenlaskusäännön havainnollistus Yhdistetään satunnaisilmiön (loppu-) tilat 1, 2,, k yhdeksi tapahtumaksi C = 1 2 k Olkoot tiloja 1, 2,, k vastaavat reitit Reitti 1, Reitti 2,, Reitti k Koska puun eri pisteisiin vievät reitit ovat toisensa poissulkevia, tapahtuman C todennäköisyys on toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännön nojalla: Pr(C) = Pr(Reitti 1 tai Reitti 2 tai tai Reitti k) = Pr(Reitti 1) + Pr(Reitti 2) + + Pr(Reitti k) Puutodennäköisyyksien yhteenlaskusääntöä voidaan havainnollistaa viereisellä puudiagrammilla: Pr(C) = Pr(Reitti 1) + Pr(Reitti 2) + Pr(Reitti k)... 1 2 k Reitti: 1 2... k C TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 21 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 22 Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit Todennäköisyyslaskennan laskusääntöjen havainnollistaminen >> vainsanat Puudiagrammi Puutodennäköisyyksien tulosääntö Puutodennäköisyyksien yhteenlaskusääntö Todennäköisyyslaskennan laskusäännöt erotustapahtuman todennäköisyys kokonaistodennäköisyyden kaava komplementtitapahtuman todennäköisyys tulosääntö riippumattomille tapahtumille yhteenlaskusääntö toisensa poissulkeville tapahtumille yleinen tulosääntö yleinen yhteenlaskusääntö TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 23 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 24

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 25 Todennäköisyyslaskennan laskusääntöjen havainnollistaminen puudiagrammilla Komplementtitapahtuman todennäköisyys 1/2 Tarkastellaan seuraavien todennäköisyyslaskennan laskusääntöjen havainnollistamista puudiagrammilla: (i) Komplementtitapahtuman todennäköisyys. (ii) Yleinen tulosääntö ja tulosääntö riippumattomille tapahtumille. (iii) Yleinen yhteenlaskusääntö ja yhteenlaskusääntö toisensa poissulkeville tapahtumille. (iv) Erotustapahtuman todennäköisyys. (v) Kokonaistodennäköisyyden kaava. Puun juurta eli alkupistettä on merkitty diagrammeissa kirjaimella ( satunnaisilmiön lähtötila). Olkoon S jokin otosavaruuden S tapahtuma. Olkoon tapahtuman komplementtitapahtuma c = eisatu Tällöin c = S, c = Pr() + Pr( c ) = Pr(S) = 1 viereisellä Venndiagrammilla. c S TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 26 Komplementtitapahtuman todennäköisyys 2/2 Yleinen tulosääntö 1/2 myös viereisellä puudiagrammilla. Yhdistetyn tapahtuman c = S todennäköisyys on yhteenlaskusäännön nojalla Pr(S) = Pr() + Pr( c ) = 1 Pr() Pr( c ) c Olkoot S ja S otosavaruuden S tapahtumia. Yleisen tulosäännön mukaan Pr( ) = Pr()Pr( ) viereisellä Venndiagrammilla. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 27 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 28 Yleinen tulosääntö 2/2 Tulosääntö riippumattomille tapahtumille myös viereisellä puudiagrammilla. Yhdistetyn tapahtuman = jasattuu todennäköisyys on tulosäännön nojalla Pr( ) = Pr()Pr( ) Pr() Pr( ) Olkoot S ja S otosavaruuden S riippumattomia tapahtumia. Koska tällöin Pr( )= Pr() yhdistetyn tapahtuman = jasattuu todennäköisyys on tulosäännön nojalla Pr( ) = Pr()Pr() Pr() Pr() TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 29 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 30

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 31 Yleinen yhteenlaskusääntö 1/8 Yleinen yhteenlaskusääntö 2/8 Olkoot S ja S otosavaruuden S tapahtumia. Yleisen yhteenlaskusäännön mukaan Pr( ) = Pr() + Pr() Pr( ) viereisellä Venndiagrammilla. Yleisen yhteenlaskusäännön todistus voidaan perustaa siihen, että joukot \ = c \ = c muodostavat joukon osituksen, sekä yhtälöihin (\) ( ) = (\) ( ) = (\) ( ) = (\) ( ) = TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 32 Yleinen yhteenlaskusääntö 3/8 Yleinen yhteenlaskusääntö 4/8 Toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännön nojalla Pr()= Pr(\) + Pr( ) Pr() = Pr(\) + Pr( ) Edellisen kalvon yhtälöiden ja toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännön nojalla Pr( ) = Pr(\) + Pr(\) + Pr( ) = Pr(\) + Pr( ) + Pr(\) + Pr( ) Pr( ) = Pr() + Pr() Pr( ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 33 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 34 Yleinen yhteenlaskusääntö 5/8 Yleinen yhteenlaskusääntö 6/8 Yleistä yhteenlaskusääntöä voidaan havainnollistaa myös viereisellä puudiagrammilla. Yhdistettyä tapahtumaa = taisattuu vastaa reitit 1, 2 ja 3 yhdistämällä saatava tapahtuma, koska niissä sattuu tai sattuu tai molemmat sattuvat. Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) Reittien 1, 2 ja 3 todennäköisyyksiksi saadaan tulosääntöä soveltamalla: Pr(Reitti 1) = Pr()Pr( ) Pr(Reitti 2) = Pr()Pr( c ) Pr(Reitti 3) = Pr( c )Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 35 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 36

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 37 Yleinen yhteenlaskusääntö 7/8 Yleinen yhteenlaskusääntö 8/8 Soveltamalla yhteenlaskusääntöä saadaan: Pr( ) = Pr(Reitti 1 tai Reitti 2 tai Reitti 3) = Pr()Pr( ) + Pr()Pr( c ) + Pr( c )Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) Ehdollisen todennäköisyyden määritelmästä ja kalvon 3/8 kaavoista seuraa: Pr( ) = Pr()Pr( ) + Pr()Pr( c ) + Pr( c )Pr( c ) = Pr( ) + Pr( c ) + Pr( c ) = Pr() + Pr() Pr( ) Pr( ) Pr() Pr( c ) c c Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) c TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 38 tapahtumille 1/6 tapahtumille 2/6 Olkoot S ja S otosavaruuden S toisensa poissulkevia tapahtumia. Tällöin = ja Pr( ) = 0 Siten Pr( ) = Pr() + Pr() viereisellä Venndiagrammilla. S Toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusääntöä voidaan havainnollistaa myös viereisellä puudiagrammilla. Yhdistettyä tapahtumaa = taisattuu vastaa reitit 2 ja 3 yhdistämällä saatava tapahtuma, koska niissä sattuu tai sattuu, mutta eivät molemmat. Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 39 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 40 tapahtumille 3/6 tapahtumille 4/6 Reittien 2 ja 3 todennäköisyyksiksi saadaan tulosääntöä soveltamalla: Pr(Reitti 2) = Pr()Pr( c ) Pr(Reitti 3) = Pr( c )Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) Soveltamalla yhteenlaskusääntöä saadaan: Pr( ) = Pr(Reitti 2 tai Reitti 3) = Pr()Pr( c ) + Pr( c )Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 41 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 42

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 43 tapahtumille 5/6 tapahtumille 6/6 Koska ja ovat toisensa poissulkevia tapahtumia, ehdollisen todennäköisyyden määritelmästä ja aikaisemmin esitetyistä kaavoista seuraa: Pr( ) = Pr()Pr( c ) + Pr( c )Pr( c ) = Pr( c ) + Pr( c ) = Pr() + Pr() Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) Koska ja ovat toisensa poissulkevia, Pr( ) = 0 Siten Pr( ) = Pr( )/Pr() = 0 Reitin 1 todennäköisyydeksi saadaan siis Pr(Reitti 1) = Pr()Pr( ) = 0 kuten pitääkin. Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 44 Erotustapahtuman todennäköisyys 1/4 Erotustapahtuman todennäköisyys 2/4 Olkoot S ja S otosavaruuden S tapahtumia. Erotustapahtuman \ = c todennäköisyys on Pr(\) = Pr( c ) = Pr() Pr( ) viereisellä Venndiagrammilla. myös viereisellä puudiagrammilla. Erotustapahtumaa \ = sattuu, mutta ei vastaa reitti 2. Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 45 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 46 Erotustapahtuman todennäköisyys 3/4 Erotustapahtuman todennäköisyys 4/4 Reitin 2 todennäköisyys on tulosäännön ja ehdollisen todennäköisyyden määritelmän perusteella Pr()Pr( c ) = Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) c c Koska ( c ) ( ) = ( c ) ( ) = saadaan Pr() = Pr( c ) + Pr( ) Siten Pr(\) = Pr( c ) = Pr()Pr( c ) = Pr() Pr( ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 47 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 48

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 49 Kokonaistodennäköisyyden kaava 1/7 Kokonaistodennäköisyyden kaava 2/7 Olkoot S ja S otosavaruuden S tapahtumia. Olkoot lisäksi joukko ja sen komplementti c epätyhjiä. Kokonaistodennäköisyyden kaavan mukaan: Pr() = Pr()Pr( ) + Pr( c )Pr( c ) Kaava on hyödyllinen tilanteessa, jossa todennäköisyys Pr() ja ehdolliset todennäköisyydet Pr( ) ja Pr( c ) tunnetaan. Kokonaistodennäköisyyden kaavan todistus perustuu siihen, että tapahtuma ja sen komplementtitapahtuma c muodostavat otosavaruuden S osituksen: (i) ja c (ii) c = (iii) S = c Otosavaruuden S ositus {, c } indusoi osituksen {, c } tapahtumaan : (i) tai c (ii) ( ) ( c ) = (iii) = ( ) ( c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 50 Kokonaistodennäköisyyden kaava 3/7 Kokonaistodennäköisyyden kaava 4/7 Toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännön mukaan: Pr() = Pr( ) + Pr( c ) (1) Yleisen tulosäännön mukaan: Pr( ) = Pr()Pr( ) (2) Pr( c )= Pr( c )Pr( c ) (3) Sijoittamalla lausekkeet (2) ja (3) kaavaan (1) saadaan kokonaistodennäköisyyden kaava Pr() = Pr()Pr( ) + Pr( c )Pr( c ) Kaavaa voidaan havainnollistaa seuraavan kalvon Venndiagrammilla. c c S TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 51 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 52 Kokonaistodennäköisyyden kaava 5/7 Kokonaistodennäköisyyden kaava 6/7 Kokonaistodennäköisyyden kaavaa voidaan havainnollistaa myös viereisellä puudiagrammilla. Tapahtumaa = sattuu vastaa reitit 1 ja 3 yhdistämällä saatava tapahtuma. Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) Reittien 1 ja 3 todennäköisyyksiksi saadaan tulosääntöä soveltamalla: Pr(Reitti 1) = Pr()Pr( ) Pr(Reitti 3) = Pr( c )Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c ) TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 53 TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 54

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 55 Kokonaistodennäköisyyden kaava 7/7 Soveltamalla yhteenlaskusääntöä saadaan: Pr() = Pr(Reitti 1 tai Reitti 3) = Pr()Pr( ) + Pr( c )Pr( c ) Pr() Pr( c ) c Pr( ) Pr( c ) Pr( c ) Pr( c c )