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

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

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

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

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

Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat Kertymäfunktio

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

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

Harjoitus 2: Matlab - Statistical Toolbox

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt. Todennäköisyyden aksioomat

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

Lisää Diskreettejä jakaumia Lisää Jatkuvia jakaumia Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

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 aksioomat. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Heliövaara 1

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

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Jakaumien tunnusluvut. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Jatkuvia jakaumia

Liite 2: Verkot ja todennäköisyyslaskenta. Todennäköisyyslaskenta ja puudiagrammit

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

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

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

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

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

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

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

3. laskuharjoituskierros, vko 6, ratkaisut

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja jakaumat

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

Osa 2: Otokset, otosjakaumat ja estimointi

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

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

Tilastollinen päättely. 5. Väliestimointi Johdanto Luottamusvälien konstruointi Luottamusvälien vertailu

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat

30A02000 Tilastotieteen perusteet

Miten voidaan arvioida virheellisten komponenttien osuutta tuotannossa? Miten voidaan arvioida valmistajan kynttilöiden keskimääräistä palamisaikaa?

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

Käytetään satunnaismuuttujaa samoin kuin tilastotieteen puolella:

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Varma tapahtuma, Yhdiste, Yhdistetty tapahtuma, Yhteenlaskusääntö

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

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

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

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

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

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

TODENNÄKÖISYYSLASKUN KERTAUS Peruskäsitteitä

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 2

Teema 7: Todennäköisyyksien laskentaa

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

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

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

Jatkuvat satunnaismuuttujat

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

Ilkka Mellin (2008) 1/5

Luento KERTAUSTA Kaksiulotteinen jakauma Pisteparvi, Toyota Avensis -farmariautoja

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

Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Esimerkkikokoelma 3

Todennäköisyyslaskenta

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

Osa 1: Todennäköisyys ja sen laskusäännöt. Todennäköisyyden peruslaskusäännöt

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

1 Määrittelyjä ja aputuloksia

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

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE

1 sup- ja inf-esimerkkejä

OPETUSSUUNNITELMALOMAKE

14 Jatkuva jakauma. Käsitellään kuitenkin ennen täsmällisiä määritelmiä johdatteleva

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Talousmatematiikan perusteet: Luento 17. Integraalin sovelluksia kassavirta-analyysissa Integraalin sovelluksia todennäköisyyslaskennassa

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

Testit laatueroasteikollisille muuttujille

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

x = π 3 + nπ, x + 1 f (x) = 2x (x + 1) x2 1 (x + 1) 2 = 2x2 + 2x x 2 = x2 + 2x f ( 3) = ( 3)2 + 2 ( 3) ( 3) = = 21 tosi

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Transkriptio:

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

Kertymäfunktio >> Kertymäfunktio: Määritelmä Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 2

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion määritelmä Olkoon ξ satunnaismuuttuja. Satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio F on reaaliarvoinen funktio F( x) = Pr( ξ x) TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 3

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion määritelmä: Kommentteja 1/2 Satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktion F määritelmässä on F( x) = Pr( ξ x) ξ = satunnaismuuttuja x = reaaliluku, kertymäfunktion F argumentti Kertymäfunktion F arvo pisteessä x on todennäköisyys sille, että satunnaismuuttuja ξ saa arvoja, jotka ovat x. Piste x erottaa vasemmalle puolelleen todennäköisyysmassan, jonka koko on Pr(ξ x) = F(x) TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 4

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion määritelmä: Kommentteja 2/2 Satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio F( x) = Pr( ξ x) kuvaa satunnaismuuttujan ξ todennäköisyysmassan kertymistä, kun kertymäfunktion argumentti x kasvaa. Satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio määrää kaikkien ko. satunnaisilmiöön liittyvien tapahtumien todennäköisyydet. Kertymäfunktion määritelmä sopii kaikille satunnaismuuttujille olivatpa ne diskreettejä, jatkuvia tai jotakin muuta tyyppiä. Kertymäfunktio on keskeinen työväline matemaattisessa tilastotieteessä. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 5

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktio ja tapahtumien todennäköisyydet Jos satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio F tunnetaan, kaikkien ko. satunnaisilmiöön liittyvien tapahtumien todennäköisyydet hallitaan. Tämä johtuu seuraavista seikoista: (i) Jokaista tapahtumaa vastaa jokin reaalilukujen joukon R osajoukko, joka voidaan muodostaa muotoa (, x] olevista reaaliakselin väleistä tavanomaisten joukko-opin operaatioiden avulla. (ii) Jokaisen tapahtuman todennäköisyys saadaan tyyppiä (, x] olevien reaaliakselin välien todennäköisyyksistä todennäköisyyslaskennan laskusääntöjen avulla. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 6

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuudet 1/2 [ ] Funktio F : R 0,1 on kertymäfunktio, jos ja vain jos se toteuttaa seuraavat ehdot: (1) lim F( x) = 0 x (2) lim F( x) = 1 x + (3) F on ei - vähenevä: F( x ) F( x ), jos x x 1 2 1 2 (4) F on jatkuva oikealta: lim F( x+ h) = F( x) h 0+ TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 7

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuudet 2/2 [ ] Jos funktio F : R 0,1 on kertymäfunktio, niin: (5) Pr( ξ > x) = 1 F( x) (6) Pr( a< ξ b) = F( b) F( a) TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 8

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuuksien perustelu Käytämme kertymäfunktioiden ominaisuuksien perustelussa mm. seuraavia todennäköisyyslaskennan lauseita (ks. tarkemmin lukua Todennäköisyyden aksioomat): Lause 1: Olkoon ( S, F,Pr) todennäköisyyskenttä ja A1, A2, A3, F. (i) Jos A A A, niin (ii) Pr 1 2 3 ( A ) lim Pr( ) i 1 i = An = n + Jos A A A, niin Pr 1 2 3 ( A ) lim Pr( ) i 1 i = An = n + Lause 2: Olkoon ( S, F,Pr) todennäköisyyskenttä ja A. 1, A2, A3, F Jos A1 A2 A3, niin lim Pr A = 0 n + ( ) n TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 9

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (1): Perustelu Olkoon F( x) = Pr( ξ x) satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Tällöin (1) lim x F( x) = 0 Todistus: Olkoon x 1 > x 2 > x 3 > aleneva lukujono ja lisäksi lim n + x n = Tällöin { ξ x1} { ξ x2} { ξ x3} Lauseen 2 mukaan lim F( x ) = lim Pr ξ x = 0 n + n n + ( ) n TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 10

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (2): Perustelu 1/2 Olkoon F( x) = Pr( ξ x) satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Tällöin (2) lim x + F( x) = 1 Todistus: Olkoon x 1 < x 2 < x 3 < kasvava lukujono ja lisäksi lim n + x n =+ Tällöin { ξ x1} { ξ x2} { ξ x3} ja { ξ > x} { ξ > x } { ξ > x } 1 2 3 TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 11

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (2): Perustelu 2/2 Lauseen 2 mukaan lim Pr ( ξ > xn ) = 0 n + joten lim F( x ) = lim Pr ξ n + n ( x ) ( ξ x ) = 1 lim Pr > = 1 n + n + n n TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 12

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (3): Perustelu Olkoon F( x) = Pr( ξ x) satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Tällöin (3) F( x1) F( x2), jos x1 x2 Todistus: Olkoon x 1 x 2 Tällöin { ξ x1} { ξ x2} joten F( x ) = Pr( ξ x ) Pr( ξ x ) = F( x ) 1 1 2 2 TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 13

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (4): Perustelu Olkoon F( x) = Pr( ξ x) satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Tällöin (4) lim h 0+ F( x+ h) = F( x) Todistus: Olkoon h 1 > h 2 > h 3 > aleneva lukujono ja lisäksi limn + hn = 0 Tällöin { ξ x+ h1} { ξ x+ h2} { ξ x+ h3} { ξ x} Lauseen 1 kohdan (ii) mukaan lim F( x+ h ) = lim Pr ξ x+ h = Pr( ξ x) = F( x) n + n n + ( ) n TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 14

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (5): Perustelu Olkoon F( x) = Pr( ξ x) satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Tällöin (5) Pr( ξ > x) = 1 F( x) Todistus: Komplementtitapahtuman todennäköisyyden kaavan nojalla Pr( ξ > x) = 1 Pr( ξ x) = 1 F( x) TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 15

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion ominaisuus (6): Perustelu Olkoon F( x) = Pr( ξ x) satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Tällöin (6) Pr( a< ξ b) = F( b) F( a) Todistus: Koska { ξ b} = { ξ a} { a< ξ b} ja { ξ a} { a< ξ b} = niin toisensa poissulkevien tapahtumien yhteenlaskusäännön nojalla F( b) = Pr( ξ b} = Pr( ξ a) + Pr( a< ξ b) = F( a) + Pr( a< ξ b) TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 16

Kertymäfunktio: Määritelmä Kertymäfunktion tulkinta Kertymäfunktion määritelmän F( x) = Pr( ξ x) ja kertymäfunktion ominaisuuden (3) F( x ) F( x ), jos x x 1 2 1 2 perusteella kertymäfunktiolle voidaan antaa seuraava tulkinta: Kertymäfunktio F kuvaa miten satunnaismuuttujan ξ todennäköisyysmassaa kumuloituu eli kertyy lisää, kun kertymäfunktion argumentti x kasvaa. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 17

Kertymäfunktio: Määritelmä Tilastolliset taulukot ja kertymäfunktio Tavanomaisten tilastollisessa päättelyssä käytettyjen jakaumien tilastolliset taulukot liittyvät jakaumien kertymäfunktion arvoihin. Normaalijakauman taulukoissa on tavallisesti taulukoitu todennäköisyyksiä (kertymäfunktion arvoja) Pr( ξ x) = F( x) useille argumentin x arvoille (ks. lukua Jatkuvia jakaumia). χ 2 -, F- ja t-jakaumien taulukoissa on tavallisesti taulukoitu argumentin x arvoja muutamille todennäköisyyksille Pr( ξ x) = 1 F( x) (ks. lukua Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia). TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 18

Kertymäfunktio Diskrettien ja jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Tarkastelemme seuraavassa kertymäfunktioita kahdessa erikoistapauksessa: (i) Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot (ii) Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 19

Kertymäfunktio Kertymäfunktio: Määritelmä >> Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 20

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Diskreetin jakauman kertymäfunktion määritelmä Olkoon ξ diskreetti satunnaismuuttuja ja {x 1, x 2, x 3, } sen tulosvaihtoehtojen eli arvojen joukko. Olkoon satunnaismuuttujan ξ pistetodennäköisyysfunktio f( x ) = Pr( ξ = x ) = p, i= 1,2,3, i i i Määritellään funktio F : R 0,1 kaavalla F( x) = Pr( ξ x) = f ( xi ) i x x i [ ] Tällöin F on diskreetin satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Diskreetin satunnaismuuttujan kertymäfunktio F on epäjatkuva ei-vähenevä funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 21

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Diskreetin jakauman kertymäfunktion määritelmä: Kommentteja Diskreetin jakauman kertymäfunktion F määritelmän F( x) = Pr( ξ x) = f ( xi ) i x x i mukaan kertymäfunktion F arvo pisteessä x eli todennäköisyys tapahtumalle ξ x saadaan laskemalla yhteen kaikki pistetodennäköisyydet f(x i ) = Pr(ξ = x i ) = p i joita vastaavat satunnaismuuttujan ξ arvot x i x. Kaikkien satunnaismuuttujaan ξ liittyvien tapahtumien todennäköisyydet voidaan määrätä sen kertymäfunktion avulla. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 22

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Diskreetin jakauman kertymäfunktion ja pistetodennäköisyysfunktion yhteys Olkoon ξ diskreetti satunnaismuuttuja ja {x 1, x 2, x 3, } sen tulosvaihtoehtojen eli arvojen joukko. Olkoon satunnaismuuttujan ξ pistetodennäköisyysfunktio Olkoon satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio Tällöin f( x ) = Pr( ξ = x ) = p, i= 1,2,3, i i i F( x) = Pr( ξ x) = p i x x f( x ) = Pr( ξ = x ) = p = F( x ) F( x ) i i i i i i 1 i TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 23

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 1/7 Luvun Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat kappaleen Diskreetit satunnaismuuttujat ja niiden todennäköisyysjakaumat johdattelevassa esimerkissä käsitellään viereen kuvatun onnenpyörän käyttäytymistä satunnaisilmiönä. D 15 % C 20 % E 10 % B 25 % A 30 % TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 24

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 2/7 Onnenpyörän pinta on jaettu viiteen sektoriin A, B, C, D, E Sektoreiden pinta-alojen osuudet onnenpyörän kokonaispinta-alasta on esitetty alla: Sektori % A 30 B 25 C 20 D 15 E 10 Summa 100 D 15 % C 20 % E 10 % B 25 % A 30 % TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 25

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 3/7 Esimerkissä määriteltiin diskreetti satunnaismuuttuja ξ, joka liittää tulosvaihtoehtoihin A, B, C, D, E reaaliluvut seuraavalla tavalla: A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 D 15 % C 20 % E 10 % B 25 % A 30 % TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 26

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 4/7 Diskreetin satunnaismuuttujan ξ pistetodennäköisyysfunktio f voidaan yleisesti määritellä kaavalla f( xi) = Pr( ξ = xi) = pi, i= 1,2,3, jossa {x 1, x 2, x 3, } on satunnaismuuttujan ξ saamien arvojen joukko. 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Pistetotodennäköisyysfunktio (1, p 1 ) (2, p 2 ) (3, p 3 ) (4, p 4 ) (5, p 5 ) 1 2 3 4 5 TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 27

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 5/7 Esimerkin tapauksessa satunnaismuuttujan ξ pistetodennäköisyysfunktio f voidaan määritellä seuraavasti: f(1) = Pr(ξ = 1) = 0.30 = Pr(A) f(2) = Pr(ξ = 2) = 0.25 = Pr(B) f(3) = Pr(ξ = 3) = 0.20 = Pr(C) f(4) = Pr(ξ = 4) = 0.15 = Pr(D) f(5) = Pr(ξ = 5) = 0.10 = Pr(E) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Pistetotodennäköisyysfunktio (1, p 1 ) (2, p 2 ) (3, p 3 ) (4, p 4 ) (5, p 5 ) 1 2 3 4 5 TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 28

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 6/7 Satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio on F(x) = Pr(ξ x) Diskreetin satunnaismuuttujan pistetodennäköisyys- ja kertymäfunktioiden välillä on seuraava yhteys: Pr( ξ = x ) = p = F( x ) F( x ) i i i i 1 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Kertymäfunktio p 3 p 4 p 5 p 2 p 1 0 1 2 3 4 5 6 TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 29

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Esimerkki: Onnenpyörä 7/7 Esimerkin tapauksessa satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio F voidaan määritellä alla olevan taulukon avulla. Kuva oikealla esittää esimerkin kertymäfunktion kuvaajaa. F(x) = Pr(ξ x) x < 1 0 1 x < 2 p 1 = 0.3 2 x < 3 p 1 + p 2 = 0.55 3 x < 4 p 1 + p 2 + p 3 = 0.75 4 x < 5 p 1 + p 2 + p 3 + p 4 = 0.9 5 x p 1 + p 2 + p 3 + p 4 + p 5 = 1 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Kertymäfunktio p 3 p 4 p 5 p 2 p 1 0 1 2 3 4 5 6 TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 30

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Diskreetin jakauman kertymäfunktio on porrasfunktio Diskreetin satunnaismuuttujan kertymäfunktio F on epäjatkuva ei-vähenevä funktio, jolla on epäjatkuvuuskohta eli hyppäys jokaisessa pisteessä x i, johon liittyy positiivinen todennäköisyys Pr(ξ = x i ) = p i Hyppäyksen suuruus pisteessä x i on p i. Kertymäfunktio saa vakioarvon peräkkäisten pisteiden x i 1 ja x i välissä. Diskreetin satunnaismuuttujan kertymäfunktio on siten porrasfunktio, jossa todennäköisyydet p i määräävät askelmien korkeudet ja erotukset x i x i 1 määräävät askelmien syvyydet. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 31

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Välien todennäköisyydet 1/2 Diskreetin jakauman tapauksessa välin todennäköisyys on Pr( a< ξ b) = F( b) F( a) = Pr( ξ = x ) = i x i i x i ( a, b] ( a, b] p i i ( ab, ] R TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 32

Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot Välien todennäköisyydet 2/2 Kaavan Pr( a< ξ b) = F( b) F( a) = p i x ( a, b] mukaan välin ( ab, ] R todennäköisyys voidaan määrätä kahdella tavalla: (i) Jos jakauman pistetodennäköisyysfunktio tunnetaan, välin (a, b] todennäköisyys saadaan laskemalla yhteen pistetodennäköisyydet p i, joita vastaavat x i (a, b]. (ii) Jos jakauman kertymäfunktio F tunnetaan, välin (a, b] todennäköisyys saadaan laskemalla kertymäfunktion F arvojen F(b) ja F(a) erotus. i i TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 33

Kertymäfunktio Kertymäfunktio: Määritelmä Diskreettien jakaumien kertymäfunktiot >> Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 34

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvan jakauman kertymäfunktion määritelmä Olkoon ξ jatkuva satunnaismuuttuja. Olkoon satunnaismuuttujan ξ tiheysfunktio f(x). Määritellään funktio F : R 0,1 kaavalla F( x) = Pr( ξ x) = f( t) dt x [ ] F on jatkuvan satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio. Jatkuvan satunnaismuuttujan kertymäfunktio F on jatkuva ei-vähenevä funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 35

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvan jakauman kertymäfunktion määritelmä: Kommentteja Jatkuvan jakauman kertymäfunktion F määritelmän F( x) = Pr( ξ x) = f( t) dt x mukaan kertymäfunktion F arvo pisteessä x eli todennäköisyys tapahtumalle ξ x määrätään integroimalla tiheysfunktio f välillä (, x]. Kaikkien satunnaismuuttujaan ξ liittyvien tapahtumien todennäköisyydet voidaan määrätä sen kertymäfunktion avulla. TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 36

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvan jakauman kertymäfunktion ja tiheysfunktion yhteys Olkoon ξ jatkuva satunnaismuuttuja. Olkoon satunnaismuuttujan ξ tiheysfunktio f(x). Olkoon satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio Tällöin F( x) = Pr( ξ x) = f( t) dt d f ( x) = F ( x) = F( x) dx x TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 37

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Välien todennäköisyydet 1/2 Jatkuvan jakauman tapauksessa välin todennäköisyys on Pr( a ξ b) = F( b) F( a) b = a f( x) dx ( ab, ] R TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 38

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Välien todennäköisyydet 2/2 Kaavan Pr( a ξ b) = F( b) F( a) = f( x) dx mukaan välin ( ab, ] R todennäköisyys voidaan määrätä kahdella tavalla: (i) Jos jakauman tiheysfunktio f tunnetaan, välin [a, b] todennäköisyys saadaan integroimalla tiheysfunktio välillä [a, b]. (ii) Jos jakauman kertymäfunktio F tunnetaan, välin [a, b] todennäköisyys saadaan laskemalla kertymäfunktion arvojen F(b) ja F(a) erotus. b a TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 39

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvan jakauman tiheysfunktio ja välien todennäköisyydet: Havainnollistus Olkoon f(x) jatkuvan satunnaismuuttujan ξ tiheysfunktio. Tällöin: Pr( a ξ b) = b a f( x) dx = Alueen A pinta-ala Kuva oikealla esittää normaalijakauman tiheysfunktiota (ks. lukua Jatkuvia jakaumia). Tiheysfunktio f(x) A a b TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 40

Jatkuvien jakaumien kertymäfunktiot Jatkuvan jakauman kertymäfunktio ja välien todennäköisyydet: Havainnollistus Olkoon F(x) jatkuvan satunnaismuuttujan ξ kertymäfunktio ja f(x) sen tiheysfunktio. Tällöin: Pr( a ξ b) = F( b) F( a) b = f( x) dx F(a) 0 a F(b) Kuva oikealla esittää normaalijakauman kertymäfunktiota (ks. lukua Jatkuvia jakaumia). 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 Kertymäfunktio F(x) a b TKK (c) Ilkka Mellin (2007) 41