Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Heliövaara 1

5. laskuharjoituskierros, vko 8, ratkaisut

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Jatkuvia jakaumia

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Harjoitus 2: Matlab - Statistical Toolbox

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Lisää Diskreettejä jakaumia Lisää Jatkuvia jakaumia Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

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

ABHELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat Kertymäfunktio

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

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

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

D ( ) E( ) E( ) 2.917

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

4. laskuharjoituskierros, vko 7, ratkaisut

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Käytetään satunnaismuuttujaa samoin kuin tilastotieteen puolella:

Todennäköisyyden ominaisuuksia

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Suotuisien tapahtumien lukumäärä Kaikki alkeistapahtumien lukumäärä

Tilastomatematiikka Kevät 2008

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

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 3

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Luennot, osa I

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Luennot, osa I

Jatkuvat satunnaismuuttujat

Todennäköisyysjakaumia

Poisson-prosessien ominaisuuksia ja esimerkkilaskuja

30A02000 Tilastotieteen perusteet

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

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

Väliestimointi (jatkoa) Heliövaara 1

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

Tilastollinen testaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

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

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

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

Satunnaislukujen generointi

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikot 5 6

5 Tärkeitä yksiulotteisia jakaumia

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Luennot, osa II

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Estimointi. Vilkkumaa / Kuusinen 1

Tilastotieteen kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

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

Diskreetin satunnaismuuttujan odotusarvo, keskihajonta ja varianssi

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Luennot, osa I

Ilkka Mellin (2008) 1/5

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

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

4. Todennäköisyyslaskennan kertausta

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1A

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Satunnaismuuttujien summa ja keskiarvo

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

6. laskuharjoitusten vastaukset (viikot 10 11)

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

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

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

Generointi yksinkertaisista diskreeteistä jakaumista

3. laskuharjoituskierros, vko 6, ratkaisut

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

Tilastollinen aineisto Luottamusväli

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Lisätehtäviä ratkaisuineen luentomonisteen lukuihin 2-4 liittyen

Teema 7: Todennäköisyyksien laskentaa

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku 5. harjoitukset/ratkaisut. Jatkuvat jakaumat

tilastotieteen kertaus

Osa 2: Otokset, otosjakaumat ja estimointi

dx=5&uilang=fi&lang=fi&lvv=2014

Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Esimerkkikokoelma 3

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Tilastotieteen kertaus. Kuusinen/Heliövaara 1

Kertausluento. Tilastollinen päättely II - 2. kurssikoe

Transkriptio:

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B Antti Rasila 28. syyskuuta 2007 Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 1 / 20

1 Jatkoa diskreeteille jakaumille Negatiivinen binomijakauma Poisson-jakauma Diskreettien jakaumien yhteenveto 2 Jatkuvat jakaumat Jatkuva tasainen jakauma Eksponenttijakauma Normaalijakauma Normaalijakauman standardointi ja todennäköisyydet Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 2 / 20

Negatiivinen binomijakauma X Negbin(r, p) Negatiivinen binomijakauma on geometrisen jakauman yleistys. Toistetaan koetta niin monta kertaa, kunnes tapahtuma A on sattunut r kertaa. Geometrinen jakauma on siis negatiivinen binomijakauma parametrilla r = 1. Pistetodennäköisyysfunktio: ( ) k 1 Pr(X = k) = (1 p) k r p r, k = r, r + 1, r + 2,... r 1 Odotusarvo ja varianssi: E(X ) = r p, D2 (X ) = r(1 p) p 2. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 3 / 20

Poisson-jakauma X Poisson(λ) Kun tapahtuma A esiintyy keskimäärin λ kertaa aikayksikössä, on A:n esiintymiskertojen lukumäärä aikayksikössä Poisson-jakautunut parametrina λ. Esimerkiksi jonoon saapuvien ruokailijoiden määrä puolen tunnin aikana. Pistetodennäköisyysfunktio: f (x) = Pr(X = x) = e λ λ x, x = 0, 1, 2,.... x! Odotusarvo ja varianssi: E(X ) = D 2 (X ) = λ. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 4 / 20

Poisson-jakauma Poisson(2) Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 5 / 20

Poisson-jakauma Poisson(10) Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 6 / 20

Esimerkki (Laininen) 1/2 ENIAC tietokoneen (1946) rakentamisessa oli käytetty n. 18 000 radioputkea. Oletetaan, että yksi radioputki rikkoutui keskimäärin joka kymmenes tunti. Olkoon satunnaismuuttuja X kahdessakymmenessä tunnissa rikkoutuneiden radioputkien määrä. Kuinka X jakautuu? Vikaantumisten lukumäärän mallintamisessa voidaan käyttää Poissonin jakaumaa. Kymmenessä tunnissa palaneiden putkien lukumäärän malliksi sopii Poisson(λ), missä λ = 1 on rikkoutuneiden putkien määrän odotusarvo kymmenessä tunnissa. Kahdessakymmenessä tunnissa palaa keskimäärin kaksi putkea, joten X :n jakauma on Poisson(λ), missä λ = E(X ) = 2. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 7 / 20

Esimerkki (Laininen) 1/2 Jos kone menee toimintakyvyttömäksi kolmen tai useamman putken rikkouduttua, kuinka todennäköistä on, että 20 tuntia kestävä laskutoimitus saadaan laskettua loppuun? Laskutoimitus saadaan lasketuksi loppuun, jos enintaan 2 putkea on palanut. Siis todennäköisyys on Pr(X 2) = 2 x=0 2 x x! e 2 0.677. Numeerinen arvo saadaan taulukosta tai tietokoneella. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 8 / 20

Esimerkki (Milton-Arnold) Terveellä ihmisellä on 6000 valkosolua kuutiomillimetrissä verta. Valkosolujen puuttumisen havaitsemiseksi tehdään mittaus verikokeesta, jossa on 0.001 kuutiomillimetriä verta. Mikä on todennäköisyys sille, että terveen ihmisen tapauksessa kokeessa löytyy enintään 2 valkosolua? Valkosolujen esiintymiskertojen määrää voidaan tarkastella Poisson-jakautuneena satunnaismuuttujana. Tässä aikayksikkö on pisara verta. Koska yhdessä kuutiomillimetrissä esiintyy keskimäärin 6000 valkosolua, saadaan parametriksi λ = 6000 0.001 = 6. Todennäköisyys Pr(X 2) on siis 2 f (x) = x=0 2 e 6 6 x 0.062 x! Numeerinen arvo saadaan jälleen taulukosta tai tietokoneella. 0 Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 9 / 20

Diskreettien jakaumien yhteenveto Jakauma Toistot Otantamenetelmä n(suotuisat) Bernoulli 1 (tiedossa etukäteen) x (0 tai 1) Binomi n (tiedossa etukäteen) yksi kerrallaan takaisinpanolla x Geom. 1 - (ei tiedossa yksi kerrallaan 1 (tiedossa etukäteen) etukäteen) Neg.Bin. r - (ei tiedossa yksi kerrallaan r (tiedossa etukäteen) etukäteen) Hyp.Geom. n (tiedossa etukäteen) kertaotos ilman takaisin panoa x Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 10 / 20

Jatkuva tasainen jakauma X Uniform(a, b) tai X Tas(a, b) Jakauma kuvaa tietyllä välillä tasaisesti jakautunutta jatkuvaa suuretta. Esimerkiksi onnenpyörän viisarin kulma lähtötilanteen suhteen. Tiheysfunktio: Odotusarvo: Varianssi: f (x) = 1 b a, E(X ) = a + b 2 D 2 (X ) = a x b (b a)2 12 Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 11 / 20

Eksponenttijakauma X Exp(λ) Tapahtuma A tapahtuu keskimäärin λ kertaa tunnissa. Hetki jolloin tapahtuma A tapahtuu seuraavan kerran on eksponenttijakautunut parametrina λ. Esimerkiksi hetki, jolloin seuraava asiakas saapuu ruokalan jonoon. Tiheysfunktio: Odotusarvo: Varianssi: f (x) = λe λx E(X ) = 1 λ D 2 (X ) = 1 λ 2 Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 12 / 20

Normaalijakauma Normaalijakauma esiintyy monien ilmiöiden yhteydessä luonnossa ja tekniikassa. Esimerkiksi suomalaisten jalan kokoa ja fysikaalisen mittauksen mittausvirhettä voidaan pitää normaalijakautuneina. Tiheysfunktio: Odotusarvo ja varianssi: f (x) = 1 1 ( x µ σ 2π e 2 σ ) 2 E(X ) = µ D 2 (X ) = σ 2 Saadaanko normaalijakaumalle kertymäfunktio? Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 13 / 20

Normaalijakauman tiheysfunktio Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 14 / 20

Normaalijakauman standardointi 1/2 Olkoon X N(µ, σ 2 ). Tällöin standardoitu muuttuja Z = X µ σ N(0, 1) Operaatiota kutsutaan standardoinniksi ja jakaumaa N(0, 1) standardoiduksi normaalijakaumaksi. Z:n kertymäfunktio Φ(z) saadaan integraalina Φ(z) = Pr(Z z) = 1 2π z e 1 2 u2 du. Kertymäfunktion arvoja voidaan laskea tietokoneella ja niitä löytyy myös taulukkokirjoista. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 15 / 20

Normaalijakauman standardointi 2/2 Jakauman symmetrisyyden johdosta pätee Φ(z) = 1 Φ( z). Jos X N(µ, σ 2 ), ja a < b, niin Pr(a X b) saadaan standardoidun normaalijakauman avulla seuraavasti: eli Pr(a X b) = Pr(a µ X µ b µ) ( a µ = Pr Z b µ ) σ σ ( b µ ) Pr(a X b) = Φ Φ σ ( a µ σ ). Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 16 / 20

Normaalijakauman kertymäfunktio (approksimaatio tietokoneella) Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 17 / 20

Esimerkki (68-95-99.7 -sääntö) Soveltamalla kaavaa nähdään, että Pr(µ σ X µ + σ) = Pr( 1 Z 1) = 0.6827, Pr(µ 2σ X µ + 2σ) = Pr( 2 Z 2) = 0.9545, Pr(µ 3σ X µ + 3σ) = Pr( 3 Z 3) = 0.9973. Siis normaalijakautuneen suureen X arvoista noin 68% on välillä µ ± σ, välillä µ ± 2σ noin 95% ja noin 99.7% välillä µ ± 3σ. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 18 / 20

Esimerkki (Milton-Arnold) 1/2 Merkitään X :ällä säteilyannosta, joka ihmisen on saatava kuollakseen altistukseen. Oletetaan, että X on normaalijakautunut parametreilla µ = 500 röntgeniä ja σ = 150 röntgeniä. Kuinka paljon säteilyä on tarvitaan, jotta vain 5% altistuneista jäisi henkiin? Tämän selvittämiseksi on löydettävä piste x 0, jolle Pr(X x 0 ) = 0.05. Standardoimalla saadaan ( X 500 Pr(X x 0 ) = Pr 150 x 0 500 ) ( = Pr 150 Z x 0 500 150 ) = 0.05. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 19 / 20

Esimerkki (Milton-Arnold) 2/2 Siis (x 0 500)/150 on piste, jossa standardoidun normaalijakauman tiheysfunktion alle jäävästä pinta-alasta 95% on pisteen vasemmalla ja 5 % oikealla puolella. Katsotaan taulukosta, mikä on z, kun Φ(z) = 0.95. Numeeriseksi arvoksi saadaan noin 1.645 (valitaan arvo kahden taulukosta löytyvän arvon puolivälistä). Ratkaistaan lopuksi yhtälö x 0 500 150 = 1.645. Saadaan x 0 = 150 1.645 + 500 = 746.75 röntgeniä. Antti Rasila () TodB 28. syyskuuta 2007 20 / 20