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

Samankaltaiset tiedostot
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

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,

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)

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

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

k S P[ X µ kσ] 1 k 2.

Ilkka Mellin (2008) 1/5

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

Tilastomatematiikka Kevät 2008

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

Odotusarvo. Odotusarvon ominaisuuksia Satunnaismuuttujien ominaisuuksia 61

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

Todennäköisyyslaskun kertaus. Vilkkumaa / Kuusinen 1

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

TODENNÄKÖISYYSLASKUN KERTAUS Peruskäsitteitä

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

Johdatus tn-laskentaan torstai

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

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

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

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

Poisson-prosessien ominaisuuksia ja esimerkkilaskuja

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

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

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

Todennäköisyyslaskun kertaus. Heliövaara 1

Epäyhtälöt ovat yksi matemaatikon voimakkaimmista

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 3

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

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

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

Satunnaisluvut, satunnaisvektorit ja niiden jakaumat

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

D ( ) E( ) E( ) 2.917

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikko 7

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

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

Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Esimerkkikokoelma 3

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

4.1 Diskreetin satunnaismuuttujan odotusarvo

Diskreetin satunnaismuuttujan odotusarvo, keskihajonta ja varianssi

Satunnaismuuttujien tunnusluvut

Määritelmä 3.1 (Ehdollinen todennäköisyys) Olkoot A ja B otosavaruuden Ω tapahtumia. Jos P(A) > 0, niin tapahtuman B ehdollinen todennäköisyys

031021P Tilastomatematiikka (5 op) viikot 5 6

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja jakaumat

30A02000 Tilastotieteen perusteet

Keskihajonta ja korrelaatio

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

3. laskuharjoituskierros, vko 6, ratkaisut

Satunnaisluvut, satunnaisvektorit ja niiden jakaumat

Juuri 10 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

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

Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Moniulotteiset satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat

Johdatus tn-laskentaan perjantai

Satunnaismuuttujan odotusarvo ja laskusäännöt

Yleistä tietoa kokeesta

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

Käytetään satunnaismuuttujaa samoin kuin tilastotieteen puolella:

P(X = x T (X ) = t, θ) = p(x = x T (X ) = t) ei riipu tuntemattomasta θ:sta. Silloin uskottavuusfunktio faktorisoituu

8.1 Ehdolliset jakaumat

6. laskuharjoitusten vastaukset (viikot 10 11)

, c) x = 0 tai x = 2. = x 3. 9 = 2 3, = eli kun x = 5 tai x = 1. Näistä

Lisätehtäviä ratkaisuineen luentomonisteen lukuihin 2-4 liittyen

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

4.0.2 Kuinka hyvä ennuste on?

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät Ratkaisuehdotuksia

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

4. laskuharjoituskierros, vko 7, ratkaisut

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

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

Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1A

Yleistä tietoa kokeesta

Jatkuvat satunnaismuuttujat

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

Generointi yksinkertaisista diskreeteistä jakaumista

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

Satunnaismuuttujan odotusarvo ja laskusäännöt

MS-A0503 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

7 Kaksiulotteinen jakauma

,ܾ jaü on annettu niin voidaan hakea funktion

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Luennot, osa I

MS-A0502 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi Luennot, osa I

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

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

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

3.6 Su-estimaattorien asymptotiikka

EX1 EX 2 EX =

Transkriptio:

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Todennäköisyyslaskenta II, syksy 206 Kurssikoe 28.0.206 Ratkaisuehdotuksia. Kuusisivuista noppaa heitetään, kunnes saadaan silmäluku 5 tai 6. Olkoon X niiden heittojen lukumäärä, joilla tuli, 2, tai 4. (a) Ilmoita satunnaismuuttujan X jakauma sekä kerro sen odotusarvo. (b) Millä todennäköisyydellä X = ehdolla, että ensimmäisellä heitolla saadaan 2? Ratkaisu: (a) Huomaamme, että satunnaismuuttuja saadaan toistokokeella, jossa lasketaan epäonnistumisten lukumäärää ennen ensimmäistä onnistumista, kun onnistumisella ymmärretään silmäluvun 5 tai 6 saaminen. Eli X Geom(p), missä p on onnistumistodennäköisyys. Tässä tapauksessa p = 2 6 =. Luentojen perusteella tiedämme myös, että EX = p p = 2/ / = 2 = 2 (b) Tässä on useampia tapoja päätellä kysytty ehdollinen todennäköisyys. Eräs tapa on käyttää suoraan määritelmää. Olkoon A tapahtuma. heitolla saadaan 2 mikä voidaan ilmaista myös tapahtumana {Y = 2}, kun Y i on satunnaismuuttuja heitolla i. saatu silmäluku Tällöin kysytty ehdollinen todennäköisyys on P(X =, A) P(X = A) = P(A) Nyt {X =, A} = {Y = 2, Y 2 {, 2,, 4 }, Y {, 2,, 4 }, Y 4 { 5, 6 }} joten käyttämällä riippumattomuutta P(X =, A) = P(Y = 2)P(Y 2 {, 2,, 4 })P(Y {, 2,, 4 })P(Y 4 { 5, 6 }) Koska P(Y = 2) = P(A), niin P(X = A) = P(A)( 2 )2 P(A) = 4 = 4 27 Mutta, on muitakin tapoja, eli tämä on vain yksi ehdotus. Tärkeintä on, että jotenkin perustelee (vaikka toistokokeiden avulla) että itse asiassa P(X = A) = P(X = 2) = 4 27

2. Oletetaan, että Y U(0, ) ja määritellään X = Y +. Määrää satunnaismuuttujan X kertymäfunktio F X sekä satunnaismuuttujan X tiheysfunktio f X. Perustele lyhyesti, miksi X on jatkuvasti jakautunut. Laske lisäksi odotusarvo EX. Ratkaisu: Eräs tapa on käyttää kertymäfunktiotekniikkaa. Koska Y 0 tn:llä, niin X = Y + 0 + = tn:llä. Vastaavasti Y tn:llä, joten X = Y + + = 2 tn:llä. Siispä voimme sanoa, että F X (x) = 0, aina kun x < ja F X (x) = aina kun x 2. Voimme siis keskittyä selvittämään kertymäfunktion arvot, kun x [, 2). Suoraan määritelmän avulla F X (x) = P(X x) = P( Y + x) = P(Y + x 2 ) = P(Y x 2 ) = x 2 kun x < 2. Olemme siis saaneet selvitettyä kertymäfunktion 0, kun x < F X (x) = x 2, kun x < 2, kun x 2 Havaitsemme myös, että F X on jatkuvasti derivoituva kaikkialla paitsi mahdollisesti kohdissa x = ja x = 2, ja tämä derivaattafunktio on F X(x) 2x, kun < x < 2 = 0, kun x < tai x > 2 Tästä huomaamme, että F X ei ole derivoituva kohdassa x = eikä kohdassa x = 2, mutta F X on jatkuva näissä kohdissa. Siispä luentojen nojalla F X on jatkuvasti jakautuneen satunnaismuuttujan kertymäfunktio. Edelleen, koska tiheysfunktioksi voidaan valita kertymäfunktion derivaattafunktio niissä kohdissa missä derivaatta on olemassa, niin eräs satunnaismuuttujan X tiheysfunktiosta on 2x, kun < x < 2 f X (x) = 0, muutoin. Lopuksi voimme määrätä odotusarvon. Voimme laskea joko määritelmän avulla EX = xf X (x)dx = 2 2x 2 dx = 2 (( 2) ) = 2 (2 2 ) tai käyttää laskea EX = E Y + muunnoksen odotusarvona, jolloin EX = E Y + = y + fy (y)dy = = 2 (2/2 /2 ) = 2 (2 2 ) 0 2 y + dy = y /2 dy Toinen tapa olisi näyttää, että kuvaus g : (0, ) B, g(y) = y + on diffeomorfismi. Aivan kuten yllä, havaitsemme, että kuvajoukko B = g ( (0, ) ) = (, 2), joten pyrimme näyttämään, että g : (0, ) (, 2) on diffeomorfismi. Ensin selvitämme käänteisfunktion h(x) = y g(y) = x ratkaisemalla yhtälöä g(y) = y + = x y + = x 2 y = x 2 y = h(x) = x 2

Havaitsemme siis, että g on bijektio (0, ) (, 2) ja sen käänteisfunktion h on h(x) = x 2. Koska h (x) = 2x, on se jatkuvasti derivoituva (jopa koko R:ssä). Vastaavasti g (y) = 2 (y+) /2 mikä on jatkuva ainakin välillä (0, ), joten g on diffeomorfismi. Siispä satunnaismuuttujalla X on jatkuva jakauma ja sen tiheysfunktio toteuttaa f X (x) = f Y (h(x)) h 2x, kun < x < 2 (x) = { h(x) (0, ) } 2x = 0, muuten Nyt kertymäfunktio voidaan selvittää tästä integroimalla. Selvästi F X (x) = 0, kun x. Jos laskimme oikein, niin F X (x) = kun x 2. Lasketaan vielä kertymäfunktion arvo, kun < x < 2. Luentojen mukaan F X (x) = x f X (u)du = x 2udu = x 2 mikä saa arvon 0, kun x = ja arvon, kun x = 2. Siispä aivan kuten pitikin. 0, kun x < F X (x) = x 2, kun x < 2, kun x 2. Satunnaismuuttuja X noudattaa tasajakaumaa välillä (, 5). Satunnaismuuttuja Y N(2, ) on normaalijakautunut. Satunnaismuuttujat X ja Y ovat riippumattomia. (a) Laske E(2X 4Y + 7) (b) Laske var(2x Y ) (c) Laske cov(x + Y, 2XY ) Ratkaisu: Koska X U(, 5), niin tiedämme, että sekä EX = 2 ( + 5) = 6 2 = var X = 2 (5 )2 = 42 4 = 4. Edelleen, koska Y N(2, ), niin EY = 2 ja var Y =. (a) Tässä voimme käyttää odotusarvon lineaarisuutta, joka kertoo että E(2X 4Y + 7) = 2EX 4EY + 7 = 2 4 2 + 7 = 2 ( 4) + 7 = 7 2 = 5. (b) Tässä voimme käyttää hyväksi satunnaismuuttujien 2X ja Y riippumattomuutta, joten var(2x Y ) = var(2x) + var( Y ) = 4 var X + var Y missä käytimme hyväksi tietoa, että var(αx) = α 2 var X kun α on vakio. Siispä var(2x Y ) = 4 var X + var Y = 4 4 + = 6 + 9 = 25.

(c) Tämä on haasteellisempi tehtävä ja tarvitsemme kovarianssin määritelmää tai muotoilua cov(x, Y ) = E(XY ) EXEY. Tähän pääsee myös määritelmästä, sillä cov(x, Y ) = E(X EX)(Y EY ) = E(XY Y EX XEY + EXEY ) = E(XY ) EXEY EXEY + EXEY = E(XY ) EXEY. Bilineaarisuuden avulla saamme aluksi Nyt cov(x + Y, 2XY ) = 2 cov(x, XY ) + 6 cov(y, XY ). cov(x, XY ) = E(X 2 Y ) EXE(XY ) = EX 2 EY EXEXEY missä käytimme apuna muotoilua kovarianssille, satunnaismuuttujien X ja Y riippumattomuutta, sekä sitä, että X 2 Y, mikä seuraa siitä, että X Y ja riippumattomuus säilyi muunnoksissa g(x) h(y ). Siispä cov(x, XY ) = EX 2 EY (EX) 2 EY = EY (EX 2 (EX) 2 ) = EY var X. Viimeisessä identiteetissä käytimme apuna varianssin esitystä toisen momentin ja odotusarvon avulla var X = EX 2 (EX) 2. Havaitsemme, että vastaavasti cov(y, XY ) = EY 2 EX (EY ) 2 EX = EX(EY 2 (EY ) 2 ) = EX var Y. Yhdistetään nyt saamamme termit. Siispä: Nyt voimme laskea lukuarvon: cov(x + Y, 2XY ) = 2EY var X + 6EX var Y cov(x + Y, 2XY ) = 2EY var X + 6EX var Y 4. (a) Satunnaismuuttujan X momenttiemäfunktio on Määrää EX ja var X. = 2 2 4 + 6 = 24 + 2 = 2 (2 + 4 ) 2 (8 + 8) = = 2 89 = 78 M(t) = + 6 et + 2 et (b) Olkoon X Bernoulli( 2) ja Y Bernoulli( ) riippumattomia. Laske satunnaismuuttujan X + Y 2 momenttiemäfunktio. Ratkaisu: (a) Tiedämme, että EX = M (0) ja EX 2 = M (0). Koska tiedämme edelleen, että var X = EX 2 (EX) 2, niin haluamme määrätä luvut M (0) ja M (0). Derivoimalla saamme M (t) = 6 et + 2 et ja M (t) = 6 et + 9 2 et

joten ja EX = M (0) = 6 + 2 = + 2 EX 2 = M (0) = 6 + 9 2 = + 9 2 Vielä olisi laskettava var X, mutta = 0 2 = 5 = 28 2 = 4. var X = EX 2 (EX) 2 = 4 25 9 = 42 25 9 = 7 9. (b) Nyt tarvitsemme momenttiemäfunktion määritelmää ja tulon odotusarvon laskemista, kun satunnaismuuttujat ovat riippumattomia. Merkitään Z = X +Y. Tällöin kysytty momenttiemäfunktio on M Z. Määritelmän avulla M Z (t) = Ee tz = Ee t(x+y ) = Ee tx+ty = E(e tx e ty ). Koska X Y, niin e tx e ty, joten M Z (t) = E(e tx e ty ) = Ee tx Ee ty = M X (t)m Y (t). Nyt M X ja M Y voidaan laskea muunnoksen odotusarvon avulla. Lasketaan ensin M X, joka on siis M X (t) = Ee tx = et 0 + 2 et = + 2 et. Seuraavaksi lasketaan M Y, joka on vastaavasti Siispä M Y (t) = Ee ty = 2 et 0 + 2 et = 2 + 2 et. M Z (t) = M X (t)m Y (t) = ( + 2 et )( 2 + 2 et ) = 6 + et + 6 et + e4t