Kapittel 4: Matematisk forventning

Like dokumenter
3.4: Simultanfordelinger (siste rest) 4.1,4.2,4.3: Multivariat del (ferdig med kapittel 3 og 4 etter denne forelesningen)

Tyngdepunkt. Togforsinkelsen (Eksamen Des2003.1a) I denne oppgaven kan du bruke uten å vise det at. Kapittel 4

Togforsinkelsen (Eksamen Des2003.1a) I denne oppgaven kan du bruke uten å vise det at

Foreleses onsdag 8. september 2010

TMA4240 Statistikk H2015

Forventning og varians.

Kapittel 2: Hendelser

TMA4240 Statistikk H2010

3.1 Stokastisk variabel (repetisjon)

Forventning og varians.

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

statistikk, våren 2011

Denne veka. Kap 7: Funksjonar av stokastiske variable Transformasjon av variable Moment Momentgenererande funksjon

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren 2010

Oppgavesett nr. 5. MAT110 Statistikk 1, Et transportfirma har et varemottak for lastebiler med spesialgods, se figur 1.

ØVINGER 2017 Løsninger til oppgaver. Lineærkombinasjonen Z = 5X + 8Y har forventningsverdi

Stokastisk variabel. Eksempel augefarge

To-dimensjonale kontinuerlige fordelinger

La U og V være uavhengige standard normalfordelte variable og definer

Kapittel 3: Stokastiske variable og sannsynlighetsfordelinger

1.1.1 Rekke med konstante ledd. En rekke med konstante ledd er gitt som. a n (1) n=m

Forelesning 13. mars, 2017

Eksempel: kast med to terninger

6 x P (X = x) = x=1 = P (X 2 = 6)P (X 2 = 6)P (X 3 = 6) =

HØGSKOLEN I STAVANGER

Forelesning 7. mars, 2017

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

EKSAMEN. TILLATTE HJELPEMIDLER: Kalkulator. Hornæs: Formelsamling statistikk HiG. John Haugan: Formler og tabeller.

Løsningsforslag ECON 2130 Obligatorisk semesteroppgave 2017 vår

Kapittel 6: Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger

Løsningsforslag til obligatorisk oppgave i ECON 2130

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren Kp. 3 Diskrete tilfeldige variable. Diskrete tilfeldige variable, varians (kp. 3.

A) B) 400 C) 120 D) 60 E) 10. Rett svar: C. Fasit: ( 5 6 = 60. Hvis A, B, C er en partisjon av utfallsrommet S, så er P (A B) lik.

MAT110. Statistikk 1. Kompendium 2018, del 2. Per Kristian Rekdal

Formelsamling V-2014 MAT110. Statistikk 1. Per Kristian Rekdal

Formelsamling V MAT110 Statistikk 1. Per Kristian Rekdal

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

Løsningsforslag eksamen Høgskolen i Østfold

TMA4240 Statistikk Høst 2008

EKSAMEN I TMA4240 Statistikk

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

Løsningsforslag, eksamen statistikk, juni 2015

HØGSKOLEN I STAVANGER

Bernoulli forsøksrekke og binomisk fordeling

TMA4240 Statistikk Høst 2007

TMA4240 Statistikk H2010

Utfordring. TMA4240 Statistikk H2010. Mette Langaas. Foreleses uke 40, 2010

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

TMA4240 Statistikk H2015

Statistikk 1 kapittel 4

Kapittel 5: Diskrete sannsynsfordelingar TMA4245 Statistikk. 5.2 Diskret uniform fordeling NTNU NTNU NTNU

TMA4240 Statistikk H2010

Høgskolen i Telemark. Institutt for økonomi og informatikk FORMELSAMLING Statistikk I. Til bruk ved eksamen. Per Chr. Hagen

6.5 Normalapproksimasjon til. binomisk fordeling

(Det tas forbehold om feil i løsningsforslaget.) Oppgave 1

Forelesning 5: Kontinuerlige fordelinger, normalfordelingen. Jo Thori Lind

Oppfriskning av blokk 1 i TMA4240

Sum to terninger forts. Eksempel: kast med to terninger. Sum to terninger forts. Kapittel 3. TMA4240 H2006: Eirik Mo

TMA4240 Statistikk Høst 2009

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

EKSAMEN. TILLATTE HJELPEMIDLER: Kalkulator. Hornæs: Formelsamling statistikk HiG. John Haugan: Formler og tabeller.

TMA4240 Statistikk H2010 Kapittel 5: Diskrete sannsynlighetsfordelinger : Uniform, binomisk, hypergeometrisk fordeling

Forelesing 27 Oppsummering. Torstein Fjeldstad Institutt for matematiske fag, NTNU

Kapittel 5: Tilfeldige variable, forventning og varians.

Løsningsforslag Eksamen S2, våren 2017 Laget av Tommy O. Sist oppdatert: 25. mai 2017

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG TMA4240 STATISTIKK Mandag 12. desember 2011

LØSNING: Eksamen 22. mai 2018

Kapittel 4.4: Forventning og varians til stokastiske variable

Fasit for tilleggsoppgaver

Prøvemidtveiseksamen TMA4240 Statistikk H2004

Emnenavn: Eksamenstid: 4 timer. Faglærer: Hans Kristian Bekkevard

Notasjon. Løsninger. Problem. Kapittel 7

Eksamen i. MAT110 Statistikk 1

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren 2008

STK1100 våren Kontinuerlige stokastiske variabler Forventning og varians Momentgenererende funksjoner

Denne veka. Kap 7: Funksjonar av stokastiske variable Transformasjon av variable Moment Momentgenererande funksjon

Eksamensoppgåve i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

LØSNING: Oppgavesett nr. 1

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

TMA4245 Statistikk Høst 2016

TMA4240 Statistikk H2010

Løsningsforslag Eksamen i Statistikk SIF5060 Aug 2002

Løsningskisse seminaroppgaver uke 11 ( mars)

Kapittel 3: Stokastiske variable og sannsynlighetsfordelinger

Betinget sannsynlighet

TMA4240 Statistikk 2014

Formelsamling i medisinsk statistikk

TMA4240 Statistikk Høst 2009

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren

Dagens tekst. Kap 7: Funksjonar av stokastiske variable Transformasjon av variable Moment Momentgenererande funksjon

TMA4240 Statistikk Høst 2016

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

TMA4240/TMA4245 Statistikk Oppsummering diskrete sannsynlighetsfordelinger

TMA4240 Statistikk Høst 2015

TMA4245 Statistikk Eksamen august 2014

Eksamensoppgåve i TMA4240 Statistikk

TMA4240 Statistikk H2015

ECON Statistikk 1 Forelesning 4: Stokastiske variable, fordelinger. Jo Thori Lind

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

Transkript:

Kapittel 4: Matematisk forventning TMA4240 Statistikk (F2 og E7) Multivariate tilfeller foreleses mandag 6.september, 2004 Ole.Petter.Lodoen@math.ntnu.no p.1/16

Forventing til funksjon av flere stokastiske variable DEF 4.2: La X og Y være stokastisk variable med simultan sannsynlighetsfordeling f(x, y). Forventningsverdien til den stokastiske variabelen g(x, Y ) er µ g(x,y ) = E[g(X, Y )] = g(x, y)f(x, y) x y hvis X og Y er diskrete, og µ g(x,y ) = E[g(X, Y )] = g(x, y)f(x, y)dxdy hvis X og Y er kontinuerlige. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.2/16

Prosjektstyring (forts.) X = tid for datainnsamling, Y = tid for dataanalyse. x 1 2 3 f Y (y) y 1 0.03 0.05 0.02 0.10 2 0.03 0.14 0.03 0.20 3 0.03 0.17 0.10 0.30 4 0.01 0.24 0.15 0.40 Er interessert i forholdet g(x, Y ) = Y X dataanalyse.» Y E = X X y f(x, y) X x x y» Y NB : E X f X (x) 0.10 0.60 0.30 1.00 mellom varigheten av datainnsamling og = 1 0.03 + (1/2) 0.05 + (1/3) 0.02 + 2 0.03 + 1 0.14 + (2/3) 0.03 + 3 0.03 + (3/2) 0.17 + 1 0.10 + 4 0.01 + 2 0.24 + (4/3) 0.15 = 1.32 E(X) E(Y ). TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.3/16

E(funksjoner av flere stokastiske variabler) TEO 4.7: Forventningsverdien til summen eller differansen av to eller flere funksjoner av de stokastiske variablene X og Y, er summen eller differansen til forventningsverdiene til funksjonene. Det vil si, E[g(X, Y ) ± h(x, Y )] = E[g(X, Y )] ± E[h(X, Y )]. COR 1: Setter vi g(x, Y ) = g(x) og h(x, Y ) = h(y ) E[g(X) ± h(y )] = E[g(X)] ± E[h(Y )]. COR 2: Setter vi g(x, Y ) = X og h(x, Y ) = Y E[X ± Y ] = E[X] ± E[Y ]. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.4/16

Generalisering Y = n a i X i + b E(Y ) = i=1 n a i E(X i ) + b i=1 Formelsamlingen s 34. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.5/16

Forventing til produktet av uavhengige stokastiske variable TEO 4.8: La X og Y være to uavhengige stokastiske variable. Da er E(X Y ) = E(X) E(Y ). TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.6/16

4.2 Varians og kovarians DEF 4.4: La X og Y være to stokastisk variable med simultan sannsynlighetsfordeling f(x, y), og forventninger hhv. µ X = E(X) og µ Y = E(Y ). Kovariansen til X og Y er σ XY = Cov(X, Y ) = E[(X µ X )(Y µ Y )] = X X (x µ X )(y µ Y )f(x, y) x y hvis X og Y er diskrete, og σ XY = Cov(X, Y ) = E[(X µ X )(Y µ Y )] = Z Z hvis X og Y er kontinuerlige. (x µ X )(y µ Y )f(x, y)dxdy TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.7/16

Kovarians og korrelasjon TEO 4.4: Kovariansen til to stokastiske variable X og Y med forventninger hhv. µ X = E(X) og µ Y = E(Y ), er gitt ved σ XY = Cov(X, Y ) = E(X Y ) E(X) E(Y ) = E(X Y ) µ X µ Y DEF 4.5: La X og Y være to stokastisk variable med kovarians σ XY og varianser hhv. σ 2 X og σ2 Y. Korrelasjonskoeffisienten til X og Y er ρ XY = Cov(X, Y ) Var(X) Var(Y ) = σ XY σ X σ Y TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.8/16

Tolkning av Cov og ρ XY Kovarians Cov(X, Y ) = E(X Y ) µ X µ Y. Når X og Y er uavhengige er E(X Y ) = E(X) E(Y ) = µ X µ Y. Dermed når X og Y er uavhengige er Cov(X, Y ) = µ X µ Y µ X µ Y = 0. Men, hvis Cov(X, Y ) = 0 betyr det nødvendigvis IKKE at X og Y er uavhengige. Korrelasjonskoeffisienten: Hvis Y = ax + b og a > 0 ρ XY = 1 Hvis Y = ax + b og a < 0 ρ XY = 1 Hvis X og Y er uavhengige ρ XY = 0 1 ρ XY 1. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.9/16

Varians til lineærkombinasjon av to stokastiske variable TEO 4.10: La X og Y være to stokastisk variable med simultan sannsynlighetsfordeling f(x, y), da er σ 2 ax+by = Var(aX + by ) = a 2 Var(X) + b 2 Var(Y ) + 2abCov(X, Y ) = a 2 σ 2 X + b2 σ 2 Y + 2ab σ XY COR 1: Hvis X og Y er uavhengige stokastiske variable, så er Cov(X, Y ) = 0 og Var(aX + by ) = a 2 Var(X) + b 2 Var(Y ) = a 2 σ 2 X + b2 σ 2 Y COR 2: Hvis X og Y er uavhengige stokastiske variable, så er Cov(X, Y ) = 0 og Var(aX by ) = a 2 Var(X) + b 2 Var(Y ) = a 2 σ 2 X + b2 σ 2 Y COR 3: Hvis X 1, X 2,..., X n er uavhengige stokastiske variable, så er Var(a 1 X 1 + a 2 X 2 + + a n X n ) = a 2 1 Var(X 1) + a 2 2 Var(X 2) + + a 2 n Var(X n) = a 2 1σ 2 X 1 + a 2 2σ 2 X 2 + + a 2 nσ 2 X n TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.10/16

Generalisering Y = E(Y ) = Var(Y ) = + 2 n i=1 n i=1 n i=1 a i X i + b a i E(X i ) + b a 2 i V ar(x i ) n i=1 i 1 j=1 a i a j Cov(X i, X j ) Formelsamlingen s 34. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.11/16

Prosjektstyring Total varighet av aktiviteter er X + Y, hva er Var(X + Y )? µ X = E(X) = 1 0.10 + 2 0.60 + 3 0.30 = 2.2 µ Y = E(Y ) = 1 0.10 + 2 0.20 + 3 0.30 + 4 0.40 = 3.0 σx 2 = V ar(x) = E(X2 ) µ 2 X = 12 0.10 + 2 2 0.60 + 3 2 0.30 2.2 2 = 5.2 4.84 = 0.36 σy 2 = V ar(y ) = E(Y 2 ) µ 2 Y = 1 2 0.10 + 2 2 0.20 + 3 2 0.30 + 4 2 0.40 3.0 2 = 10.00 9.00 = 1.00 σ XY = Cov(X, Y ) = E(XY ) µ X µ Y = 1 1 0.03 + 2 1 0.05 +... + 3 4 0.15 2.2 3.0 = 6.76 6.6 = 0.16 E(X + Y ) = E(X) + E(Y ) = 2.2 + 3.0 = 5.2 V ar(ax + by ) = a 2 V ar(x) + b 2 V ar(y ) + 2ab Cov(X, Y ) V ar(x + Y ) = V ar(x) + V ar(y ) + 2 Cov(X, Y ) = 0.36 + 1.00 + 2 0.16 = 1.68 TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.12/16

Aksjekurs Modifisert versjon av eksamen Juni 2004, oppgave 2b+c Selskapet Agderfrukt er notert på børsen. Vi antar at endringen X i verdien på en Agderfrukt-aksje i løpet av en dag har forventningsverdi µ X = 0.15 kroner og standardavvik σ X = 0.60 kroner. Har du en aksje i Agderfrukt vil X > 0 bety fortjeneste, mens X < 0 er tap. Selskapet Trønderfrukt er også notert på børsen. Vi kaller endringen på en Trønderfrukt-aksje i løpet av en dag for Y, der Y har forventningsverdi µ Y = 0.15 kroner og standardavvik σ Y = 0.80 kroner. Vi ser på aksjekursendringen på den samme dagen for Agderfrukt og Trønderfrukt og antar i dette punktet at aksjekursendringene X og Y er uavhengige. Idag er verdien til en Agderfrukt-aksje den samme som verdien til en Trønderfrukt-aksje. Vi ønsker å undersøke tre mulige strategier for aksjekjøp, der vi kjøper aksjer idag og selger imorgen. i) Kjøp to aksjer i Agderfrukt. ii) iii) Kjøp en aksje i Agderfrukt og en aksje i Trønderfrukt. Kjøp to aksjer i Trønderfrukt. Dersom du vil ha minst mulig risiko for investeringen din, hvilken av de tre investeringsstrategiene over vil du velge? Begrunn svaret. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.13/16

Aksjekurs, forts. Figuren viser utviklingen av aksjekursen til Agderfrukt (stiplet) sammen med aksjekursen til Trønderfrukt (heltrukket). TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.14/16

Aksjekurs, forts. Kursendringen dag i for Agderfrukt kaller vi X i, og vi antar at X i har forventning µ X = 0.15 kroner og standardavvik σ X = 0.60 kroner. Kursendringen dag i for Trønderfrukt kaller vi Y i, og vi antar at Y i har forventning µ Y = 0.15 kroner og standardavvik σ Y = 0.80 kroner. Kursendringer for ulike dager antas å være uavhengige. Vi sammenlikner de to selskapene ved å måle differansen mellom de daglige kursendringene, D i = X i Y i, og ta gjennomsnitt. Vi ser på 10 dager og får D = 1 P 10 10 i=1 D i = 1 P 10 10 i=1 (X i Y i ). Gir figuren grunn til å tro at endringene i de to aksjekursene samme dag, X i og Y i, er uavhengige? Korrelasjonen mellom X i og Y i for disse to selskapene, ρ(x i, Y i ), er enten -0.5, 0.0 eller 0.5. Hvilken av disse verdiene virker mest rimelig fra figuren? Begrunn kort. Hva blir forventningsverdi og varians for D? Benytt verdien for korrelasjonen, ρ(x i, Y i ), som du valgte over. TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.15/16

Vinduskarmen Andersen skal bytte ut nedre del av en vinduskarm som er 2 meter lang. Han kutter to planker slik at de er 1 meter hver. Det viktigste er at den totale lengden på de to plankene er 2 meter (passer i vinduskarmen). Andersen ser for seg to måter å gjøre dette på: a) Uavhengig: måle planke 1 og kutte, deretter måle planke 2 og kutte. b) Avhengig: legge de to plankene oppå hverandre, måle og kutte begge samtidig (antar de to plankene da blir akkurat like lange). Hvilken av disse to måtene bør Andersen velge? TMA4240 (F2 og E7): Kapittel 4 Multivariat p.16/16