TMA4240 Statistikk Høst 2015

Like dokumenter
TMA4240 Statistikk Høst 2015

TMA4240 Statistikk Høst 2009

TMA4240 Statistikk Høst 2015

Oppgave 1 Vi lar X være antall tankskip som ankommer havnen i løpet av en dag. Vi har fått oppgitt at X poisson(λ) med

TMA4240 Statistikk Høst 2016

x λe λt dt = 1 e λx for x > 0 uavh = P (X 1 v)p (X 2 v) = F X (v) 2 = (1 e λv ) 2 = 1 2e λv + e 2λv = 2 1 λ 1 2λ = 3

Siden vi her har brukt første momentet i fordelingen (EX = EX 1 ) til å konstruere estimatoren kalles denne metoden for momentmetoden.

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

TMA4240 Statistikk 2014

TMA4240 Statistikk H2010

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

ST0103 Brukerkurs i statistikk Høsten Momentestimatoren og sannsynlighetsmaksimeringsestimatoren

Kapittel 2: Hendelser

Eksamensoppgave i Løsningsskisse TMA4240 Statistikk

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

TMA4240 Statistikk Høst 2015

Løsningsforslag til eksamen i TMA4245 Statistikk 7. juni 2007

TMA4240 Statistikk H2010

Statistisk inferens: 9.14: Sannsynlighetsmaksimeringsestimatoren 8.5: Fordeling til gjennomsnittet 9.4: Konfidensintervall for µ (σ kjent)

TMA4240 Statistikk Høst 2008

TMA4245 Statistikk Høst 2016

TMA4240 Statistikk 2014

for x 0 F X (x) = 0 ellers Figur 1: Parallellsystem med to komponenter Figur 2: Seriesystem med n komponenter

Kapittel 8: Tilfeldige utvalg, databeskrivelse og fordeling til observatorar, Kapittel 9: Estimering

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

Eksamensoppgave i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

Løsningsforslag oblig 1 STK1110 høsten 2014

Dekkes av kap , 9.10, 9.12 og forelesingsnotatene.

Gammafordelingen og χ 2 -fordelingen

TMA4240 Statistikk Høst 2009

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

Fasit for tilleggsoppgaver

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til andre sett med obligatoriske oppgaver i STK1110 høsten 2010

TMA4245 Statistikk Høst 2016

Eksamensoppgåve i Løsningsskisse TMA4245 Statistikk

TMA4240 Statistikk Høst 2007

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

Eksamensoppgåve i TMA4240 / TMA4245 Statistikk

TMA4245 Statistikk. Innlevering 3. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

Bernoulli forsøksrekke og binomisk fordeling

TMA4240 Statistikk H2010

Norske hoppdommere og Janne Ahonen

0.5 (6x 6x2 ) dx = [3x 2 2x 3 ] 0.9. n n. = n. ln x i + (β 1) i=1. n i=1

TMA4240 Statistikk H2015

Oppgaven består av 9 delspørsmål som anbefales å veie like mye. Kommentarer og tallsvar er skrevet inn mellom << >>. Oppgave 1

Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger.

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.

TMA4240 Statistikk Høst 2015

TMA4240 Statistikk Høst 2012

TMA4240 Statistikk Høst 2016

Oppfriskning av blokk 1 i TMA4240

TMA4240 Statistikk Høst 2009

Notasjon. Løsninger. Problem. Kapittel 7

Om eksamen. Never, never, never give up!

To-dimensjonale kontinuerlige fordelinger

Løsningsforslag Eksamen i Statistikk SIF5060 Aug 2002

Oppgave 1 a) La X være massen til et tilfeldig valgt egg, målt i gram. Sannsynligheten for at et tilfeldig valgt egg veier mer enn 60 g er

TMA4245 Statistikk Eksamen desember 2016

Derivasjon Forelesning i Matematikk 1 TMA4100. Hans Jakob Rivertz Institutt for matematiske fag 2. september 2011

Følgelig vil sannsynligheten for at begge hendelsene inntreffer være null,

Om eksamen. Never, never, never give up!

TMA4240 Statistikk 2014

STK Oppsummering

Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger.

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

TMA4240 Statistikk Høst 2015

Oppgave 1: Feil på mobiltelefoner

EKSAMEN I TMA4245 STATISTIKK Tysdag 21. mai 2013 Tid: 09:00 13:00 (Korrigert )

(utarbeidet av Mette Langaas), TMA4245 V2007

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

Poissonprosesser og levetidsfordelinger

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Formelsamling i medisinsk statistikk

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

Løsningsforslag Eksamen S2, høsten 2017 Laget av Tommy O. Sist oppdatert: 26. november 2017

STK1100 våren Kontinuerlige stokastiske variabler Forventning og varians Momentgenererende funksjoner

Forelesning 5: Kontinuerlige fordelinger, normalfordelingen. Jo Thori Lind

TMA4240 Statistikk. Øving nummer 7. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag

TMA4240 Statistikk Høst 2013

Eksamensoppgave i ST1201/ST6201 Statistiske metoder

Litt om forventet nytte og risikoaversjon. Eksempler på økonomisk anvendelse av forventning og varians.

Hypotesetesting. Formulere en hypotesetest: Når vi skal test om en parameter θ kan påstås å være større enn en verdi θ 0 skriver vi dette som:

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

EKSAMEN I FAG 75510/75515 STATISTIKK 1 Tirsdag 20. mai 1997 Tid: 09:00 14:00

Eksempel: kast med to terninger

Observatorer. STK Observatorer - Kap 6. Utgangspunkt. Eksempel høyde Oxford studenter

TMA4245 Statistikk Vår 2015

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

TMA4240 Statistikk H2010 (22)

Foreleses onsdag 8. september 2010

TMA4240 Statistikk H2010

3.1 Stokastisk variabel (repetisjon)

Eksamensoppgåve i TMA4240 Statistikk

ST1201 Statistiske metoder

Regneøvelse 22/5, 2017

Første sett med obligatoriske oppgaver i STK1110 høsten 2015

Tilfeldig utvalg [8.1] U.i.f. Statistisk inferens. Kapittel 8 og 9

Transkript:

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Øving nummer 9, blokk II Løsningsskisse Oppgave X er kontinuerlig fordelt med sannsynlighetstetthet f X (x) = { x exp( x ) x ellers Formel for transformasjon av variabler finnes i det blå heftet. a) Vi har slik at U = X = g(x); x X = U + = h(u) med h (u) =. Funksjonen g(x) = x er strengt monoton og deriverbar for alle x. Vi har dermed f U ( u) = f X ( h(u)) h (u) = (u + ) exp( (u + ) ) = (u + ) exp( (u + ) ); u. Alternativt kan vi ta utgangspunt i kumulativ fordeling. Vi skriver F U (u) = P(U u) = P(X u) = P(X u + ), u. Dette gir F U (u) = F X (u + ) = exp{ (u + ) }, u. Derivasjon mhp u gir riktig tetthetsfunksjon. ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side

b) Vi har her der med V = X = g(x); x X = V = h(v ) h (v) =. Funksjonen g(x) = x er strengt monoton og deriverbar for alle x. Dette gir f V ( v) = f X ( h(v)) h ( v) = ( v) exp( ( v) ) = v exp( ( v) ); v. Alternativt kan vi ta utgangspunt i kumulativ fordeling. Vi skriver F V (v) = P(V v) = P( X v) = P(X v ) = P(X v ), v. Dette gir ( F V (v) = F X v ) ( v ) }, = exp{ v. Derivasjon mhp v gir riktig tetthetsfunksjon. c) Vi har W = X = g(x); x som gir X = W = h(w ) med h (w) = w. Funksjonen g(x) = x er strengt monoton og deriverbar for alle x. f W ( w) = f X ( h( w)) h ( w) = w exp( w) w = exp( w); w. ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side

Alternativt kan vi ta utgangspunt i kumulativ fordeling. Vi skriver Dette gir F W (w) = P(W w) = P(X w) = P( X w) = P( w X w) = P(X w) P(X w) = P(X w), w. F W (w) = F X ( w ) = exp{ w}, w. Derivasjon mhp w gir riktig tetthetsfunksjon. Oppgave Atle, du lyver! a) For å regne ut P (L A ) benytter vi regelen for sannsynlighet for komplementære hendelser: P (L A ) + P (L A ) = P (L A ) = = P (L A ) =. =.8 For å regne ut P (L) bruker vi setningen om total sannsynlighet. Vi vet at A, A, A 3 er en partisjon av utfallsrommet (det ser vi lett av venndiagrammet). P (L) = P (L A ) + P (L A ) + P (L A 3 ) = P (L A ) P (A ) + P (L A ) P (A ) + P (L A 3 ) P (A 3 ) =.5. +..4 +.6.5 =.385 b) Betingelser for at X er binomisk fordelt: Vi spør n personer. For hver person registerer vi om personen lyver eller ikke lyver (to komplmentære hendelser). Sannsynligheten for at en tilfeldig valgt person lyver er p, og denne er den samme for alle de n personene vi spør. De n personene vi spør svarer uavhengig av hverandre (n uavhengige forsøk). Under disse 4 betingelsene er X= antall personer som lyver binomisk fordelt med parametere n og p. Dermed er sannsynlighetsfordelingen til X gitt ved punktsannsynligheten f(x), ( ) n f(x) = p x ( p) n x, x =,,..., n x Vi vet at da er forventningen til X E(X) = np og variansen Var(X) = np( p). ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 3

Videre: vi har at p =., og n =. P (X = 4) finner vi ved å sette inn X = 4 i punktsannsynligheten f(x) over. ( ) P (X = 4) = f(4) =. 4 (.) 4 =.8 4 Det er også mulig å finne P (X = 4) ved tabelloppslag (s 7 i formelsamlingen), P (X = 4) = P (X 4) P (X 3) =.63.4 =.9 Sannsynligheten P [(X ) (X > 5)] finner vi enklest ved tabelloppslag (s 7 i formelsamlingen), P [(X ) (X > 5) = P (X ) + P (X > 5) = (X ) P (X 5) c) Nå er p ukjent. Først forventning: E(ˆp) = E( X n ) = n E(X) = n np = p E(p X ) = E( n ) = n E(X) = n np = =.6.84 =.4 n n p Vi ser videre på varians: Var(ˆp) = Var( X n ) = n Var(X) = p( p) np( p) = n n Var(p X ) = Var( n ) = (n ) Var(X) = np( p) np( p) = (n ) (n ) En god estimator ˆp er en estimator som er forventningsrett, dvs. E(ˆp) = p, og har liten varians, dvs. Var(ˆp) er liten. Vi liker veldig godt hvis variansen minker når antall observasjoner som estimatoren er basert på øker. Sammenligner vi to estimatorer som begge er forventningsrette velger vi estimatoren med minst varians. Sammenlinger vi to estimatorer der kun den ene er forventningsrett, velger vi gjerne den estimatoren som er forventningsrett (ofte sjekker vi også at det ikke er veldig stor forskjell på variansene). For å velge mellom ˆp og p ser vi på uttrykkene for forventning og varians til begge estimatorene. Vi ser at ˆp er forventningsrett, men det er ikke p. I prinsippet kan vi stoppe her og konkluere med at vi foretrekker den forventningsrette estimatoren ˆp. Men, det kan være ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 4

fint å sjekke at det ikke er stor forskjell på variansen til de to estimatorene (hva hvis den ene hadde hatt to ganger så stor varians?). Vi ser at Var(ˆp) = ( (n ) n ) Var(p ), dvs. Var(ˆp) < Var(p ) med en faktor ( n n ) i forskjell. For n = er denne faktoren ( 9 ) =.95 =.9, dvs. Var(ˆp) =.9 Var(p ). Dermed har estimatoren Var( ˆp) både minst varians og er forventningsrett. Vi velger derfor estimatoren ˆp. Kommentarer: Asymptotisk (når n ) vil de to estimatorene være like gode. Vi har i vårt pensum ikke snakket om begrepet konsistente estimatorer, men begge disse estimatorene er konsistente. Oppgave 3 Vi har at X er antall ulykker på byggeplass, X er antall ulykker på byggeplass, etc. Hver X i er Poissonfordelt med paramater λ. Da tidsintervallet vi ser på er ett år vil vi ha t =. Vi har observert x, x,..., x n, og vi skal bruke disse observasjonene til å regne ut sannsynlighetsmaksimeringsestimatet til λ. Setter opp rimelighetsfunksjonen; L(x,..., x n ; λ) = n λ x i x i! exp( λ) Vi skal finne λ som maksimerer rimelighetsfunksjonen. For å gjøre utregninger lettere, kan vi se på den naturlige logaritmen av rimelighetsfunksjonen; l(x,..., x n ; λ) = (x i ln(λ) ln(x i!) λ) Maksimumspunktet finner vi ved å derivere med hensyn på λ og sette den deriverte lik null. Dette gir l(x,..., x n ; λ) λ = λ = λ = (x i ) () (x i ) n Vi løser mhp λ og får λ = n x i. Da kan vi sette opp uttrykket for sannsynlighetsmaksimeringsestimatoren, ˆλ = n X i. ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 5

Videre har vi E(ˆλ) = n = n = λ, E(X i ) λ og Var(ˆλ) = n Var(X i ) = n λ = n λ. Vi ser at estimatoren er forventningsrett og at variansen minker når n øker, som er gode egenskaper for en estimator. Med de gitte data har vi at n x i = 5+ 8+3 = 44, mens n = 34. Dette gir ˆλ =.3. Oppgave 4 a) P (X > ) = P (X ) = F () = ( e ) =.6 P (X > X > ) = P (X > X > ) = P (X > ) = F () F () = e e =.59 P (X > ) P (X > ) E(X) = xf(x)dx = = 3 Γ(3) = b) U = min(x A, X B ), og X A og X B er uavhengige. xe x formel dx = + Γ( + ) F U (u) = P (U u) = P (U > u) = P (min(x A, X B ) > u) = P (X A > u X B > u) uavh. = P (X A > u)p (X B > u) = ( F XA (u))( F XB (u)) = e u e u = e u( ) ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 6

f U (u) = F U(u) = u ( )e u( ) = ( ) u e u( ), u > Gjenkjenner dette som same fordelinga som X og Y kjem frå, men med = ( Følgjer då frå a) at: E(U) = ( ) = ( + ) c) Finn sannsynsmaksimeringsestimatoren (SME): ). L() = f(x,..., x n ; ) n = f(x i ; ) = n e xi Θ xi = ( n )n ( )e n xi xi l() = ln L() = n ln() l() ln x = n xi xi = n = xi D.v.s. SME blir: ˆ = n n Xi E( X) = xf(x)dx = e x formel dx = Γ() = D.v.s. E(ˆ) = n E( X) = n = Altså er estimatoren forventningsrett. ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 7

d) Skal finne fordelinga til Z i = X i. Finn først X i uttrykt ved Z i : X i = ( Z i ) = h(z i ). Får då at h (Z i ) = ( ) Z i = Z i. Vi finn nå tettleiken til Z i ved transformasjonsformelen: f Zi (z) = f Xi (h(z)) h (z) = e ( z ) = z e z z = e z som er tettleiken til ein χ -fordelt variabel. ( z ) z nˆ = Xi = X i Der X i er χ -fordelt med fridomsgrader. Har at summen av uavhengige χ -fordelte variable er χ -fordelt. Talet på fridomsgrader er lik summen av fridomsgradene til variablane. Dette gjev at: nˆ χ n som skulle visast. Oppgave 5 a) T eksp( z ) E(T ) = z =, z =. P (T ) = z z e x dx = P (T ) =.5 e z =.5 e z =.5 z = ln.5 =.69 z =., z =. P (T T ) =? Finner simultanfordelingen til T og T : x 5 e 5 dx = [ e x 5 ] = e =.86 f(t, t ) = z e z t z e z t siden T og T er uavhengige. ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 8

b) SME for : P (T T ) = = z z t f(t, t )dt dt = z z [ z e z t z t ] t dt = z z t z = z [ z +z e ( z +z )t ] = z z +z =..+. = 3 f(t,..., t n ;, z,..., z n ) = n z i e t i L(; t,..., t n, z,..., z n ) = n z i e t i l() = ln L() = n ln n ln n t i l = n + n t i = n = n t i = n n t i Dermed er SME = n n T i. e z t e z t dt dt e z t z t dt E( ) = E( n T i ) = n E(T i ) = n = n = Dvs. estimatoren er forventningsrett. Var(ˆ) = Var( n = n T i ) = n z i z i = n Var( T i ) = n = n zi Var(T i ) c) MGF for T i : M Ti (t) = V = n = n T i M zi (t) = T i = n t (Funnet i tabell.) T i t = ( t) (Bruker at M ax (t) = M X (at)) M V (t) = n ( t) = ( t) n (Bruker at M n X (t) = n i M X i (t)) ( t) n er MGF for kji-kvadratfordelingen med n frihetsgrader. V har samme MGF som kji-kvadratfordelingen med n frihetsgrader, derfor er V χ n. ov9-lsf-b 4. oktober 5 Side 9