Funksjoner av stokastiske variable.

Like dokumenter
Funksjoner av stokastiske variable.

TMA4240 Statistikk H2015

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.

Dekkes av kap , 9.10, 9.12 og forelesingsnotatene.

Notasjon. Løsninger. Problem. Kapittel 7

Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger.

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

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

Kapittel 2: Hendelser

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

Gammafordelingen og χ 2 -fordelingen

Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger.

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

Kap. 6, Kontinuerlege Sannsynsfordelingar

TMA4240 Statistikk Høst 2015

TMA4240 Statistikk Høst 2009

Forelesning 13. mars, 2017

TMA4240 Statistikk Høst 2016

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

Om eksamen. Never, never, never give up!

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

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

Om eksamen. Never, never, never give up!

STK juni 2018

Kap. 6, Kontinuerlege Sannsynsfordelingar

Forelesning 5: Kontinuerlige fordelinger, normalfordelingen. Jo Thori Lind

STK1100 våren Kontinuerlige stokastiske variabler Forventning og varians Momentgenererende funksjoner

Forventning og varians.

Løsningsforslag til eksamen i TMA4245 Statistikk 7. juni 2007

Forventning og varians.

Bernoulli forsøksrekke og binomisk fordeling

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:

TMA4240 Statistikk Høst 2008

STK Oppsummering

6.1 Kontinuerlig uniform fordeling

Utvalgsfordelinger (Kapittel 5)

Litt mer om eksponensialfordelingen

6.5 Normalapproksimasjon til. binomisk fordeling

To-dimensjonale kontinuerlige fordelinger

TMA4240 Statistikk H2015

Kap. 6, Kontinuerlege Sannsynsfordelingar

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

Kapittel 4.4: Forventning og varians til stokastiske variable

TMA4240 Statistikk H2010

Tema 2: Stokastiske variabler og sannsynlighetsfordelinger Kapittel 3 ST :44 (Gunnar Taraldsen)

Stokastisk variabel. Eksempel augefarge

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Om fordelingen tilx +Y

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

Kapittel 3: Stokastiske variable og sannsynlighetsfordelinger

Forelesning 7. mars, 2017

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere

Econ 2130 Forelesning uke 10 (HG) Geometrisk og normal fordeling

Utvalgsfordelinger; utvalg, populasjon, grafiske metoder, X, S 2, t-fordeling, χ 2 -fordeling

Løsningsforslag, eksamen statistikk, juni 2015

Oppfriskning av blokk 1 i TMA4240

DEL 1 GRUNNLEGGENDE STATISTIKK

Inferens. STK Repetisjon av relevant stoff fra STK1100. Eksempler. Punktestimering - "Fornuftig verdi"

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

Transformasjoner av stokastiske variabler

Eksamensoppgåve i Løsningsskisse TMA4245 Statistikk

Løsningsforslag Eksamen i Statistikk SIF5060 Aug 2002

TMA4240 Statistikk Høst 2018

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

Eksponensielle klasser

TMA4240 Statistikk 2014

TMA4245 Statistikk Eksamen august 2014

Løsningsforslag til andre sett med obligatoriske oppgaver i STK1110 høsten 2010

Løsning på Dårlige egg med bruk av Tabell 2 i Appendix B

TMA4240 Statistikk H2010

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

Estimering 2. -Konfidensintervall

TMA4240 Statistikk Høst 2015

HØGSKOLEN I STAVANGER

Eksamensoppgave i TMA4240 Statistikk

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Binomisk sannsynlighetsfunksjon

Regneøvelse 22/5, 2017

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

Kapittel 6: Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger

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

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

FORMELSAMLING STATISTIKK, HiG Versjon per 10. januar 2002, ved Hornæs

TMA4240 Statistikk H2010

3.1 Stokastisk variabel (repetisjon)

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

TMA4240/TMA4245 Statistikk Oppsummering diskrete sannsynlighetsfordelinger

Utvalgsfordelinger (Kapittel 5)

TMA4240 Statistikk Høst 2015

STK1100 våren Normalfordelingen. Normalfordelingen er den viktigste av alle sannsynlighetsfordelinger

Eksamensoppgave i Løsningsskisse TMA4240 Statistikk

Løsningsforslag statistikkeksamen desember 2014

Løsning eksamen desember 2017

La U og V være uavhengige standard normalfordelte variable og definer

Midtveiseksamen i STK1100 våren 2017

TMA4240 Statistikk H2010

Transkript:

Funksjoner av stokastiske variable. Dekkes av pensumsidene i kap. 7 I ulike sammenhenger, blant annet for å finne fordelingen til estimatorer, er vi interesserte i fordelingen til funksjoner av stokastiske variable, f.eks. fordelingen til Y u(x) når vi kjenner fordelingen til X, eller fordelingen til W g(x,...,x n )når vi kjenner fordelingen til X,...,X n. Transformasjoner (7.2) Vi kjenner fordelingen til X. Ønsker å finne fordelingen til Y u(x). (Boka omhandler også situasjonennår vi har to funksjoner av to variable - vi skal hovedsaklig se på situasjonen med en variabel.) Eksempel: Vi kjenner fordelingen til hastigheten til molekylene i en gass, X, hva er fordelingen til energien Y 2 mx2?

Diskrete variable: Les selv i boka. Kontinuerlige variable: La X være en kontinuerlig stok. var. med sanns. tetthet f(x). Anta videre at Y u(x) definerer en en-til-en transformasjon fra X til Y. Vi ønsker å finne fordelingen til Y. Siden u(x) er en-til-en har vi også enentydig transformasjon fra Y til X, X w(y ) u (Y ). Sannsynlighetstettheten til Y er da gitt ved transformasjonsformelen: g(y) f(w(y)) w (y) (Se side 34 i formelsamlingen/teorem 7.3 i boka) Bevis:. u(x) voksende: F Y (y)p (Y y)p (X w(y))f X (w(y)) g(y)f Y (y) d dy F X(w(y)) f(w(y))w (y) 2

2. u(x) avtakende: F Y (y)p (Y y) P (X w(y)) P (X w(y)) F X (w(y)) g(y) d dy ( F X(w(y))) f(w(y))w (y) f(w(y)) w (y) siden w (y) negativ. Alternativt bevis: Se boka. Eksempel: Fordelingen til hastigheten, X, til molekylene i en gass er gitt ved: f(x) 4x 3 e x4,x>0 Hva blir fordelingen til kinetisk energi til molekylene, dvs fordelingen til Y 2 mx2? Siden X > 0 er transformasjonen en-til-en. X 2Y/m w(y )ogvifår: g(y) 4( 2y m )(3/2) e (2y/m)2 2 (2y 2 m ) /2 m 4 2y m m e (2y/m)2 8y /m 2 m 2 e 4y2,y >0 3

Eksempel: X N(μ, σ 2 ). Hva er fordelingen til Z X μ σ? f(x) 2πσ e 2 (x μ) 2 σ 2, <x< X σz + μ w(z) er en-til-en og vi får g(z) 2πσ e 2 (σz+μ μ) 2 σ 2 σ 2π e 2 z2, <z< Dvs Z N(0, ). Merk: Det er ikke alltid slik som i eksemplet over at en lineærkombinasjon har samme fordeling (bare med andre parametre) som den opprinnelige variabelen. 4

Hva gjør vi dersom transformasjonen ikke er en-til-en? Eksempel: X N(μ, σ 2 ). Hva er fordelingen til Y ( X μ σ )2 Z 2? Ikke en-til-en for alle mulige Z, men kan deles opp i to en-til-en funksjoner: for z<0: z y w (y) for z 0: z y w 2 (y) Kan vises (se boka) at da er: g(y) f(w (y)) w (y) + f(w 2 (y)) w 2(y) Ivårt eksempel gir dette: g(y) 2π e 2 ( y) 2 2 y + 2π e 2 ( y) 2 2 y y 2 /2 π e 2 y 2 /2 Γ(/2) y /2 e y/2,y 0 Dette er en χ 2 -fordeling! 5

Summer av stok. var. Eksempel: Du kjøper to lyspærer til lampen din. La X og X 2 være funksjonstiden til de to pærene. Når den første har feilet setter du i den neste slik at den samlede funksjonstiden blir Y X + X 2. Hva blir fordelingen til Y?Anta at X og X 2 er uavh. og eksponensialfordelte med parameter β. F Y (y) P (Y y) P (X + X 2 y) β e x /β β e x 2/β dx 2 dx x +x 2 y y y x 0 y 0 y 0 0 β e x /β β e x 2/β dx 2 dx y x β e x /β 0 β e x 2/β dx 2 dx ( β e x /β ) β e y/β dx e y/β y β e y/β 6

f Y (y) F Y (y) β e y/β β e y/β + y β 2 e y/β β 2 ye y/β Dette er en gamma-fordeling med parametre α 2 og β. Videre kan det på samme måte vises at dersom X,...,X n er uavh. eksponensialfordelte med parameter β såer Y n i X i gamma-fordelt med parametre α n og β. La oss se på denne typen problemer mer generelt. La X og X 2 være to uavhengige stok. var. med sanns. tettheter f X (x )ogf X2 (x 2 ). Vi ønsker å finne fordelingen til Y X + X 2. F Y (y) P (Y y) P (X + X 2 y) f X (x )f X2 (x 2 )dx 2 dx x +x 2 y y x f X (x )f X2 (x 2 )dx 2 dx 7

f Y (y) F Y (y) f X (x ) y x f X2 (x 2 )dx 2 dx f X (x )F X2 (y x )dx f X (x )f X2 (y x )dx Uttrykket i siste linje kalles konvolusjonsformelen. Tilsvarende kan vises for diskrete stok. var. (integral erstattes da av summer) slik at vi totalt får: Konvolusjonsformelen: Fordelingen til Y X + X 2 der X og X 2 er uavh. stok. var. finnes ved: f Y (y) f X (x)f X2 (y x)dx x f X (x)f X2 (y x),kont., diskr. Konvolusjonsformelen kan generaliseres til summer av flere variable. 8

Eksempel: Mellom to byer går det to veier. Antall trafikkulykker per år på den ene veien, X, er Poisson-fordelt med forventning μ, mens antall ulykker på den andre veien, X 2, er Poisson-fordelt med forventning μ 2. Hva er fordelingen til totalt antall ulykker på deto veiene, Y X + X 2? f Y (y) x f X (x)f X2 (y x) y x0 y x0 μ x μ y x x! e μ 2 (y x)! e μ 2 y! x!(y x)! μx μ y x 2 e (μ +μ 2 ) y! y! e (μ +μ 2 ) y ( y x )μx μ y x x0 y! e (μ +μ 2 ) (μ + μ 2 ) y (μ + μ 2 ) y y! e (μ +μ 2 ) Y er altså Poisson-fordelt med forventningsverdi μ + μ 2. 2 9

Noen fordelinger (f.eks. normal, binomisk, Poisson og χ 2 ) har den egenskapen, som vist for Poisson, at summer av uavhengige variable er i samme fordelingsklasse (dvs summer har samme fordeling bare med andre parameterverdier). Se side 34/35 i formelsamlingen for en oversikt. Merk at det bare er noen fordelinger som har denne egenskapen - det er ikke en generell egenskap ved fordelinger. F.eks. så viat summen av to identisk eksponensialfordelte variable ble gammafordelt. 0