Galton-brett og sentralgrenseteorem

Like dokumenter
Terningkast. Utfallsrommet S for et terningskast med en vanlig spillterning med 6 sider er veldefinert 1, 2, 3, 4, 5, 6

Myntkast og binomialfordelingen

Pilkast og kjikvadrat fordelingen

Diskrete sannsynlighetsfordelinger som histogram. Varians. Histogram og kumulativ sannsynlighet. Forventning (gjennomsnitt) (X=antall mynt i tre kast)

Diskrete sannsynlighetsfordelinger som histogram. Varians. Histogram og kumulativ sannsynlighet. Binomial-fordelingen

Bernoulli forsøksrekke og binomisk fordeling

Forelening 1, kapittel 4 Stokastiske variable

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

TMA4240 Statistikk Høst 2008

µ = E(X) = Ʃ P(X = x) x

Statistikk 1 kapittel 5

Midtveiseksamen i STK1100 våren 2017

Løsningsforslag ECON 2130 Obligatorisk semesteroppgave 2017 vår

Utvalgsfordelinger. Utvalg er en tilfeldig mekanisme. Sannsynlighetsregning dreier seg om tilfeldige mekanismer.

Statistikk 1 kapittel 5

TMA4240/TMA4245 Statistikk Oppsummering diskrete sannsynlighetsfordelinger

Tilfeldige variabler. MAT0100V Sannsynlighetsregning og kombinatorikk

Forelesning 5: Kontinuerlige fordelinger, normalfordelingen. Jo Thori Lind

1 Section 4-1: Introduksjon til sannsynlighet. 2 Section 4-2: Enkel sannsynlighetsregning. 3 Section 5-1: Introduksjon til sannsynlighetsfordelinger

TMA4245 Statistikk Høst 2016

Forelesning 3. april, 2017

MAT4010 PROSJEKTOPPGAVE: Statistikk i S2. Olai Sveine Johannessen, Vegar Klem Hafnor & Torstein Mellem

Statistikk 1 kapittel 5

To-dimensjonale kontinuerlige fordelinger

Introduksjon til statistikk og dataanalyse. Arild Brandrud Næss TMA4240 Statistikk NTNU, høsten 2013

ST1101/ST6101 Sannsynlighetsregning og statistikk Vår 2019

Statistikk 1 kapittel 5

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

Skrivne og trykte hjelpemiddel samt kalkulator er tillate. Ta med all mellomrekning som trengst for å grunngje svaret.

Kapittel 4.3: Tilfeldige/stokastiske variable

ST0103 Brukerkurs i statistikk Høst 2014

Test, 3 Sannsynlighet og statistikk

Sannsynlighet og statistikk

UNIVERSITETET I OSLO

ÅMA110 Sannsylighetsregning og statistikk Løsningsforslag til eksamen høst 2010, s. 1. Oppgave 1. Histogram over frekvenser.

Kap. 5.2: Utvalgsfordelinger for antall og andeler

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

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

STK1100 våren Forventningsverdi. Forventning, varians og standardavvik

Forelesning 7: Store talls lov, sentralgrenseteoremet. Jo Thori Lind

Regneregler for forventning og varians

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

TMA4240 Statistikk H2010

3.1 Stokastisk variabel (repetisjon)

Simulering - Sannsynlighet

TMA4240 Statistikk H2010

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Foreleses onsdag 8. september 2010

Bootstrapping og simulering Tilleggslitteratur for STK1100

Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger.

Oppfriskning av blokk 1 i TMA4240

OPPGAVEHEFTE I STK1000 TIL KAPITTEL 5 OG 6. a b

Illustrasjon av regel 5.19 om sentralgrenseteoremet og litt om heltallskorreksjon (som i eksempel 5.20).

FORMELSAMLING TIL STK1100 OG STK1110

TMA4240 Statistikk Høst 2016

Gammafordelingen og χ 2 -fordelingen

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

Sannsynlighet og statistikk

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere

Medisinsk statistikk Del I høsten 2009:

Sannsynlighet og statistikk S2 Løsninger

Høgskoleni Øs fold EKSAMEN. Om noe er uklart eller mangelfullt i oppgaven inngår det som en del av oppgaven å ta de nødvendige forutsetninger.

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere

Tilfeldige variabler. MAT0100V Sannsynlighetsregning og kombinatorikk

Kapittel 3: Stokastiske variable og sannsynlighetsfordelinger

ST0202 Statistikk for samfunnsvitere

Høgskoleni østfold EKSAMEN

TMA4240 Statistikk Eksamen desember 2015

Utvalgsfordelinger. Utvalg er en tilfeldig mekanisme. Sannsynlighetsregning dreier seg om tilfeldige mekanismer.

TMA4240/TMA4245 Statistikk: Oppsummering kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger

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

ECON Statistikk 1 Forelesning 3: Sannsynlighet. Jo Thori Lind

Løsning eksamen desember 2017

Kap. 7 - Sannsynlighetsfordelinger

Kapittel 5: Tilfeldige variable, forventning og varians.

Eksempel: kast med to terninger

Kapittel 4.4: Forventning og varians til stokastiske variable

Statistikk 1 kapittel 4

Prøveunderveiseksamen i MAT-INF 1100, H-03

ST1101/ST6101 Sannsynlighetsregning og statistikk Vår 2019

Beskrivende statistikk.

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.

SANNSYNLIGHETSREGNING

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

STK1100 våren Kontinuerlige stokastiske variabler Forventning og varians Momentgenererende funksjoner

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

GeoGebra-opplæring i Matematikk S2

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

EKSAMEN KANDIDATNUMMER: EKSAMENSDATO: 10. juni Ingeniørutdanning. TID: kl EMNEANSVARLIG: Hans Petter Hornæs

ECON240 Vår 2018 Oppgaveseminar 1 (uke 6)

Sannsynlighetsfordelinger Diskret variabel. Sannsynlighetsfordelinger. Statistiske sannsynlighetsfordelinger Halvor Aarnes, UiO, S.E. & O.

UNIVERSITETET I OSLO

Ferdig før tiden 4 7 Ferdig til avtalt tid 12 7 Forsinket 1 måned 2 6 Forsinket 2 måneder 4 4 Forsinket 3 måneder 6 2 Forsinket 4 måneder 0 2

Kontinuerlige sannsynlighetsfordelinger.

ÅMA110 Sannsynlighetsregning med statistikk, våren 2006 Kp. 6, del 3

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

EKSAMEN I FAG TMA4240 STATISTIKK

TMA4240 Statistikk Høst 2015

MAT0100V Sannsynlighetsregning og kombinatorikk

Transkript:

Halvor Aarnes, IBV, 2014 Galton-brett og sentralgrenseteorem På et Galton-brett (Sir Francis Galton) beveger kuler for eksempel erter eller klinkekuler seg som følge av tyngdekraften på et skråstilt brett med hindringer. Brettet består av en rekke Bernoulli-eksperimenter. Hver gang en ert ellerkule treffer en hindring i form av en pigg på brettet er det to muligheter: Kulen kan bevege seg med like stor sannsynlighet til høyre (H-suksess) eller til venstre (V-ikke suksess). Deretter faller kulen til neste nivå hvor Bernoulli-eksperimentet blir gjentatt. Gjentatte Bernoulli-eksperimenter følger en binomial fordeling hvor det bare er to mulige utfall. Til slutt og nederst faller kulene ned i atskilte brønner. Det er større sannsynlighet for at en kule treffer en hindring i midten av brettet enn i ytterkantene, og det er flere muligheter nær midten. Brettet kan lages med tre- eller metall-pigger på en glatt plate for eksempel en treplate. 1

Figur 1. Galton-brett. Jo flere veier en kule har mulighet til å velge, desto nærmere sentrumsbrønnen havner den. P(x) er sannsynligheten for et gitt utfall. Det betyr at kulen har størst sannsynlighet for å havne i brønn 2-4 på figuren, altså blant de midterste. Det interessante er at normalfordelingen kommer naturlig som et estimat fra en kombinasjon av et stort antall uavhengige hendelser. Dette er et resultat av sentralgrenseteoremet. Gjennomsnittet av et stort antall uavhengige hendelser, som ikke nødvedigvis må følge normalfordelingen, i Galton-brett følges den diskrete binomialfordelingen, men kulene i brønnene følger tilnærmet den kontinuerlige normalfordelingen. Det skyldes av for en stor verdi av n for en binomial variabel med utfall p=0.5 så vil denne ha samme form som normalfordelingen, det vil si med ca. samme gjennomsnitt og standardavvik Figur 2. V-ventre og H-Høyre. Figuren viser mulighetene ved hver hindring. Man ser at tallene som går igjen er tallene i Pascals trekant. Det er flere mulige veier å velge for kulen i midten av brettet. For den nederste rekken er det ikke satt opp de mulige utfallene, men tallene som dukker opp før kulene faller ned i brønnene på bunnen av brettet blir blir for de 2 6 =64 mulige utfallene: 2

1/64, 6/64, 15/64, 20/64, 15/64, 6/64, 1/64 hvor 1+6+15+20+15+6+1=64 Vi definerer fakultetsfunksjonen n! (n fakultet)! 1 2 3 3 2 1 0! 1 Det er bare en måte å ordne null objekter. Fakultetsfunksjonen gjelder bare for positive heltall. Det er bare når n=0 og n=1 at n! blir et oddetall, ellers blir det alltid et liketall, og den øker meget raskt med n. Tallene for n-fakultet for tallene 0 til 12: 1 1 2 6 24 120 720 [5040 40320 362880 3628800 39916800 479001600 Fakultetsfunksjonen kan også uttrykkes som produktnotasjon:! Når man regner ut binomialkoeffisienten benyttes fakultetsfunksjonen:!!! Binomialkoeffisientene kan settes opp i Pascals trekant, hvor tallene i neste horisontale linje er summen av de ovenfor og havner midt mellom dem. 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 3

Trekanten er symmetrisk om midtlinjen og De tilsvarende tallene satt opp som binomialkoeffisienter 0 0 1 1 0 1 2 0 2 1 2 2 3 0 3 1 3 2 3 3 4 0 4 1 4 2 4 3 4 4 5 0 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 6 0 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 4

Vi kan simulere et Galton-brett som har seks rader med pinner ved å kaste en mynt 6 ganger. Blir det kron (suksess) går man til høyre (H) og blir det mynt (ikke-suksess) går man til venstre (V). Et mulig utfall er følgende 4 til høyre og 2 til venstre (tilsvarende 4 kron) Figur 3. Vi kan simulere et Galton-brett ved å kaste en mynt 6 ganger. Blir det kron (suksess) går man til høyre (H) og blir det mynt (ikkesuksess) går man til venstre (V). Et mulig utfall er følgende 4 til høyre og 2 til venstre (tilsvarende 4 kron) Binomialkoeffisentene for 6 mynter og antall kron blir 1 6 15 20 15 6 1 De tilsvarende sannsynlighetene for å få disse utfallene, for myntkast er p=0.5, q=1-p=0.5 0.015625 0.093750 0.234375 0.312500 0.234375 0.093750 0.015625 Sannsynligheten for å få for eksempel 4 kron i 6 kast er ca. 23% Summen av disse sannsynlighetene er lik 1. Vi kan gjøre et simuleringsforsøk ved å kaste en mynt 6 ganger, telle antall kron, og gjenta dette 10000 ganger. 5

Vi kan simulere en binomial fordeling med betingelsene vi har valgt her med 6 kast av en mynt og telling av antall kron. Deretter plotter vi en tilsvarende normalfordeling med samme standardavvik og gjennomsnitt. Figur 5. Simulering av 6 myntkast og sannsynlighten for utfallet kron eller bevege seg til høyre (H) når en ert treffer en pinne på et Galton-brett med 6 rader med pinner og 6 brønner på bunnen avbrettet. I en binomial fordeling er sannsynligheten for suksess k ganger i n uavhengige forsøk P(X=k) lik:!!! 0,1,2,3,, q er sannsynligheten for ikke-suksess. Det vil si at kastes n antall mynter med p=0.5 så angir binomialfordelingen sannsynligheten for k kron i n-kast for hvert av heltallene av k mellom 0 og n. 6

Summen av alle punktsannsynlighetene, det vil si fordelingsfunksjonen F(x), er den kumulative sannsynligheten, og den blir alltid lik 1: 1 For eksempel er P(a x b) gitt ved Forventningsverdien E(X) og variansen Var(X) for en binomial fordeling er: E(x)=6 0.5 =3, Var(x)=1.5, SD=1. Oppgave Lag et Galton-brett med trepinner. Kjøp tørre runde erter på butikken. Et ikke optimalt konstruert Galton-brett. Det ble borret for mange rekker med hull. Trepinner er greit hvis man bruker erter, men med klinkekuler som er tyngre gikk det dårlig med trepinner. 7

Referanser R Development Core Team (2011). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. ISBN 3-900051-07-0, URL http://www.r-project.org/. Wikipedia 8