MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Övning 3 Vecka 4, 19 23.1.2015



Relevanta dokument
MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning, del I

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning, del I

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Exempel, del I

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Exempel, del I

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Exempel, del II

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning och exempel, del I

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning och exempel, del I

Exempel. Kontinuerliga stokastiska variabler. Integraler i stället för summor. Integraler i stället för summor

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning och exempel, del II

Föreläsning 7: Punktskattningar

Kurssammanfattning MVE055

Föreläsning 7: Punktskattningar

Kap 2. Sannolikhetsteorins grunder

Kapitel 3 Diskreta slumpvariabler och deras sannolikhetsfördelningar

Föreläsning 7: Punktskattningar

TAMS65. Formel- och tabellsamling i matematisk statistik TAMS65. Martin Singull TAMS65 TAMS65

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 7: Normalfördelning

FÖRELÄSNING 4:

Våra vanligaste fördelningar

Repetitionsföreläsning

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341, STN2) kl 08-12

FÖRELÄSNING 7:

TMS136. Föreläsning 4

Några extra övningsuppgifter i Statistisk teori

Mer om slumpvariabler

Grundläggande matematisk statistik

Problemdel 1: Uppgift 1

FORMELSAMLING MATEMATISK STATISTIK FÖR W; FMSF75 UPPDATERAD Sannolikhetsteori. Beskrivning av data. Läges-, spridnings- och beroendemått

Tentamen i Statistik, STA A13 Deltentamen 2, 5p 21 januari 2006, kl

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

Övning 1. Vad du ska kunna efter denna övning. Problem, nivå A

Veckoblad 3. Kapitel 3 i Matematisk statistik, Blomqvist U.

(x) = F X. och kvantiler

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

Föreläsning 5. Funktioner av slumpvariabler. Ett centralt resultat.

1 Föreläsning V; Kontinuerlig förd.

Kapitel 5 Multivariata sannolikhetsfördelningar

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 5: Summor och väntevärden

Två parametrar: µ (väntevärdet) och σ (standardavvikelsen) µ bestämmer normalfördelningens läge

4.1 Grundläggande sannolikhetslära

Matematikcentrum 1(6) Matematisk Statistik Lunds Universitet MASB11 - Biostatistisk grundkurs VT2014, lp3. Laboration 2. Fördelningar och simulering

FACIT: Tentamen L9MA30, LGMA30

Föreläsning 1. Repetition av sannolikhetsteori. Patrik Zetterberg. 6 december 2012

Fördelningsfunktionen för en kontinuerlig stokastisk variabel. Täthetsfunktionen för en kontinuerlig och en diskret stokastisk variabel.

TMS136. Föreläsning 7

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

Blandade problem från elektro- och datateknik

Bestäm med hjälp av en lämplig och välmotiverad approximation P (X > 50). (10 p)

Tentamen MVE301 Sannolikhet, statistik och risk

Föreläsning 5, FMSF45 Summor och väntevärden

SF1901: Övningshäfte

Lärmål Sannolikhet, statistik och risk 2015

Introduktion till statistik för statsvetare

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

TAMS79 / TAMS65 - vt TAMS79 / TAMS65 - vt Formel- och tabellsamling i matematisk statistik. TAMS79 / TAMS65 - vt 2013.

TAMS79: Föreläsning 6. Normalfördelning

FINGERÖVNINGAR I SANNOLIKHETSTEORI MATEMATISK STATISTIK AK FÖR I. Oktober Matematikcentrum Matematisk statistik

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 15 / TEN 1

Demonstration av laboration 2, SF1901

Lösningar till tentamen i Matematisk Statistik, 5p

0 om x < 0, F X (x) = x. 3 om 0 x 1, 1 om x > 1.

Föreläsning 8, Matematisk statistik Π + E

Formler och tabeller till kursen MSG830

Föreläsning 5, Matematisk statistik Π + E

4.2.1 Binomialfördelning

Stokastiska vektorer och multivariat normalfördelning

Övning 1(a) Vad du ska kunna efter denna övning. Problem, nivå A. Redogöra för begreppen diskret och kontinuerlig stokastisk variabel.

Lektionsanteckningar 11-12: Normalfördelningen

Veckoblad 3. Kapitel 3 i Matematisk statistik, Dahlbom, U.

Tentamen MVE302 Sannolikhet och statistik

LINKÖPINGS UNIVERSITET EXAM TAMS 27 / TEN 2

SF1911: Statistik för bioteknik

Väntevärde och varians

Föreläsning 5, Matematisk statistik 7.5hp för E Linjärkombinationer

Matematisk statistik KTH. Formel- och tabellsamling i matematisk statistik

TMS136: Dataanalys och statistik Tentamen

F10 Problemlösning och mer om konfidensintervall

Finansiell statistik, vt-05. Kontinuerliga s.v. variabler. Kontinuerliga s.v. F7 Kontinuerliga variabler

Stat. teori gk, ht 2006, JW F7 STOKASTISKA VARIABLER (NCT 5.7) Ordlista till NCT

Kap 6: Normalfördelningen. Normalfördelningen Normalfördelningen som approximation till binomialfördelningen

SF1901: SANNOLIKHETSTEORI OCH KONTINUERLIGA STOKASTISKA VARIABLER STATISTIK. Tatjana Pavlenko. 7 september 2016

Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, till detta tillkommer upp till 5 arbetsdagar för administration, annars är det detta datum som gäller:

0 om x < 0, F X (x) = c x. 1 om x 2.

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Sammanfattning, del I

Diskussionsproblem för Statistik för ingenjörer

Föreläsning 6, Matematisk statistik Π + E

Lösningar till uppgifter från Milton-Arnold, kap 3 4 Matematisk statistik

Formel- och tabellsamling i matematisk statistik

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

Tentamen Statistik och dataanalys 1, 5p Institutionen för matematik, natur- och datavetenskap, Högskolan i Gävle

BIOSTATISTISK GRUNDKURS, MASB11, VT-16, VT2 ÖVNING 3, OCH INFÖR ÖVNING 4

Föreläsning 12: Regression

Finansmatematik II Kapitel 2 Stokastiska egenskaper hos aktiepriser

Grundläggande matematisk statistik

Kap 3: Diskreta fördelningar

F5 STOKASTISKA VARIABLER (NCT , samt del av 5.4)

Matematisk statistik KTH. Formel- och tabellsamling i Matematisk statistik, grundkurs

Föreläsning 3. Kapitel 4, sid Sannolikhetsfördelningar

Sannolikhet och statistik XI

Transkript:

MS-A0509 Grundkurs i sannolikhetskalkyl och statistik Övning 3 Vecka 4, 19 23.1.2015 Gripenberg I1. Vi antar att antalet telefonsamtal som kommer till ett servicenummer under en tidsperiod med längden T är Poisson-fördelat med parametern λt så att det under en minut kommer i genomsnitt 20 samtal och antalen samtal under disjunkta intervall är oberoende. a Vad är väntevärdet av antalet samtal under en timme? b Vad är sannolikheten att tidsintervallet mellan två samtal är längre än 4 sekunder? c Vad är sannolikheten att det under en timme kommer mera än 1300 samtal? Använd normalapproximation! Svar: 1200, 0.264, 0.002 Lösning: a Antalet samtal under en minut är Poisson-fördelat med parametern 20 eftersom parametern är väntevärdet. Eftersom det finns 60 minuter i en timme så är antalet samtal under en timme Poisson-fördelat med parametern 60 20 så att väntevärdet blir 1200. b Om antalet samtal under varje tidsperiod med längden T har fördelningen PoissonλT och antalet samtal under disjunkta intervall är oberoende så har tidsintervallet mellan två samtal fördelningen Expλ och vilket i detta fall betyder att λ = 20 med enheten 1 eller 1 med enheten 1. Om X Expλ så är PrX > a = min 3 s e λa vilket betyder att tidsintervallet mellan två samtal är längre än 4 sekunder med sannolikheten e 4 3 = 0.264. c Enligt den centrala gränsvärdessatsen gäller X EX a N0, 1 om X är en VarX summa av tillräckligt många oberoende slumpvariabler med ändlig varians. Poissonfördelningen uppfyller detta villkor då λ är tillräckligt stort och i detta fall är EX = VarX = λ = 1200. Detta innebär att PrX > 1300 = Pr X EX VarX > 1300 1200 1200 = Pr X EX > 2.8868 0.0019462. VarX Det exakta svaret är ca. 0.0020733 så approximationen ger helt rätt uppfattning om storleksordningen på sannolikheten. I2. Antag att X, Y är normalfördelad där X är längden i cm av en population av barn och ungdomar i åldern 5 20 år och Y är fotstorleken också i cm. Mätningar har visat att vi kan anta att väntevärdena är EX = 147 och EY = 22, standardavvikelserna σ X = 14 och σ Y = 2 och korrelationen ρ XY = 0.85. Bestäm sannolikheten för att en person i denhär populationen som är 160 cm lång har en fotlängd på högst 21 cm. Ledning: Om X, Y är normalfördelad så är Y X = x Nµ Y +ρ σ Y σ X x µ X, 1 ρ 2 σ 2 Y. Svar: 0.007

Lösning: Eftersom X, Y är normalfördelade så är Y X = x Nµ Y +ρ σ Y σ X x µ X, 1 ρ 2 σy 2 så att Y :s fördelning när X = 160 är 2 Y N 22 + 0.85 14 160 147, 1 0.852 4 = N23.579, 1.11. Detta betyder att Y 23.579 PrY 21 X = 160 = Pr 1.11 21 23.579 1.11 X = 160 = PrZ 2.448 0.007. I3. En bank har lånat hundra miljoner till två olika kunder A och B och när banken säljer sina lånefordringar till olika investerare så gör den två paket α och β av lånen på följande sätt: Den som köper paketet α som har högre risknivå får hundra miljoner om både A och B betalar tillbaka sina lån medan den som köper paketet β som har lägre risknivå får hundra miljoner om åtminstone en av låntagarna A och B betalar tillbaka sitt lån. Låt X vara en slumpvariabel som får värdet 1 om A betalar tillbaka sitt lån och annars 0 och låt Y vara en slumpvariabel som får värdet 1 om B betalar tillbaka sitt lån och annars 0. Antag nu att PrX = 1 = PrY = 1 = 0.95. a Beräkna sannolikheten för att den som köpt paketet α förlorar sina pengar och sannolikheten att den som köpt paketet β förlorar sina pengar om X och Y är oberoende. b Beräkna samma sannolikheter som i punkt a om man antar att korrelationen mellan X och Y är 0.6. c Hur många procent större eller mindre är dessa sannolikheter i fallet b än i fallet a? Ledning: I båda fallen behöver man sannolikheterna p ij = PrX = i, Y = j då i, j {0, 1} och i b-fallet kan du räkna ut p 11 med hjälp av definitionen av korrelationen efter att du först räknat ut väntevärdena och varianserna av X och Y. Svar: a 0.0975 och 0.0025, b 0.069 och 0.031, c 29.2% och +1140% Lösning: Låt PrX = i, Y = j = p ij där i, j {0, 1}. Dessutom vet vi att PrX = 1 = PrY = 1 = 0.95 ja PrX = 0 = PrY = 0 = 0.05. a När X och Y är oberoende så är p 00 = 0.05 0.05 = 0.0025, p 11 = 0.95 0.95 = 0.9025, p 10 = p 01 = 0.05 0.95 = 0.0475. Köparen av paketet α förlorar sina pengar med sannolikheten PrX = 0 eller Y = 0 = 1 p 11 = 1 0.9025 = 0.0975, och köparen av paketet β förlorar sina pengar med sannolikheten PrX = 0 ja Y = 0 = p 00 = 0.0025.

b Om X och Y inte är oberoende så vet vi åtminstone att p 00 + p 01 = p 00 + p 10 = 0.05, p 01 + p 11 = p 10 + p 11 = 0.95, EX = EY = 0.95, VarX = VarY = 0.05 0.95 = 0.0475. Om nu korrelationen mellan X och Y är 0.6 så gäller av vilket följer att 0.6 = EXY EXEY = p 11 0.9025, VarXVarY 0.0475 p 11 = 0.9025 + 0.6 0.0475 = 0.931, p 01 = p 10 = 0.95 0.931 = 0.019, p 00 = 0.05 0.019 = 0.031. Dethär betyder att köparen av paketet α förlorar sina pengar med sannolikheten PrX = 0 eller Y = 0 = 1 p 11 = 0.069, och köparen av paketet β förlorar sina pengar med sannolikheten PrX = 0 och Y = 0 = p 00 = 0.031. c För paketet med högre risknivå minskar sannolikheten att förlora pengarna med 100 1 0.069 = 29.2% medan för paketet med lägre risknivå ökar sannolikheten att 0.0975 0.031 förlora sina pengar med 100 0.0025 1 = 1140%. I4. Antag att X N0, 1 och att Y = W X där W är en diskret slumpvariabel så att X och W är oberoende och PrW = 1 = PrW = 1 = 1. 2 a Bestäm Y :s fördelningsfunktion genom att räkna ut PrY t och bestäm CorX, Y genom att räkna CovX, Y. b Visa att X och Y inte är oberoende. c Varför följer det av det av resultaten i punkterna a och b att X, Y inte är normalfördelad vilket visar att för att X, Y skall vara normalfördelad räcker det inte att X och Y är det? Ledning: Händelsen {Y t} är unionen av de disjunkta händelserna {X t, W = 1} och {X t, W = 1}, använd antagandet att X och W är oberoende och det faktum att 1 F N0,1 t = F N0,1 t. För att räkna korrelationen behöver du bara räkna ut EXY, igen använda antagandet att X och W är oberoende och komma ihåg hur man räknar väntevärdet av två funktioner av oberoende slumpvariabler. I punkt b kan du använda händelserna A = {X 2} och B = { Y 1} och då räcker det att undersöka vilka av händelserna A, B och A B som har positiv sannolikhet. Lösning: a Eftersom X och W är oberoende och eftersom för en N0, 1-fördelad slumpvariabels fördelningsfunktion F N0,1 gäller pga. symmetrin 1 F N0,1 t = F N0,1 t

så får vi PrY t = PrW X t = Pr X t, W = 1 + PrX t, W = 1 = Pr X t PrW = 1 + PrX t PrW = 1 = PrX > t 1 2 + PrX t1 2 = 1 2 1 F N0,1 t + F N0,1 t = 1 2 F N0,1t + F N0,1 t = F N0,1 t, så att Y N0, 1. Eftersom W och X är oberoende så gäller EgW hx = EgW EhX för alla funktioner g och h så att EXY = EW X 2 = EW EX 2 = 0 1 = 0. Detta betyder att CorX, Y = 0. b Om A = {X 2} och B = { Y 1} så är PrA = F N0,1 2 > 0, PrB = F N0,1 1 F N0,1 1 > 0 men A B = eftersom W = ±1 och därmed Y = X så att 0 = PrA B PrA PrB. Detta innebär att A och B och därmed X och Y inte är oberoende. c Om X, Y skulle vara normalfördelad så skulle det följa av CorX, Y = 0 att X och Y är oberoende, men eftersom de inte är det så är inte heller X, Y normalfördelad. I5. Antag att en viss sorts lampor fungerar under en tid som är exponentialfördelad med parametern λ och att dessa livslängder hos olika lampor är oberoende av varandra. Antag också att då en lampa gått sönder byts den genast ut mot en ny hel lampa. Antag nu att det sker exakt ett sådant lampbyte i tidsintervallet [0, T ]. Vad är då fördelningen av tidpunkten för detta lampbyte? Ledning: Låt X 1 vara livslängden för den första lampan det är en följd av exponentialfördelningens egenskaper att livslängden av den lampa som används vid tidpunkten 0 kan räknas från denna tidpunkt och X 2 livslängden av följande lampa så att den första lampan byts ut vid tidpunkte X 1 och den andra vid tidpunkten X 1 +X 2. Uttryck med hjälp av X 1 och X 2 händelserna A = { den första lampan byts senast vid tidpunkten t } och B = { i intervallet [0, T ] sker exakt ett lampbyte }. Fördelningsfunktionen för tidpunkten för det första lampbytet är då PrA B vilket du skall räkna ut. Kom också ihåg hur sannolikheter som PrX a, b], Y AX, BX] kan räknas i dethär fallet med BX =. Lösning: Låt X 1 och X 2 vara Expλ fördelade och oberoende. Händelsen i intervallet [0, T ] sker exakt ett lampbyte kan skrivas som {X 1 T, X 1 + X 2 > T } och händelsen den första lampan byts senast vid tidpunkten t som {X 1 t}. Nu skall räkna ut PrX 1 t X 1 T, X 1 + X 2 > T, 0 t T. Händelsen X 1 t, X 1 T, X 1 +X 2 > T är densamma som händelsen X 1 t, X 1 +X 2 > T om vi antar att t T. Eftersom PrX 2 > T s = e λt s så är PrX 1 t, X 1 + X 2 > T = PrX 1 t, X 2 > T X 1 = t 0 e λt s λe λs ds t = λe λt ds = λe λt t. 0

Genom att sätta in t = T får vi också PrX 1 T, X 1 + X 2 > T = λe λt T så att PrX 1 t X 1 T, X 1 + X 2 > T = PrX 1 t, X 1 T, X 1 + X 2 > T PrX 1 T, X 1 + X 2 > T = λe λt t λe λt T = t T. Av detta kan vi dra slutsatsen att om det sker exakt ett lampbyte i intervallet [0, T ] så är detta byte jämnt fördelat i detta intervall.