Matematisk statistik 9hp Föreläsning 2: Slumpvariabel

Relevanta dokument
Föreläsning 2, FMSF45 Slumpvariabel

Föreläsning 2, Matematisk statistik för M

Matematisk statistik 9 hp Föreläsning 3: Transformation och simulering

Exempel för diskreta och kontinuerliga stokastiska variabler

Föreläsning 4, Matematisk statistik för M

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 5: Summor och väntevärden

Föreläsning 3, Matematisk statistik Π + E

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

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

SF1922/SF1923: SANNOLIKHETSTEORI OCH DISKRETA STOKASTISKA VARIABLER STATISTIK. Tatjana Pavlenko. 23 mars, 2018

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 7: Normalfördelning

Kap 2. Sannolikhetsteorins grunder

Föreläsning 5, FMSF45 Summor och väntevärden

Matematisk statistik för B, K, N, BME och Kemister

Satsen om total sannolikhet och Bayes sats

Matematisk statistik 9 hp Föreläsning 8: Binomial- och Poissonfördelning, Poissonprocess

Övning 1 Sannolikhetsteorins grunder

SOS HT Slumpvariabler Diskreta slumpvariabler Binomialfördelning. Sannolikhetsfunktion. Slumpförsök.

Formel- och tabellsamling i matematisk statistik

SF1901: SANNOLIKHETSTEORI OCH FLERDIMENSIONELLA STOKASTISKA STATISTIK VARIABLER. Tatjana Pavlenko. 8 september 2017

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

histogram över 1000 observerade väntetider minuter 0.06 f(x) täthetsfkn x väntetid

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

Föreläsning 5, Matematisk statistik Π + E

Föreläsning 3. Sannolikhetsfördelningar

SF1911: Statistik för bioteknik

Våra vanligaste fördelningar

Matematisk statistik 9 hp för I, Pi, C, D och fysiker Föreläsning 1: Introduktion och Sannolikhet

histogram över 1000 observerade väntetider minuter 0.06 f(x) täthetsfkn x väntetid 1

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

4.2.1 Binomialfördelning

4.1 Grundläggande sannolikhetslära

Matematisk statistik KTH. Formel- och tabellsamling i matematisk statistik

TMS136. Föreläsning 4

Matematisk statistik KTH. Formelsamling i matematisk statistik

Matematisk statistik for B, K, N, BME och Kemister. Matematisk statistik slumpens matematik. Beskriva Data Florence Nightingale. Forel.

Föreläsning 8, FMSF45 Binomial- och Poissonfördelning, Poissonprocess

Grundläggande matematisk statistik

Grundläggande matematisk statistik

Matematisk statistik 9 hp Föreläsning 4: Flerdim

SF1920/SF1921 Sannolikhetsteori och statistik 6,0 hp Föreläsning 3 Diskreta stokastiska variabler. Jörgen Säve-Söderbergh

FORMELSAMLING HT-18 MATEMATISK STATISTIK FÖR B, K, N, BME OCH KEMISTER; FMSF70 & MASB02. Sannolikhetsteori. Beskrivning av data

Matematisk statistik - Slumpens matematik

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

Grundläggande matematisk statistik

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

Föreläsning 8 för TNIU23 Integraler och statistik

Statistiska metoder för säkerhetsanalys

Grundläggande matematisk statistik

Matematisk statistik 9.5 hp, HT-16 Föreläsning 11: Konfidensintervall

Kolmogorovs Axiomsystem Kolmogorovs Axiomsystem Varje händelse A tilldelas ett tal : slh att A inträar Sannolikheten måste uppfylla vissa krav: Kolmog

F5 STOKASTISKA VARIABLER (NCT , samt del av 5.4)

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

Kurssammanfattning MVE055

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

Matematisk statistik för B, K, N, BME och Kemister

1 Föreläsning V; Kontinuerlig förd.

Grundläggande matematisk statistik

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, VT 2009) Föreläsning 2. Diskreta Sannolikhetsfördelningar. (LLL Kap 6) Stokastisk Variabel

Tentamen i Matematisk Statistik, 7.5 hp

(x) = F X. och kvantiler

Föreläsning 8, Matematisk statistik Π + E

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

Statistik 1 för biologer, logopeder och psykologer

Föreläsning 1, Matematisk statistik Π + E

Finansiell Statistik (GN, 7,5 hp,, HT 2008) Föreläsning 3

Matematisk statistik 9hp för: C,D,I, Pi

Kapitel 4 Sannolikhetsfördelningar Sid Föreläsningsunderlagen är baserade på underlag skrivna av Karl Wahlin

Repetitionsföreläsning

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

4 Diskret stokastisk variabel

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

Matematisk statistik för D, I, Π och Fysiker

Föreläsning G70 Statistik A

Utfall, Utfallsrummet, Händelse. Sannolikhet och statistik. Utfall, Utfallsrummet, Händelse. Utfall, Utfallsrummet, Händelse

1.1 Diskret (Sannolikhets-)fördelning

Matematisk statistik 9 hp, HT-16 Föreläsning 10: Punktskattningar

Föreläsning 7: Punktskattningar

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Stokastiska Processer F2 Föreläsning 1: Repetition från grundkursen

FÖRELÄSNING 4:

SF1901: SANNOLIKHETSTEORI OCH STATISTIKTEORI KONSTEN ATT DRA INTERVALLSKATTNING. STATISTIK SLUTSATSER. Tatjana Pavlenko.

Tentamen i matematisk statistik (9MA241/9MA341, STN2) kl 14 18

SF1901: Sannolikhetslära och statistik. Väntevärde; Väntevärde för funktioner av s.v:er; Varians; Tjebysjovs olikhet. Jan Grandell & Timo Koski

Jörgen Säve-Söderbergh

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

TAMS79: Föreläsning 4 Flerdimensionella stokastiska variabler

Föreläsning 7: Punktskattningar

SF1901 Sannolikhetsteori och statistik I

SF1901: Sannolikhetslära och statistik

Tentamen i Tillämpad Matematik och statistik för IT-forensik. Del 2: Statistik 7.5 hp

Matematisk statistik för B, K, N, BME och Kemister

Slumpvariabler och sannolikhetsfördelningar

Introduktion till statistik för statsvetare

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

Transkript:

Matematisk statistik 9hp Föreläsning 2: Slumpvariabel Anna Lindgren 6+7 september 2016 Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 1/23

Begrepp Samband Grundläggande begrepp Utfall resultatet av ett slumpmässigt försök. Bet. ω 1, ω 2,... Händelse en samling av ett eller flera utfall. Bet. A, B,... Utfallsrum mängden av möjliga utfall. Bet. Ω Kolmogorovs axiomsystem 0 P(A) 1 En sannolikhet är ett tal mellan 0 och 1 P(Ω) = 1 Sannolikheten att något alls skall hända är 1 P(A B) = P(A) + P(B) Om och endast om A och B är disjunkta Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 2/23

Begrepp Samband Några viktiga samband Additionssatsen: P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) Betingad sannolikhet: P(A B) = P(A B) P(B) Total sannolikhet: P(A) = n i=1 P(A H i) P(H i ) om H i H j =, i j och Bayes sats: P(H i A) = P(A H i) P(H i ) P(A) n H i = Ω Oberoende: Händelserna A och B är oberoende P(A B) = P(A) P(B) i=1 Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 3/23

Stokastisk variabel En stokastisk variabel eller slumpvariabel är ett tal vars värde styrs av slumpen (en funktion Ω R). Bet. X, Y,.... En stokastisk variabel är Diskret om den kan anta ett ändligt antal (ex 1, 3, π), eller uppräkneligt oändligt (ex 0, 1, 2,...). Ex: X = Antal sönderfallande partiklar i ett radioaktivt ämne under 1 s. Y = Antal personer av 100 som svarar ja på frågan Skulle du rösta ja om det vore EMU-val i dag? Kontinuerlig om den kan anta alla reella tal i ett intervall, typiskt resultatet av en mätning. Ex: X = Hastigheten hos nästa bil som passerar. Y = Temperaturen i morgon. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 4/23

Sannolikhetsfunktion Standardfördelningar Sannolikhetsfunktion För en diskret s.v. X definieras sannolikhetsfunktionen som p X (k) = P(X = k) Några egenskaper: 0 p X (k) 1, eftersom det är sannolikheter b P(a X b) = p X (k) k=a p X (k) = 1. Slh att X skall anta något värde är 1. alla k Observera att en stokastisk variabel jämförd med ett tal är en händelse. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 5/23

Sannolikhetsfunktion Standardfördelningar Exempel: Keno-3 I Keno-3 väljs 3 av 70 nr. Vid dragning väljs 20 av dessa 70 ut som vinstnummer. Låt X = Antal vinstnr man prickar in. Sannolikhetsfunktionen för X är k 0 1 2 3 p X (k) 0.36 0.45 0.17 0.02 Två vinstnr ger 5 kr och 3 vinstnr ger 90 kr. a) Vad är sannolikheten att vinna något? b) Vad är sannolikheten att man fått två vinstnummer under förutsättning att man vunnit? Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 6/23

Sannolikhetsfunktion Standardfördelningar Binomialfördelning Beteckning: X Bin(n, p) Förekomst: Ett slumpmässigt försök med en händelse A där P(A) = p upprepas n oberoende ggr, X = Antal ggr A inträffar. Sannolikhetsfunktion: p X (k) = ( ) n p k (1 p) n k, k k = 0, 1,..., n Ex: X = Antal sexor på tio tärningskast. X Bin(10, 1/6) Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 7/23

Sannolikhetsfunktion Standardfördelningar Poissonfördelning Beteckning: X Po(μ) Förekomst: Räknar antal händelser. Sannolikhetsfunktion: p X (k) = e μ μk, k = 0, 1, 2,... k! Ex: Bilar som passerar på en väg. Antal radioaktiva sönderfall. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 8/23

Sannolikhetsfunktion Standardfördelningar ffg-fördeling Beteckning: X ffg(p) Förekomst: Försöket med händelsen A upprepas oberoende, där P(A) = p. X = Antal försök tills A inträffar för första gången. Sannolikhetsfunktion: p X (k) = p(1 p) k 1, k = 1, 2,... Ex: Antal slantsinglingar t.o.m. första krona. X ffg(1/2). Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 9/23

Sannolikhetsfunktion Standardfördelningar Geometrisk fördelning Beteckning: Y Ge(p) Förekomst: Försöket upprepas. Y = Antal försök innan A inträffar första gången (dvs Y = X 1), där P(A) = p. Sannolikhetsfunktion: p Y (k) = p(1 p) k, k = 0, 1,... Ex: Antal tärningskast innan första sexa. Y Ge(1/6). Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 10/23

Täthetsfunktion Standardfördelningar Täthetsfunktion En kontinuerlig s.v. X har i stället en täthetsfunktion f X (x). P(X A) = f X (x) dx A Några egenskaper: f X (x) 0 P(a X b) = b a f X (x) dx f X (x) dx = 1. Slh att X skall anta något värde är 1. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 11/23

Täthetsfunktion Standardfördelningar Rektangel- eller likformig fördelning Beteckning: X R(a, b) eller X U(a, b) (eng. uniform) Täthetsfunktion: f X (x) = { 1 b a, 0 f.ö. a x b 1/(b a) 0 a b Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 12/23

Täthetsfunktion Standardfördelningar Exponentialfördelning Beteckning: X Exp(λ) eller X Γ(1, λ) Täthetsfunktion: { λe λx, x 0 f X (x) = 0 x < 0 f X (x) 2 1.5 1 λ = 2 λ = 1 λ = 1/2 λ = 1/4 0.5 0 0 2 4 6 x Anm. Ibland (t.ex. i Matlab) används bet. Exp(μ) där μ = 1/λ. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 13/23

Täthetsfunktion Standardfördelningar Normalfördelning Beteckning: X N(μ, σ) Täthetsfunktion: f X (x) = 1 (x μ) e 2σ 2, 2 < x < 2πσ 2 0.5 µ = 4 0.15 σ = 2 σ = 1 f X (x) f X (x) µ = 0 µ = 10 σ = 2 0 2 0 2 4 6 8 10 x 0 20 0 20 40 x Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 14/23

Exempel Glödlampa Fördelningsfunktion För att räkna ut sannolikheter behöver man summera p X (k) eller integrera f X (x). Det kan därför vara användbart att ha en fördelningsfunktion (borde heta kumulativ förd.funk.) F X (x) = P(X x) Några egenskaper: 0 F X (x) 1, eftersom det är en sannolikhet F X (x) är växande. Diskret Kontinuerlig F X (x) = k x p X (k) F X (x) = x p X (k) = F X (k) F X (k 1) f X (x) = d dx F X(x) f X (t) dt Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 15/23

Exempel Glödlampa Fördelningsfunktion Diskret b P(a < X b) = p X (k) P(a < X b) = F X (b) F X (a) k=a+1 p X (k) F X (x) P(a < X b) = a b a b k k b a f X (x) dx Kontinuerligt P(a < X b) = F X (b) F X (a) f X (x) F X (x) a b x a b x Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 16/23

Exempel Glödlampa Fördelningsfunktion N(0,1) F X (x) = Φ(x) där Φ(x) räknas ut numeriskt eller fås från tabell. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 17/23

Exempel Glödlampa Fördelningsfunktion Ge(0.3) F X (x) = { 1 (1 0.3) x +1 x 0 0 x < 0 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 18/23

Exempel Glödlampa Fördelningsfunktion Exp(0.5) F X (x) = { 1 e 0.5x x 0 0 x < 0 Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 19/23

Exempel Glödlampa Exempel Glödlampa Låt X = Livslängden hos en glödlampa (enhet: år). Antag att fördelningen för X beskrivs av följande täthetsfunktion { e x, x 0 f X (x) = 0 x < 0 a) Beräkna F X (x) samt skissa den och f X (x). b) Beräkna sannolikheten att lampan håller minst två år. c) Om vi sett att lampan lyst ett år, vad är sannolikheten att den lyser två år till? Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 20/23

Exempel α-kvantil, x α En kvantil, x α, till en s.v. X är en gräns som överskrids med slh α. Den fås som lösning till någon av följande ekvationer. F X (x α ) = 1 α xα f X (x) dx = 1 α x α f X (x) dx = α f 1 a a x_a x Eller direkt ur x α = F 1 X (1 α) Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 21/23

Exempel Exempel Glödlampa (forts.) Låt X = Livslängden hos en glödlampa i år. Antag att fördelningen för X beskrivs av följande täthetsfunktion { e x, x 0 f X (x) = 0 x < 0 a) Beräkna kvantilen x α som funktion av α. b) Beräkna numeriskt de tre kvartilerna x 0.25, x 0.50 och x 0.75. (x 0.50 kallas även median) c) Gör en konkret tolkning av x 0.25. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 22/23

Sammanfattning En stokastisk variabel X är diskret om den kan anta ett uppräkneligt antal värden, typiskt positiva heltal. kontinuerlig om den kan anta alla reella tal i ett intervall. X beskrivs av: Sannolikhetsfunktion p X (k) = P(X = k) om X är diskret. Täthetsfunktion f X (x) om X är kontinuerlig. Fördelningsfunktion F X (x) = P(X x), bra att räkna ut sannolikheter med. En α-kvantil, x α, är en gräns som överskrids med slh α. Anna Lindgren anna@maths.lth.se FMS012/MASB03 F2: Slumpvariabel 23/23