Limitní věty teorie pravděpodobnosti. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

Podobné dokumenty
Výběrové charakteristiky a jejich rozdělení

ROZDĚLENÍ SPOJITÝCH NÁHODNÝCH VELIČIN

LIMITNÍ VĚTY DALŠÍ SPOJITÁ ROZDĚLENÍ PR. 8. cvičení

Vybraná rozdělení náhodné veličiny

8.1. Definice: Normální (Gaussovo) rozdělení N(µ, σ 2 ) s parametry µ a. ( ) ϕ(x) = 1. označovat písmenem U. Její hustota je pak.

Charakterizace rozdělení

Náhodná veličina. Michal Fusek. 10. přednáška z ESMAT. Ústav matematiky FEKT VUT, Michal Fusek

prof. RNDr. Roman Kotecký DrSc., Dr. Rudolf Blažek, PhD Pravděpodobnost a statistika Katedra teoretické informatiky Fakulta informačních technologií

Statistika II. Jiří Neubauer

Téma 22. Ondřej Nývlt

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

správně - A, jeden celý příklad správně - B, jinak - C. Pro postup k ústní části zkoušky je potřeba dosáhnout stupně A nebo B.

Aproximace binomického rozdělení normálním

Základy teorie odhadu parametrů bodový odhad

Někdy lze výsledek pokusu popsat jediným číslem, které označíme X (nebo jiným velkým písmenem). Hodíme dvěma kostkami jaký padl součet?

KMA/P506 Pravděpodobnost a statistika KMA/P507 Statistika na PC

populace soubor jednotek, o jejichž vlastnostech bychom chtěli vypovídat letní semestr Definice subjektech.

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

Náhodná veličina a rozdělení pravděpodobnosti

Definice spojité náhodné veličiny zjednodušená verze

Cvičení ze statistiky - 7. Filip Děchtěrenko

Matematika III 10. týden Číselné charakteristiky střední hodnota, rozptyl, kovariance, korelace

Dobývání znalostí. Doc. RNDr. Iveta Mrázová, CSc. Katedra teoretické informatiky Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy v Praze

Všechno, co jste chtěli vědět z teorie pravděpodobnosti, z teorie informace a

KGG/STG Statistika pro geografy

Náhodná veličina Číselné charakteristiky diskrétních náhodných veličin Spojitá náhodná veličina. Pravděpodobnost

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA

X = x, y = h(x) Y = y. hodnotám x a jedné hodnotě y. Dostaneme tabulku hodnot pravděpodobnostní

E(X) = np D(X) = np(1 p) 1 2p np(1 p) (n + 1)p 1 ˆx (n + 1)p. A 3 (X) =

Přednáška. Další rozdělení SNP. Limitní věty. Speciální typy rozdělení. Další rozdělení SNP Limitní věty Speciální typy rozdělení

Statistika. Teorie odhadu statistická indukce. Roman Biskup. (zapálený) statistik ve výslužbě, aktuálně analytik v praxi ;-) roman.biskup(at) .

I. D i s k r é t n í r o z d ě l e n í

Testování hypotéz o parametrech regresního modelu

Testování hypotéz testy o tvaru rozdělení. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel

p(x) = P (X = x), x R,

15. T e s t o v á n í h y p o t é z

Základy teorie pravděpodobnosti

Matematika III. 4. října Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava. Matematika III

Pravděpodobnost a statistika, Biostatistika pro kombinované studium. Jan Kracík

Pravděpodobnost a statistika

VYBRANÁ ROZDĚLENÍ. DISKRÉTNÍ NÁH. VELIČINY Martina Litschmannová

Bakalářské studium na MFF UK v Praze Obecná matematika Zaměření: Stochastika. 1 Úvodní poznámky. Verze: 13. června 2013

z Matematické statistiky 1 1 Konvergence posloupnosti náhodných veličin

Střední hodnota a rozptyl náhodné. kvantilu. Ing. Michael Rost, Ph.D.

Úvod do teorie odhadu. Ing. Michael Rost, Ph.D.

8. Normální rozdělení

NÁHODNÉ VELIČINY JAK SE NÁHODNÁ ČÍSLA PŘEVEDOU NA HODNOTY NÁHODNÝCH VELIČIN?

Cvičení ze statistiky - 5. Filip Děchtěrenko

PRAVDĚPODOBNOST A STATISTIKA aneb Krátký průvodce skripty [1] a [2]

1. Přednáška. Ing. Miroslav Šulai, MBA

Pravděpodobnost a statistika I KMA/K413

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

NMAI059 Pravděpodobnost a statistika

Pravděpodobnost a aplikovaná statistika

Definice 7.1 Nechť je dán pravděpodobnostní prostor (Ω, A, P). Zobrazení. nebo ekvivalentně

KMA/P506 Pravděpodobnost a statistika KMA/P507 Statistika na PC

Náhodné (statistické) chyby přímých měření

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Diskrétní náhodná veličina. November 12, 2008

Testování hypotéz o parametrech regresního modelu

ÚVOD DO TEORIE ODHADU. Martina Litschmannová

pravděpodobnosti Pravděpodobnost je teorií statistiky a statistika je praxí teorie pravděpodobnosti.

Testování statistických hypotéz

4. ZÁKLADNÍ TYPY ROZDĚLENÍ PRAVDĚPODOBNOSTI DISKRÉTNÍ NÁHODNÉ VELIČINY

Odhad parametrů N(µ, σ 2 )

MATEMATICKÁ STATISTIKA

Určete zákon rozložení náhodné veličiny, která značí součet ok při hodu a) jednou kostkou, b) dvěma kostkami, c) třemi kostkami.

7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice

Pravděpodobnost a matematická statistika

Bodové a intervalové odhady parametrů v regresním modelu

Základy teorie pravděpodobnosti

1 Klasická pravděpodobnost. Bayesův vzorec. Poslední změna (oprava): 11. května 2018 ( 6 4)( 43 2 ) ( 49 6 ) 3. = (a) 1 1 2! + 1 3!

Náhodné chyby přímých měření

Rozhodnutí / Skutečnost platí neplatí Nezamítáme správně chyba 2. druhu Zamítáme chyba 1. druhu správně

Lékařská biofyzika, výpočetní technika I. Biostatistika Josef Tvrdík (doc. Ing. CSc.)

NÁHODNÁ VELIČINA. 3. cvičení

Pravdepodobnosť. Rozdelenia pravdepodobnosti

Téma 2: Pravděpodobnostní vyjádření náhodných veličin

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie

Minikurz aplikované statistiky. Minikurz aplikované statistiky p.1

Mgr. Rudolf Blažek, Ph.D. prof. RNDr. Roman Kotecký Dr.Sc.

Chyby měření 210DPSM

Statistická teorie učení

Pravděpodobnost a aplikovaná statistika

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2016/2017

Statistické metody - nástroj poznání a rozhodování anebo zdroj omylů a lží

Přednáška X. Testování hypotéz o kvantitativních proměnných

Kontingenční tabulky, korelační koeficienty

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

JAK MODELOVAT VÝSLEDKY NÁH. POKUSŮ? Martina Litschmannová

Základy teorie pravděpodobnosti

Pravděpodobnost a statistika, Biostatistika pro kombinované studium. Tutoriál č. 5: Bodové a intervalové odhady, testování hypotéz.

Poznámky k předmětu Aplikovaná statistika, 5.téma

NMSA202 PRAVDĚPODOBNOST A MATEMATICKÁ STATISTIKA POZNÁMKY O ZKOUŠCE

Cvičení ze statistiky - 8. Filip Děchtěrenko

Příklady: - počet členů dané domácnosti - počet zákazníků ve frontě - počet pokusů do padnutí čísla šest - životnost televizoru - věk člověka

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

Značení 1.1 (posloupnost výsledků pokusu). Mějme posloupnost opakovaných (i závislých) pokusů,

AVDAT Náhodný vektor, mnohorozměrné rozdělení

Transkript:

Katedra ekonometrie, FVL, UO Brno kancelář 69a, tel. 973 442029 email:jiri.neubauer@unob.cz

Jestliže opakujeme nezávisle nějaký pokus, můžeme z pozorovaných hodnot sestavit rozdělení relativních četností a informaci o tomto rozdělení shrnout do charakteristik. Toto rozdělení resp. charakteristiky nazveme empirickým rozdělením resp. empirickými charakteristikami. Při dodržování jistých podmínek můžeme očekávat, že empirické rozdělení (resp. charakteristiky) se bude blížit teoretickému rozdělení (resp. charakteristikám) a to tím více, čím větší bude počet realizovaných pokusů.

Jestliže opakujeme nezávisle nějaký pokus, můžeme z pozorovaných hodnot sestavit rozdělení relativních četností a informaci o tomto rozdělení shrnout do charakteristik. Toto rozdělení resp. charakteristiky nazveme empirickým rozdělením resp. empirickými charakteristikami. Při dodržování jistých podmínek můžeme očekávat, že empirické rozdělení (resp. charakteristiky) se bude blížit teoretickému rozdělení (resp. charakteristikám) a to tím více, čím větší bude počet realizovaných pokusů.

Jestliže opakujeme nezávisle nějaký pokus, můžeme z pozorovaných hodnot sestavit rozdělení relativních četností a informaci o tomto rozdělení shrnout do charakteristik. Toto rozdělení resp. charakteristiky nazveme empirickým rozdělením resp. empirickými charakteristikami. Při dodržování jistých podmínek můžeme očekávat, že empirické rozdělení (resp. charakteristiky) se bude blížit teoretickému rozdělení (resp. charakteristikám) a to tím více, čím větší bude počet realizovaných pokusů.

Je třeba si uvědomit, že přibližování empirických hodnot k hodnotám teoretickým nemá charakter matematické konvergence, ale konvergence pravděpodobnostní. Pravděpodobnostní konvergencí rozumíme skutečnost, že při vzrůstajícím počtu pokusů se pravděpodobnost větších odchylek empirických hodnot od teoretických stále zmenšuje.

Je třeba si uvědomit, že přibližování empirických hodnot k hodnotám teoretickým nemá charakter matematické konvergence, ale konvergence pravděpodobnostní. Pravděpodobnostní konvergencí rozumíme skutečnost, že při vzrůstajícím počtu pokusů se pravděpodobnost větších odchylek empirických hodnot od teoretických stále zmenšuje.

Konvergence podle pravděpodobnosti Definice Jestliže pro posloupnost náhodných veličin X 1, X 2,..., X n,... platí vztah lim P( X n c < ɛ) = 1, ɛ > 0, n říkáme, že posloupnost {X n } konverguje podle pravděpodobnosti ke konstantě c. Pravděpodobnostní konvergence se označuje X n P c.

Čebyševova nerovnost Věta Pro libovolnou náhodnou veličinu X se střední hodnotou E(X ), konečným rozptylem D(X ) a pro každé ɛ > 0 platí P( X E(X ) < ɛ) 1 D(X ) ɛ 2. Čebyševova nerovnost se uplatňuje především v oblasti teorie, je možno ji však použít i pro odhad určitých pravděpodobností u náhodných veličin, jejichž rozdělení jsou neznámá.

Bernoulliova věta Věta Jestliže náhodná veličina X je počet výskytů jevu v n nezávislých pokusech a π je stálá pravděpodobnost, že tento jev nastane v jednom pokuse, potom pro každé ɛ > 0 platí ( ) lim P X n n π < ɛ = 1.

Věta Nechť náhodná veličina X má binomické rozdělení s parametry n a π, tj. X B(n, π) a, střední hodnotu E(X ) = nπ a rozptyl D(X ) = nπ(1 π). Pro normovanou náhodnou veličinu U = X nπ nπ(1 π) platí limitní vztah lim P(U u) = Φ(u), n kde Φ(u) je distribuční funkce rozdělení N(0, 1). a X je součtem n nezávislých náhodných veličin X 1, X 2,..., X n, z nichž každá má alternativní rozdělení A(π)

Moivreova-Laplaceova věta tedy říká, že při dostatečně velkém počtu nezávislých pokusů konverguje binomické rozdělení k rozdělení normálnímu. Aproximace je vhodná, jestliže nπ(1 π) > 9 a 1 n + 1 < π < n n + 1.

pro podíl Věta Nechť náhodná veličina X je součet n nezávislých alternativních veličin X 1, X 2,..., X n, které mají stejný parametr π, 0 < π < 1, a náhodná veličina X n má střední hodnotu E ( ) ( X n = π a rozptyl D X ) n = π(1 π) n. Potom pro normovanou náhodnou veličinu U = X n π π(1 π) n (1) platí limitní vztah lim P(U u) = Φ(u), n kde Φ(u) je distribuční funkce normovaného normálního rozdělení N(0, 1).

Věta Nechť náhodná veličina X je součtem n nezávislých náhodných veličin X 1, X 2,..., X n, se stejným rozdělením s konečnou střední hodnotou E(X i) = µ a konečným rozptylem D(X i) = σ 2, i = 1, 2,..., n. a Pro normovanou náhodnou veličinu U = X nµ nσ 2 platí limitní vztah lim P(U u) = Φ(u), n kde Φ(u) je distribuční funkce rozdělení N(0, 1). a Střední hodnota a rozptyl náhodné veličiny X jsou vzhledem k nezávislosti a stejnému rozdělení veličin X i rovny E(X ) = nµ a D(X ) = nσ 2

pro průměr Věta Nechť náhodná veličina X je průměr n nezávislých náhodných veličin X 1, X 2,..., X n, které mají libovolný identický zákon rozdělení s konečnou střední hodnotou E(X i) = µ a konečným rozptylem D(X i) = σ 2. Potom pro střední hodnotu a rozptyl náhodné veličiny X platí a pro normovanou náhodnou veličinu platí limitní vztah E(X ) = µ a D(X ) = σ2 n U = X µ n (2) σ lim P(U u) = Φ(u), n kde Φ(u) je distribuční funkce normovaného normálního rozdělení N(0, 1).

Pro výběrový úhrn M platí: M = n X i as.n(nµ, nσ 2 ), E(M) = nµ, D(M) = nσ 2 i=1 U = M E(M) D(M) = M nµ nσ 2 as.n(0, 1) ( ) m nµ nσ 2 P(M m) = F (m) Φ ( ) P u 1 α/2 < m nµ nσ < u 2 1 α/2 = 1 α

Pro výběrový úhrn M platí: M = n X i as.n(nµ, nσ 2 ), E(M) = nµ, D(M) = nσ 2 i=1 U = M E(M) D(M) = M nµ nσ 2 as.n(0, 1) ( ) m nµ nσ 2 P(M m) = F (m) Φ ( ) P u 1 α/2 < m nµ nσ < u 2 1 α/2 = 1 α

Pro výběrový úhrn M platí: M = n X i as.n(nµ, nσ 2 ), E(M) = nµ, D(M) = nσ 2 i=1 U = M E(M) D(M) = M nµ nσ 2 as.n(0, 1) ( ) m nµ nσ 2 P(M m) = F (m) Φ ( ) P u 1 α/2 < m nµ nσ < u 2 1 α/2 = 1 α

Pro výběrový úhrn M platí: M = n X i as.n(nµ, nσ 2 ), E(M) = nµ, D(M) = nσ 2 i=1 U = M E(M) D(M) = M nµ nσ 2 as.n(0, 1) ( ) m nµ nσ 2 P(M m) = F (m) Φ ( ) P u 1 α/2 < m nµ nσ < u 2 1 α/2 = 1 α

Pro výběrový průměr X platí: n X = 1 n X i as.n(µ, σ2 σ2 n ), E(X ) = µ, D(X ) = n i=1 U = X D(X E(X ) = X µ ) σ n as.n(0, 1) ( P(X x) = F (x) Φ x µ ) σ n ( P u 1 α/2 < x µ ) σ n < u1 α/2 = 1 α

Pro výběrový průměr X platí: n X = 1 n X i as.n(µ, σ2 σ2 n ), E(X ) = µ, D(X ) = n i=1 U = X D(X E(X ) = X µ ) σ n as.n(0, 1) ( P(X x) = F (x) Φ x µ ) σ n ( P u 1 α/2 < x µ ) σ n < u1 α/2 = 1 α

Pro výběrový průměr X platí: n X = 1 n X i as.n(µ, σ2 σ2 n ), E(X ) = µ, D(X ) = n i=1 U = X D(X E(X ) = X µ ) σ n as.n(0, 1) ( P(X x) = F (x) Φ x µ ) σ n ( P u 1 α/2 < x µ ) σ n < u1 α/2 = 1 α

Pro výběrový průměr X platí: n X = 1 n X i as.n(µ, σ2 σ2 n ), E(X ) = µ, D(X ) = n i=1 U = X D(X E(X ) = X µ ) σ n as.n(0, 1) ( P(X x) = F (x) Φ x µ ) σ n ( P u 1 α/2 < x µ ) σ n < u1 α/2 = 1 α

Poznámka k opravě na spojitost Používáme-li normální rozdělení jako aproximaci pro rozdělení diskrétní náhodné veličiny, doporučuje se, zejména u silněji asymetrických rozdělení, provést tzv. opravu na spojitost, která tuto aproximaci zlepšuje. Při výpočtu pravděpodobností P(X x) resp. P(X x) pomocí normální aproximace jsou totiž výsledky podhodnocené. Naopak při výpočtu pravděpodobností P(X < x) resp. P(X > x) pomocí normální aproximace jsou výsledky nadhodnocené.

Poznámka k opravě na spojitost Podstata výpočtů pravděpodobností pomocí opravy na spojitost spočívá v tom, že výpočet pravděpodobnosti pro argument x provedeme přibližně pomocí argumentu x + 0,5 resp. x 0,5. Příklady provedených korekcí ukazuje tabulka: před opravou x < 3 x 3 x = 5 x 7 x > 7 po opravě x < 2,5 x < 3,5 4,5 < x < 5,5 x > 6,5 x > 7,5

Příklad 1 Pravděpodobnost zásahu cíle při jednom výstřelu je 0,8. Jaká je pravděpodobnost, že se počet zásahů při 200 výstřelech nebude lišit od střední hodnoty počtu zásahů o více než 10 zásahů?

Příklad 1 Binomické rozdělení: E(X ) = nπ = 200 0,8 = 160 D(X ) = nπ(1 π) = 200 0,8 (1 0,8) = 32 P(150 X 170) = p(150) + p(151) + + p(170) = = ( ) 200 150 0,8 150 0,2 50 + ( 200 151) 0,8 151 0,2 49 + + + ( 200 170) 0,8 170 0,2 30 = 0,937

Příklad 1 Binomické rozdělení: E(X ) = nπ = 200 0,8 = 160 D(X ) = nπ(1 π) = 200 0,8 (1 0,8) = 32 P(150 X 170) = p(150) + p(151) + + p(170) = = ( ) 200 150 0,8 150 0,2 50 + ( 200 151) 0,8 151 0,2 49 + + + ( 200 170) 0,8 170 0,2 30 = 0,937

Příklad 1 Pomocí Moivre-Laplaceovy věty: ( ) x nπ F (x) Φ nπ(1 π) ( ) 170 160 P(150 X 170) = F (170) F (149) Φ 32 ( ) 149 160 Φ 32 = 0,936

Příklad 1 Pomocí Moivre-Laplaceovy věty (s opravou na spojitost): ( ) x nπ F (x) Φ nπ(1 π) P(150 X 170) P(149,5 ( < X ) < 170,5) ( = F (170,5) ) F (149,5) = = Φ 170,5 160 32 Φ 149,5 160 32 = 0,937

Příklad 1 Pomocí Čebyševovy nerovnosti: P( X E(X ) < ɛ) 1 D(X ) ɛ 2 E(X ) = nπ = 200 0,8 = 160 D(X ) = nπ(1 π) = 200 0,8 (1 0,8) = 32 P( X 160) < 10) 1 32 10 2 = 0,68 P( X 160) < 11) 1 32 11 2 = 0,736

Příklad 1 Pomocí Čebyševovy nerovnosti: P( X E(X ) < ɛ) 1 D(X ) ɛ 2 E(X ) = nπ = 200 0,8 = 160 D(X ) = nπ(1 π) = 200 0,8 (1 0,8) = 32 P( X 160) < 10) 1 32 10 2 = 0,68 P( X 160) < 11) 1 32 11 2 = 0,736

Příklad 1 Pomocí Čebyševovy nerovnosti: P( X E(X ) < ɛ) 1 D(X ) ɛ 2 E(X ) = nπ = 200 0,8 = 160 D(X ) = nπ(1 π) = 200 0,8 (1 0,8) = 32 P( X 160) < 10) 1 32 10 2 = 0,68 P( X 160) < 11) 1 32 11 2 = 0,736

Příklad 1 Pomocí Čebyševovy nerovnosti: P( X E(X ) < ɛ) 1 D(X ) ɛ 2 E(X ) = nπ = 200 0,8 = 160 D(X ) = nπ(1 π) = 200 0,8 (1 0,8) = 32 P( X 160) < 10) 1 32 10 2 = 0,68 P( X 160) < 11) 1 32 11 2 = 0,736

Příklad 2 Ve volbách dalo 52 % voličů hlas koaličním stranám. Jaká je pravděpodobnost, že při průzkumu veřejného mínění o rozsahu 2600 respondentů získala převahu opozice?

Příklad 2 X... počet respondentů volící opozici X B(2600; 0,48) E(X ) = nπ = 2600 0,48 = 1248 D(X ) = nπ(1 π) = 2600 0,48 (1 0,48) = 648,96

Příklad 2 X... počet respondentů volící opozici X B(2600; 0,48) E(X ) = nπ = 2600 0,48 = 1248 D(X ) = nπ(1 π) = 2600 0,48 (1 0,48) = 648,96

Příklad 2 P(X > 1300) = 1 P(X 1300) = 1 [p(0) + + p(1300)] = = 1 [( ) 2600 0 0,480 0,52 2600 + + + ( 2600 1300) 0,48 1300 0,52 1300] = 1 0,98031 = 0,01969

Příklad 2 Pomocí Moivre-Laplaceovy věty: ( ) x nπ F (x) Φ nπ(1 π) P(X > 1300) = 1 P(X 1300) = 1 F (1300) 1 Φ ( 1300 1248 648,96 ) = 1 0,97939 = 0,02061

Příklad 2 Pomocí Moivre-Laplaceovy věty (s opravou na spojitost): ( ) x nπ F (x) Φ nπ(1 π) P(X > 1300) = 1 P(X 1300) 1 P(X < 1300,5) = = 1 Φ ( 1300,5 1248 648,96 ) = = 1 0,98034 = 0,01966