1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Hasonló dokumentumok
Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

e (t µ) 2 f (t) = 1 F (t) = 1 Normális eloszlás negyedik centrális momentuma:

Megoldások. ξ jelölje az első meghibásodásig eltelt időt. Akkor ξ N(6, 4; 2, 3) normális eloszlású P (ξ

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

egyenletesen, és c olyan színű golyót teszünk az urnába, amilyen színűt húztunk. Bizonyítsuk

0.1 Deníció. Egy (X, A, µ) téren értelmezett mérhet függvényekb l álló valamely (f α ) α egyenletesen integrálhatónak mondunk, ha

Itô-formula. A sztochasztikus folyamatok egyik legfontosabb formulája. Medvegyev Péter Matematika tanszék

Elméleti összefoglaló a Valószín ségszámítás kurzushoz

Eseményalgebra. Esemény: minden amirl a kísérlet elvégzése során eldönthet egyértelmen hogy a kísérlet során bekövetkezett-e vagy sem.

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

Valószín ségszámítás és statisztika

Elméleti összefoglaló a Sztochasztika alapjai kurzushoz

Matematika III előadás

Matematikai statisztika I. témakör: Valószínűségszámítási ismétlés

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Szélsőérték feladatok megoldása

Matematikai statisztika szorgalmi feladatok

1. Komplex függvények dierenciálhatósága, Cauchy-Riemann egyenletek. Hatványsorok, elemi függvények

Leíró és matematikai statisztika el adásnapló Matematika alapszak, matematikai elemz szakirány 2016/2017. tavaszi félév

Diszkrét Matematika. zöld könyv ): XIII. fejezet: 1583, 1587, 1588, 1590, Matematikai feladatgyűjtemény II. (

Valószínűségszámítás összefoglaló

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

Véletlen bolyongás. 2. rész. Márkus László jegyzete alapján Tóth Tamás december 10.

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

1. Parciális függvény, parciális derivált (ismétlés)

Biostatisztika. Sz cs Gábor. 2018/19 tavaszi félév. Szegedi Tudományegyetem, Bolyai Intézet

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása A csoport

Dr. Karácsony Zsolt. Miskolci Egyetem november

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

4. Az A és B események egymást kizáró eseményeknek vagy idegen (diszjunkt)eseményeknek nevezzük, ha AB=O

2. A ξ valószín ségi változó eloszlásfüggvénye a következ : x 4 81 F (x) = x 4 ha 3 < x 0 különben

y = y 0 exp (ax) Y (x) = exp (Ax)Y 0 A n x n 1 (n 1)! = A I + d exp (Ax) = A exp (Ax) exp (Ax)

T obbv altoz os f uggv enyek integr alja. 3. r esz aprilis 19.

Függvénytranszformációk

Negyedik fejezet. meglehetősen nagy, de az is lehet, hogy az X szín 5 évvel ezelőtt elő sem fordult. Tehát két. P (a ξ b, c η d)

Fourier sorok február 19.

Lagrange-féle multiplikátor módszer és alkalmazása

Modellek és Algoritmusok - 2.ZH Elmélet

egyetemi jegyzet Meskó Balázs

ANALÍZIS II. Példatár

i p i p 0 p 1 p 2... i p i

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Statisztika elméleti összefoglaló

2. gyakorlat. A polárkoordináta-rendszer

Matematika III. harmadik előadás

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Dierenciálhányados, derivált

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat, megoldással,

Obudai Egyetem RKK Kar. Feladatok a Matematika I tantárgyhoz

biometria II. foglalkozás előadó: Prof. Dr. Rajkó Róbert Matematikai-statisztikai adatfeldolgozás

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Markov-láncok stacionárius eloszlása

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Határozott integrál és alkalmazásai

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

Utolsó el adás. Wettl Ferenc BME Algebra Tanszék, Wettl Ferenc (BME) Utolsó el adás / 20

Gazdasági matematika II. tanmenet

Készítette: Fegyverneki Sándor

Megjegyzés: jelenti. akkor létezik az. ekkor

Matematika A1a Analízis

17. előadás: Vektorok a térben

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

Bemenet modellezése (III.), forgalommodellezés

MBNK12: Permutációk (el adásvázlat, április 11.) Maróti Miklós

A brachistochron probléma megoldása

Gyakorló feladatok I.

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

Sztochasztikus folyamatok alapfogalmak

Dierenciálhatóság. Wettl Ferenc el adása alapján és

Szili László. Integrálszámítás (Gyakorló feladatok) Analízis 3. Programtervező informatikus szak BSc, B és C szakirány

A valószínűségszámítás elemei

Matematika III. 5. Nevezetes valószínűség-eloszlások Prof. Dr. Závoti, József

Differenciálegyenletek december 13.

Valószínűségszámítás jegyzet 2. rész

Egyváltozós függvények 1.

Véletlen bolyongás. Márkus László március 17. Márkus László Véletlen bolyongás március / 31

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Boros Zoltán február

Centrális határeloszlás-tétel

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Feladatok és megoldások a 13. hétre

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

Jármőtervezés és vizsgálat I. VALÓSZÍNŐSÉGSZÁMÍTÁSI ALAPFOGALMAK Dr. Márialigeti János

(x + 1) sh x) (x 2 4) = cos(x 2 ) 2x, e cos x = e

Matematika A3 Valószínűségszámítás, 5. gyakorlat 2013/14. tavaszi félév

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

Véletlen mátrix extrém-érték statisztika: Tracy-Widom eloszlás

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

2. sillabusz a Többváltozós függvények kurzushoz

Számítógépes döntéstámogatás. Statisztikai elemzés

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

Átírás:

. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.. Az x exp x + t )) függvény az x, t tartományon folytonos, és nem negatív, ezért alkalmazható rá a Fubini-tétel. I x exp x + t )) dxdt + t dt π 4. [ exp x + t )) + t ) ] dt Ugyanakkor u xt helyettesítéssel I x exp x + t )) dtdx x exp x ) x exp x ) exp xt) ) dtdx exp u ) du x dx exp x ) dx), vagyis exp x ) dx π. ) Ebb l elemi számolással u x helyettesítéssel π exp x ) ) dx Γ.. Tekintsük a gamma és a béta függvények közötti B x, y) Γ x) Γ y) Γ x + y) nevezetes kapcsolatot. A gamma függvény mellett vezessük be a Γ x, λ) függvényt. Egyszer u tλ helyettesítéssel Γ x, λ) t x exp λt) dt, x, λ >. u λ ) x exp u) du λ Γ x) λ x.

Ebb l s t/ t) helyettesítéssel I Γ x + y) Γ x + y) Γ x + y) Γ x + y) Γ x + y, + s) s x ds + s) x+y) s x ds + t t Γ x + y) B x, y). ) x+y) ) x t t t t) dt ) x+y) ) x t t t) dt t x t) y dt Az integrandus folytonos és nem negatív, ezért alább a két integrál felcserélhet : amib l I Γ x) Γ x + y, + s) s x ds exp t + s)) t x+y s x dtds exp t + s)) t x+y s x dsdt t x+y exp t) t x+y exp t) Γ x, t) dt t x+y exp t) Γ x) dt t x exp ts) s x dsdt t y exp t) dt Γ x) Γ y), Γ x + y) B x, y) Γ x) Γ y).. Példa. A χ n eloszlás s r ségfüggvénye. Legyen N, ) és határozzuk meg az η eloszlását! Ha x, akkor F η x) P < x ). Ha x > akkor F η x) P < x ) P x < < x ) π x x π ) exp t dt. x ) exp t dt

Deriválással, ha x > f η x) π exp y ) y x x exp x ). πx Az n szabadságfokú χ n változót mint n darab független, standard normális eloszlású változó négyzetének összegét deniáljuk..ha n, akkor, miként már láttuk, a χ N, ) s r ségfüggvénye k x) πx exp x ), x >. Az indukciós sejtés szerint k n x) n/ Γ n/) xn/ exp x ), x >. Az összeg eloszlására vonatkozó konvolúciós képlet szerint k n+ x) k x y) k n y) dy k x y) k n y) dy, R hiszen ha y, akkor k n y). Ha x, y, akkor x y, amib l k x y), vagyis ha x, akkor k n+ x). Ha x >, akkor a k x y) k n y) a [, x] intervallumon kívül nulla, vagyis k n+ x) A t y/x helyettesítéssel k n+ x) x k x y) k n y) dy π exp x/) n/ Γ n/) x y n/ x y dy. exp x/) x n/ t n/ xdt π n/ Γ n/) x tx exp x/) xn/ x π n/ Γ n/) B n, ), ahol B x, y) a béta függvény. A béta és a gamma függvény közötti azonosságot valamint a Γ /) π összefüggést felhasználva k n+ x) xn+)/ π xn+)/ exp x/) Γ n/) Γ /) n/ Γ n/) Γ n + ) /) exp x/) n/ Γ n + ) /) n+)/ Γ n + ) /) xn+)/ exp x ). 3

3. Példa. Független valószín ségi változók hányadosának s r ségfüggvénye. Legyenek és η valószín ségi változók, és legyen f az együttes s r ségfüggvényük. Határozzuk meg a ζ η változó s r ségfüggvényét! Megjegyezzük, hogy mivel feltételeztük, hogy a, η) párnak létezik f s r ségfüggvénye, ezért P η ) P, η) R {}) fdλ, R {} vagyis, bár a hányados, mint valószín ségi változó nem feltétlenül minden kimenetelre értelmes, de egy nullmérték halmaztól eltekintve értelmes, vagyis valószín ségi változó, amelynek az eloszlása egyértelm en meghatározott. Legyen h a ζ s r ségfüggvénye, és H jelölje az eloszlásfüggvényt. Ha G jelöli az η eloszlásfüggvényét és g a s r ségfüggvényét, akkor a függetlenség miatt alább behelyettesíthetjük a feltételt ) ) H z) P η < z P R η < z η y dg y) ) ) P dg y) P g y) dy R P y < z y < z ) g y) dy + P > yz) g y) dy + R P yz) g y) dy + y < z ) P y < z g y) dy P < yz) g y) dy P < yz) g y) dy. A majorált konvergencia tétel miatt az integrálok alatt deriválhatunk. Ha f Emlékeztetünk, hogy egy Z f a, x) dµ x) X paraméteres integrálba akkor lehet a paraméer szerint bederiválni, ha az integrandust a paraméter szerint lederiválva a kapott f a, x) α kétváltozós függvénynek van az integrálandó változó szerint integrálható g x) majoránsa amely a paraméter szerint egyenletesen majorálja a lederivált kétváltozós függvényt, vagyis f α a, x) g x) L µ). 4

jelöli a s r ségfüggvényét, akkor h z) f yz) yg y) dy + f yz) g y) y dy. f yz) yg y) dy 4. Deníció. Ha α és β pozitív számok, akkor az.. f x) Γ α + β) Γ α) Γ β) xα x) β, x, ) s r ségfüggvénnyel rendelkez eloszlást α, β) paraméter béta eloszlásnak hívjuk és B a, β) módon jelöljük, a g x) Γ α + β) Γ α) Γ β) xα + x) α+β, x > s r ségfüggvénnyel rendelkez eloszlást általánosított, vagy másodfajú béta eloszlásnak nevezzük. A másodfajú béta eloszlást B α, β)-val fogjuk jelölni. 5. Állítás. Ha a béta eloszlású, akkor az η másodfajú béta eloszlású. Ha η másodfajú béta eloszlású, akkor a béta eloszlású. η + η Bizonyítás: Ha ϕ u) u/ u), akkor ϕ x) x/ + x), és a s r ségfüggvények transzformációs szabálya szerint g x) f ϕ x) ) d dx ϕ x) Γ α + β) x Γ α) Γ β) + x ) α x + x Γ α + β) Γ α) Γ β) xa + x) α+β. ) β + x) A fordított irány igazolása analóg. 5

6. Példa. Két független χ eloszlás hányadosa másodfajú béta eloszlás. Ha x, y >, akkor a hányados s r ségfüggvényének képlete alapján m+n)/ Γ m/) Γ n/) x m/ m+n)/ Γ m/) Γ n/) y xy) m/ exp xy ) y n/ exp y ) dy y m+n)/ exp y ) + x) dy. Az integrandust ismételten a Γ függvényre akarjuk visszavinni, ezért helyettesítést végzünk. t y + x) x m/ m+n)/ Γ m/) Γ n/) x m/ Γ m + n) /) Γ m/) Γ n/) + x). m+n)/ ) m+n)/ t exp t) + x + x dt 7. Deníció. Ha λ és a pozitív számok, akkor az f x) λa Γ a) xa exp λx), x > s r ségfüggvénnyel rendelkez eloszlást a, λ) paraméter gamma eloszlásnak hívjuk és Γ a, λ) módon jelöljük. A Γ eloszlás jelent ségét az adja, hogy egyrészt az exponenciális eloszlás általánosítása, Γ, λ) éppen a λ paraméter exponenciális eloszlás, másrészt szorosan köt dik a normális eloszlás négyzetének eloszlásához. 8. Állítás. A χ n és a Γ n/, /) eloszlások megegyeznek. 9. Állítás. Ha τ k ) n k független, azonos λ paraméter exponenciális eloszlású változók, akkor a σ n τ + τ +... + τ n ) eloszlása Γ n, λ), általánosabban ha a τ i független változók eloszlása Γ a i, λ), akkor a ) összeg eloszlása Γ n i a i, λ). Bizonyítás: A Γ, λ) s r ségfüggvénye λ Γ ) x exp λx) λ exp λx), x >, 6

éppen a λ paraméter exponenciális eloszlás s r ségfüggvénye. Az állítást elegend két változóra belátni, az általános eset ebb l indukcióval következik. x λ a Γ a) x t)a exp λ x t)) exp λx) Γ a) Γ b) exp λx) Γ a) Γ b) x exp λx) xa+b Γ a) Γ b) Γ a + b) exp λx) xa+b, x t) a t b dt λ b Γ b) tb exp λt) dt x xz) a xz) b xdz z) a z b dz ahol az utolsó lépésben felhasználtuk a gamma és a béta függvények közötti nevezetes azonosságot.. Állítás. Két független Γ eloszlás hányadosa másodfajú béta eloszlású, vagyis ha Γ a, λ) és η Γ b, λ) valamint a és az η függetlenek, akkor η B a, b). Bizonyítás: A hányados valószín ségi változó s r ségfüggvényének képletét felírva, és kihasználva a két változó nem negativitását, ha u >, akkor λ a Γ a) uy)a exp λuy) Γ a) Γ b) ua Γ a) Γ b) ua Γ a) Γ b) ua + u) a+b Γ a + b) Γ a) Γ b) ua + u) a+b, λ b Γ b) yb exp λy) ydy y a+b exp λy u + )) dy ) a+b t exp t) λ + u) t a+b exp t) dt λ + u) dt ami éppen a B a, b).. Példa. Az exponenciális és a Poisson-eloszlás kapcsolata. 7

Legyen t <, és τ n ) n független, azonos λ paraméter exponenciális eloszlású változók. A τ n ) n változók tekinthet k egymást követ események id pontjainak. Legyen t) a [, t] id szak alatt bekövetkezett események száma. Határozzuk meg a t) eloszlását. Vezessük be a σ n n k τ k változót. Az el z példa alapján a σ n+ eloszlása Γ n +, λ). Parciálisan integrálva, illetve felhasználva, hogy Γ n + ) n! P t) < n + ) P σ n+ > t) Ebb l [ λ n+ x n λt)n n! Γ n + ) t exp λx) λ λ n+ Γ n + ) xn exp λx) dx ] t + exp λt) + P t) < n). P t) n) P t) < n + ) P t) < n) λt)n n! t n λn x n exp λx) dx Γ n + ) exp λt), tehát a t) λt paraméter Poisson-eloszlást alkot.. Állítás. Ha Γ a, λ) és η Γ b, λ) valamint a és az η függetlenek, akkor η B a, b), + η B a, b). 3) Bizonyítás: A hányados valószín ségi változó s r ségfüggvényének képletét felírva, és kihasználva a két változó nem negativitását, ha u >, akkor λ a Γ a) uy)a exp λuy) Γ a) Γ b) ua Γ a) Γ b) ua Γ a) Γ b) ua + u) a+b Γ a + b) Γ a) Γ b) ua + u) a+b, λ b Γ b) yb exp λy) ydy y a+b exp λy u + )) dy ) a+b t exp t) λ + u) t a+b exp t) dt λ + u) dt 8

ami éppen a B a, b). A második állítás igazolása a következ : ) ) /η P + η < x P + /η < x P η < x + )) η P η < x ), x így deriválással az imént belátottak alapján a s r ségfüggvény Γ a + b) Γ a) Γ b) Ez elemi számolással ami pedig x x Γ a + b) Γ a) Γ b) ami éppen a B a, b) s r ségfüggvénye. ) a + x/ x)) a+b x). ) a x x) a+b x x), Γ a + b) Γ a) Γ b) xa x) b, 3. Példa. Exponenciális eloszlású valószín ségi változók összege és az egyenletes eloszlásból származó rendezett minta kapcsolata. Legyenek k ) n k független azonos, λ paraméter exponenciális eloszlású valószín ségi változók. Legyen σ m m k k. Határozzuk meg az η k σ k /σ n változók eloszlását. ) P η < x) P < x. +... + n A eloszlása Γ, λ), a n k k eloszlása Γ n, λ). Ebb l a 3) miatt az η eloszlása B, n ). A B, n ) eloszlás s r ségfüggvénye f x) A Γ n) n )! értéket beírva Γ n) Γ ) Γ n ) x x) n, x, ). f x) n ) x) n x, ). Legyenek τ k ) n k a, ) intervallumon egyenletes eloszlású változók és jelölje τ a legkisebb elemet, vagyis τ min τ k. {τ < x} pontosan akkor, ha legalább egy elem az n )-b l kisebb mint x, tehát F x) P τ < x) x) n. 9

A τ s r ségfüggvénye F x) n ) x) n amely éppen azonos az f x) függvénnyel, vagyis az η eloszlása azonos a τ eloszlásával. Hasonlóan a k i i eloszlása Γ k, λ) a n ik+ i eloszlása Γ n k, λ) így az η k eloszlása B k, n k), amely s r ségfüggvénye ) Γ n) Γ k) Γ n k) xk x) n k n n ) x k x) n k. k Határozzuk meg az τ k eloszlásfüggvényét. Az egyszer bb jelölés kedvéért legyen el ször τ k egyenletes eloszlásból származó n elem rendezett minta k-dik eleme. A {τ k < x} esemény ekvivalens avval, hogy legalább k változó kisebb mint x. Ebb l n ) n F k x) P τ k < x) x i x) n i. i A derivált kiszámolásának komplikáltsága miatt a s r ségfüggvény meghatározása a következ : F k x + h) F k x) h ik P x τ k < x + h). h Tekintsük a x < x + h intervallumokat. A P x τ k < x + h) annak a valószín sége, hogy legfeljebb k ) változó kisebb mint x és legalább k változó kisebb mint x + h. Annak a valószín sége, hogy r változó esik az [x, x + h) intervallumba h r o h r ) nagyságrend, így egyedül az r, illetve az r eseteket kell megvizsgálnunk. Ha az {x τ k < x + h} esemény teljesül, akkor az r lehetetlen, így a s r ségfüggvény meghatározásakor egyedül az r esetet kell kiszámolnunk. Ilyenkor k elem kisebb mint x, egy az [x, x + h) intervallumban van és n k elem nagyobb mint x, vagyis P x τ k < x + h) ) n n h x k x) n k + k +o h). Ebb l a s r ségfüggvény ) n n x k x) n k. k Ha n helyébe n )-et írunk, akkor éppen az η k s r ségfüggvényét kapjuk. 4. Példa. Rendezett minta s r ségfüggvénye.

Legyenek a k ) n k változók függetlenek és rendelkezzenek azonos eloszlással. Jelölje F a közös eloszlásfüggvényt és f a közös s r ségfüggvényt. Ha k jelöli a rendezett minta k-dik elemét akkor az el z példa gondolatmenetét általánosítva F k x + h) F k x) h P x k < x + h) h ) n n f x) h F x) k F x)) n k + k +o h), vagyis a k s r ségfüggvénye ) n n f x) F x) k F x)) n k. k