Készítette: Fegyverneki Sándor



Hasonló dokumentumok
FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Elméleti összefoglaló a Valószín ségszámítás kurzushoz

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

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása A csoport

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Elméleti összefoglaló a Sztochasztika alapjai kurzushoz

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

x, x R, x rögzített esetén esemény. : ( ) x Valószínűségi Változó: Feltételes valószínűség: Teljes valószínűség Tétele: Bayes Tétel:

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

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

Matematika III. Nagy Károly 2011

MITISZK Miskolc-Térségi Integrált Szakképző Központ

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

1. Kombinatorikai bevezetés

BIZTOSÍTÁSI MATEMATIKA ALAPJAI1

Valószínűségszámítás

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

Sztochasztikus modellezés

Jármőtervezés és vizsgálat I. VALÓSZÍNŐSÉGSZÁMÍTÁSI ALAPFOGALMAK Dr. Márialigeti János

Biometria az orvosi gyakorlatban. Számítógépes döntéstámogatás

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Valószín ségszámítás és statisztika

Valószínűségszámítás összefoglaló

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

1. tétel. Valószínűségszámítás vizsga Frissült: január 19. Valószínűségi mező, véletlen tömegjelenség.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Gazdasági matematika II. tanmenet

Matematikai statisztika I. témakör: Valószínűségszámítási ismétlés

TANTÁRGYI PROGRAM Matematikai alapok 2. útmutató

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Valószínűségszámítás

Backhausz Ágnes 1. Bevezetés A valószínűség elemi tulajdonságai... 5

Gazdasági matematika II. Tantárgyi útmutató

Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

Biomatematika 2 Orvosi biometria

TANTÁRGYI PROGRAM Matematikai alapok II. útmutató

A valószínűségszámítás elemei

matematikai statisztika

Bevezetés. Valószínűségszámítás 2 előadás III. alk. matematikus szak. Irodalom. Egyéb info., számonkérés. Cél. Alapfogalmak (ismétlés)

A valószínűségszámítás elemei

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Matematika III. 4. A valószínűségi változó és jellemzői Prof. Dr. Závoti, József

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

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

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Prof. Dr. Závoti József. Matematika III. 4. MA3-4 modul. A valószínűségi változó és jellemzői

1. A kísérlet naiv fogalma. melyek közül a kísérlet minden végrehajtásakor pontosan egy következik be.

Mi az adat? Az adat elemi ismeret. Az adatokból információkat

Bevezetés a biometriába Dr. Dinya Elek egyetemi tanár. PhD kurzus. KOKI,

36 0,3. Mo.: 36 0,19. Mo.: 36 0,14. Mo.: 32 = 0, = 0, = 0, Mo.: 32 = 0,25

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat, megoldással,

Matematikai statisztika Tómács Tibor

Villamosmérnök A4 11. hét Kétdimenziós normális eloszlás, cht - Megoldások

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

Gyakorló feladatok. Az alábbi feladatokon kívül a félév szemináriumi anyagát is nézzék át. Jó munkát! Gaál László

Statisztika I. 4. előadás Mintavétel. Kóczy Á. László KGK-VMI. Minta Mintavétel Feladatok.

Statisztika I. 4. előadás Mintavétel. Kóczy Á. László KGK-VMI. Minta Mintavétel Feladatok.

Tartalomjegyzék Szitaformulák Példák a szitaformulára Mintavételezés Bayes-tétel... 17

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

Informatikai rendszerek modellezése, analízise

3. Egy ξ valószínűségi változó eloszlásfüggvénye melyik képlettel van definiálva?

Biomatematika 8. Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Kar. Fodor János

Valószínűségelmélet. Pap Gyula. Szegedi Tudományegyetem. Szeged, 2016/2017 tanév, I. félév

Valószínűségszámítás. Tómács Tibor. F, P ) egy valószínűségi mező, A P (A). Ha ϱ n az A gyakorisága, kísérletek száma, akkor minden ε. p(1 p) nε 2.

(Independence, dependence, random variables)

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

VALÓSZÍNŰSÉG, STATISZTIKA TANÍTÁSA

Nemparaméteres próbák

VALÓSZÍNŰSÉGSZÁMÍTÁS. MSc. Órai Feladatok

Mérhetőség, σ-algebrák, Lebesgue Stieltjes-integrál, véletlen változók és eloszlásfüggvényeik

3. Egy szabályos dobókockával háromszor dobunk egymás után. Legyen A az az esemény, hogy

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

2014. szeptember 24. és 26. Dr. Vincze Szilvia

Barczy Mátyás és Pap Gyula

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

a megoldásra ajánlott feladatokat jelöli, a nehezebb feladatokat jelöli

előadás Diszkrét idejű tömegkiszolgálási modellek Poisson-folyamat Folytonos idejű Markov-láncok Folytonos idejű sorbanállás

Gyakorló feladatok I.

Tantárgy kódja Meghirdetés féléve 3 Kreditpont 4 Összóraszám (elm+gyak) 2+2

Való szí nű sé gi va ltózó, sű rű sé gfű ggvé ny, élószla sfű ggvé ny

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

1. Előszó. 2. Valószínűségszámítás

A maximum likelihood becslésről

yf X (y)dy a af X (y)dy = a P (X a)

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

CHT& NSZT Hoeffding NET mom. stabilis november 9.

matematikai statisztika gyakorlatok feladatok és megoldások

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

Matematikai statisztika c. tárgy oktatásának célja és tematikája

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)

Biometria, haladó biostatisztika EA+GY biometub17vm Szerda 8:00-9:00, 9:00-11:00 Déli Tömb 0-804, Lóczy Lajos terem

A fontosabb definíciók

A Statisztika alapjai

3. Egy szabályos dobókockát kétszer feldobva mennyi annak a valószínűsége, hogy a dobott számok különbségének abszolutértéke nagyobb mint 4?

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

Val osz ın usegsz am ıt as jegyzet Buzga Viktor March 21, 2011

4. A negatív binomiális eloszlás

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Átírás:

VALÓSZÍNŰSÉGSZÁMÍTÁS Összefoglaló segédlet Készítette: Fegyverneki Sándor Miskolci Egyetem, 2001. i

JELÖLÉSEK: N a természetes számok halmaza (pozitív egészek) R a valós számok halmaza R 2 {(x, y) x, y R} A B az A részhalmaza a B-nek A B az A és B halmaz közös része A B az A és B halmaz összes eleme egy halmazban A az alaphalmaz A halmazon kívüli elemei A\B A B F (a + 0) a jobboldali határérték, azaz F (a 0) a baloldali határérték, azaz exp(x) e x lim F (x) x a+0 lim F (x) x a 0 f( ) : D R az f leképezés, D az értelmezési tartomány, a pont a változót helyettesíti f(d) az f leképezés értékkészlete ii

A VALÓSZÍNŰSÉG FOGALMA Definíció: Egy véletlen kísérlet lehetséges eredményeinek összeségét eseménytérnek (mintatér) nevezzük. Jele: Ω. Az Ω elemeit elemi eseményeknek nevezzük. Definíció: Az Ω részhalmazainak egy F rendszerét σ-algebrának nevezzük, ha (1) Ω F, (2) A F, akkor A F, (3) A 1, A 2,... F, akkor A 1 A 2... F. Az F elemeit pedig eseményeknek nevezzük. Megjegyzés: Ha A, B F, akkor A B F. Definíció: Az Ω-t szokás biztos eseménynek, az -t pedig lehetetlen eseménynek nevezni. Továbbá, az A esemény bekövetkezik, ha a kísérlet eredménye eleme az A halmaznak. Megjegyzés: Az A B esemény bekövetkezik, ha legalább az egyik közülük bekövetkezik, míg az A B esemény akkor következik be, ha mind a kettő bekövetkezik. Definíció: A P : F R nemnegatív leképezést valószínűségnek nevezzük, ha (1) P (Ω) = 1, (2) A B =, akkor P (A B) = P (A) + P (B), (3) A 1, A 2,... egymást kölcsönösen kizáró események (azaz A i A j =, ha i < j és i, j = 1, 2,...), akkor P ( ) A i = 1 P (A i ).

LEMMA: (1) P ( A ) = 1 P (A). (2) P ( ) = 0. (3) P (B\A) = P (B) P (A B). (4) Ha A B, akkor P (A) P (B). (5) P (A B) = P (A) + P (B) P (A B). (6) Ha B n+1 B n és B n =, akkor lim P (B n) = 0. n Definíció: Az (Ω, F, P ) hármast valószínűségi mezőnek nevezzük. Definíció: Ha az elemi események száma véges és valószínűségük megegyezik, akkor a valószínűségi mezőt klasszikusnak nevezzük. Megjegyzés: Legyen Ω = n és jelölje az elemi eseményeket ω i (i = 1, 2,..., n). Ekkor ( n ) n 1 = P (Ω) = P {ω i } = P ({ω i }) = np ({ω i }). Tehát P ({ω i }) = 1 n (i = 1, 2,..., n). Definíció: Bernoulli kísérletsorozatnak nevezzük azt, ha adott A F és egymástól függetlenül, azonos körülmények között elvégezzük ugyanazt a kísérletet, s csak azt figyeljük, hogy az A esemény bekövetkezett-e vagy sem. Példa: 1. Visszatevéses mintavétel: Adott N darab különböző objektum, amelyek közül s darab rendelkezik egy bizonyos tulajdonsággal, például selejt. Visszatevéssel kiveszünk n darabot. Legyen a kivett selejtek száma ξ. Mennyi a valószínűsége, hogy ξ = k, ahol 0 k n. P (ξ = k) = ( n k ) s k (N s) n k N n. 2. Visszatevés nélküli mintavétel: Adott N darab különböző objektum, amelyek közül s darab rendelkezik egy bizonyos tulajdonsággal, 2

például selejt. Visszatevés nélkül kiveszünk n darabot. Legyen a kivett selejtek száma ξ. Mennyi a valószínűsége, hogy ξ = k, ahol 0 k min{n, s}. P (ξ = k) = ( )( ) s N s k n k ( ). N n TÉTEL: (Poincaré) Az A 1, A 2,..., A n eseményekre ( n ) n k P A i = ( 1) k 1 k=1 i 1 <i 2 < <i k P ahol az összegzést az összes lehetséges {i 1, i 2,..., i k } {1, 2,..., n} esetre tekintjük. Definíció: Az A esemény B feltétel melletti feltételes valószínűségének nevezzük a P (A B) P (A B) = P (B) mennyiséget, ha P (B) > 0. Megjegyzés: A P ( B) : F R leképezés tényleg valószínűség. n 1 LEMMA: Ha az A 1, A 2,..., A n eseményrendszerre P ( A i ) > 0, akkor P ( j=1 A ij, n A i ) = P (A 1 )P (A 2 A 1 ) P (A n A 1 A 2... A n 1 ). Definíció: Az A 1, A 2,... eseményrendszert teljes eseményrendszernek nevezzük, ha A i A j =, ha i < j és i, j = 1, 2,..., és A i = Ω. TÉTEL: (teljes valószínűség) Ha A 1, A 2,... teljes eseményrendszer és P (A i ) > 0, ha i = 1, 2,..., akkor tetszőleges B esemény esetén P (B) = P (B A i )P (A i ). 3

TÉTEL: (Bayes) Ha A 1, A 2,... teljes eseményrendszer és P (A i ) > 0, ha i = 1, 2,..., akkor tetszőleges pozitív valószínűségű B esemény esetén P (A k B) = P (B A k)p (A k ) P (B A i)p (A i ). Megjegyzés: A Bayes-tételhez kapcsolódóan bevezethetjük a következő elnevezéseket: P (A i ) az ún. a-priori valószínűség és P (A i A) az ún. a-posteriori valószínűség. Definíció: Az A és B eseményt sztochasztikusan függetlennek nevezzük, ha P (A B) = P (A)P (B). Az A 1, A 2,..., A n eseményeket páronként sztochasztikusan függetlennek nevezzük, ha P (A i A j ) = P (A i )P (A j ) (1 i < j n). Az A 1, A 2,..., A n eseményeket teljesen sztochasztikusan függetlennek nevezzük, ha P (A i1... A ik ) = P (A i1 ) P (A ik ), ahol 1 i 1 < < i k n, 2 k n. Példa: Ha az A és B események függetlenek, akkor A és B, A és B és A és B is függetlenek. LEMMA: Ha A 1, A 1,..., A n független események és P (A i ) < 1 (i = n 1, 2,..., n), akkor P ( A i ) < 1. Bizonyítás: ( n ) P A i = P n A i = 1 P n A i = = 1 P ( n ) n A i = 1 P ( A i ). 4

A VALÓSZÍNŰSÉGI VÁLTOZÓ Definíció: A ξ : Ω R leképezést valószínűségi változónak nevezzük, ha {ξ < x} = {ω ω Ω, ξ(ω) < x} F x R. Definíció: Az F (x) = P (ξ < x) formulával meghatározott valós függvényt a ξ valószínűségi változó eloszlásfüggvényének nevezzük. TÉTEL: Az F valós függvény akkor és csak akkor lehet eloszlásfüggvény, ha 1. lim F (x) = 0, x 2. lim F (x) = 1, x 3. F (x 1 ) F (x 2 ), ha (x 1 < x 2 ), azaz monoton növekvő, 4. lim x x 0 0 F (x) = F (x 0), x 0 R, azaz balról folytonos. TÉTEL: Legyen F a ξ valószínűségi változó eloszlásfüggvénye és a, b R, ekkor 1. P (a ξ < b) = F (b) F (a), 2. P (ξ = a) = F (a + 0) F (a). Definíció: A ξ valószínűségi változót diszkrétnek nevezzük, ha a lehetséges értékek ξ(ω) halmazának számossága legfeljebb megszámlálhatóan végtelen. Megjegyzés: Diszkrét valószínűségi változó esetén a lehetséges értékek felírhatók egy sorozatként. Definíció: Legyen a ξ valószínűségi változó lehetséges értekeinek sorozata x 1, x 2,.... A p i = P (ξ = x i ) (i = 1, 2,...) valószínűségek sorozatát eloszlásnak nevezzük. 5

TÉTEL: Ha p 1, p 2,... eloszlás, akkor p i 0 (i = 1, 2,...) és p i = 1. Definíció: Ha létezik f nemnegatív valós függvény, melyre F (x) = x f(t)dt, x R akkor f az F eloszlásfüggvényhez tartozó sűrűségfüggvény. Megjegyzés: A sűrűségfüggvény nem egyértelmű. TÉTEL: Az f valós függvény akkor és csak akkor lehet sűrűségfüggvény, ha nemnegatív és + f(t)dt = 1. Definíció: A valószínűségi változót folytonosnak nevezzük, ha létezik a sűrűségfüggvénye. TÉTEL: Legyen a ξ folytonos valószínűségi változó f sűrűségfüggvénnyel és a, b R, ekkor P (ξ = a) = 0, és P (a ξ < b) = b a f(x)dx. Definíció: 1. Ha a ξ diszkrét valószínűségi változó lehetséges értékeinek a száma véges, azaz a lehetséges értékek x 1, x 2,..., x n és p i = P (ξ = x i ) (i = 1, 2,..., n), akkor a n x i p i mennyiséget várható értéknek nevezzük. 6

2. Ha a ξ diszkrét valószínűségi változó lehetséges értékeinek számossága megszámlálhatóan végtelen, azaz a lehetséges értékek akkor a x 1, x 2,..., és p i = P (ξ = x i ) (i = 1, 2,...), x i p i mennyiséget várható értéknek nevezzük, ha a + x i p i < +. 3. Ha ξ folytonos valószínűségi változó f sűrűségfüggvénnyel, akkor xf(x)dx mennyiséget várható értéknek nevezzük, ha + x f(x)dx < +. A ξ valószínűségi változó várható értékének a jele: E(ξ) TÉTEL: 1. E(aξ + b) = ae(ξ) + b, a, b R. 2. Ha m ξ M, akkor m E(ξ) M. Definíció: Legyen ξ valószínűségi változó és g valós függvény. Ha az η = g(ξ) függvény valószínűségi változó, akkor a ξ transzformáltjának nevezzük. Megjegyzés: A transzformált eloszlásfüggvénye F η (y) = P ({ω g(ξ(ω)) < y}). TÉTEL: Ha g differenciálható és g (x) 0, akkor ξ folytonos valószínűségi változó esetén η = g(ξ) folytonos valószínűségi változó, melynek sűrűségfüggvénye { f η (y) = f ξ (g 1 (y)) d dy g 1 (y), ha a < y < b, 0, egyébként, 7

ahol a = min( lim g(x), lim g(x)), x x + b = max( lim g(x), x lim g(x)). x + TÉTEL: Ha η = g(ξ) a ξ valószínűségi változó transzformáltja, akkor E(η) = g(x i )P (ξ = x i ), + g(x)f ξ (x)dx, ha ξ diszkrét, ha ξ és η folytonos. Definíció: Az E((ξ E(ξ)) 2 ) mennyiséget a ξ valószínűségi változó szórásnégyzetének nevezzük. Jele: D 2 (ξ). Definíció: A E((ξ E(ξ)) 2 ) mennyiséget a ξ valószínűségi változó szórásának nevezzük. Jele: D(ξ). Definíció: Az E(ξ k ) mennyiséget a ξ valószínűségi változó k-adik momentumának nevezzük. Definíció: Az E((ξ E(ξ)) k ) mennyiséget a ξ valószínűségi változó k-adik centrális momentumának nevezzük. TÉTEL: 1. D(aξ + b) = a D(ξ), a, b R. 2. min a R E((ξ a)2 ) = D 2 (ξ), és ekkor a = E(ξ). 3. D 2 (ξ) = E(ξ 2 ) E 2 (ξ). NÉHÁNY DISZKRÉT ELOSZLÁS ÉS JELLEMZŐI: 1. BINOMIÁLIS ELOSZLÁS Legyen n N, A F, és végezzünk el egy n hosszúságú Bernoulli kísérletsorozatot. Továbbá, legyen ξ az A esemény bekövetkezéseinek a száma. Ekkor ξ eloszlása ( ) n P (ξ = k) = p k q n k, (k = 0, 1,..., n), k 8

ahol P (A) = p és q = 1 p. Fegyverneki Sándor: Valószínűségszámítás E(ξ) = np, D 2 (ξ) = npq. Megjegyzés: vezet. A visszatevéses mintavétel binomiális eloszláshoz 2. POISSON-ELOSZLÁS Legyen λ > 0 és λ = np n, ekkor lim n,λ=np n ( n )p kn(1 p n ) n k λ λk = e, ahol k = 0, 1,.... k k! A ξ valószínűségi változót Poisson-eloszlásúnak nevezzük λ > 0 paraméterrel, ha eloszlása λ λk P (ξ = k) = e, ahol k = 0, 1,.... k! E(ξ) = λ, D 2 (ξ) = λ. 3. GEOMETRIAI ELOSZLÁS A binomiális eloszlás bevezetésekor használt jelölések mellett a ξ valószínűségi változó jelentse az A esemény első bekövetkezéséhez szükséges kísérletek számát. A ξ eloszlása P (ξ = k) = pq k 1, ahol k = 1, 2,.... E(ξ) = 1 p, D2 (ξ) = q p 2. Megjegyzés: A η = ξ 1 valószínűségi változót is szokás geometriai eloszlásúnak nevezni. Az η eloszlása P (η = k) = pq k, ahol k = 0, 1, 2,.... E(η) = q p, D2 (η) = q p 2. 9

NÉHÁNY FOLYTONOS ELOSZLÁS ÉS JELLEMZŐI: 1. EGYENLETES ELOSZLÁS Legyen a, b R és a < b. A ξ egyenletes eloszlású az (a, b) intervallumon, ha a sűrűségfüggvénye E(ξ) = a + b 2, D2 (ξ) = 1, ha a < x < b, f(x) = b a 0, egyébként. (b a)2. Az eloszlásfüggvény 12 0, ha x a, x a F (x) =, ha a < x b, b a 1, ha x > b. 2. EXPONENCIÁLIS ELOSZLÁS A ξ exponenciális eloszlású λ > 0 paraméterrel, ha a sűrűségfüggvénye { λe f(x) = λx, ha x 0, 0, egyébként. E(ξ) = 1 λ, D2 (ξ) = 1. Az eloszlásfüggvény λ2 F (x) = { 0, ha x 0, 1 e λx, ha x > 0. Örökifjú tulajdonság: P (ξ a + b ξ a) = P (ξ b), ahol a > 0, b > 0. 3. NORMÁLIS ELOSZLÁS Legyen m R, σ > 0. Az η normális eloszlású, ha a sűrűségfüggvénye f(x) = 1 ) ( σ 2π exp (x m)2 2σ 2, x R. 10

E(ξ) = m, D 2 (ξ) = σ 2. Ha m = 0 és σ = 1, akkor a valószínűségi változót standard normális eloszlásúnak nevezzük. Jelölje a sűrűségfüggvényét ϕ és az eloszlásfüggvényét Φ. Ha ξ standard normális eloszlású, akkor az η = σξ+m valószínűségi változó F eloszlásfüggvényére jellemző, hogy ( ) x m F (x) = Φ. σ Megjegyzés: 1. A ϕ függvény írja le a Gauss-görbét(harang görbét). 2. Φ(0) = 0.5 és Φ( x) = 1 Φ(x). 4. CAUCHY ELOSZLÁS Legyen c R, s > 0. Az η Cauchy eloszlású, ha a sűrűségfüggvénye f(x) = 1 [ ( ) 2 ], x R. x c πs 1 + s Nem létezik a várható érték. Az eloszlásfüggvény F (x) = 1 2 + 1 π arctan ( x c s Megjegyzés: Szokás csak a c = 0, s = 1 esetet (standard) Cauchyeloszlásnak nevezni. ). A VÉLETLEN VEKTOROK Definíció: A (ξ, η) : Ω R 2 leképezést (kétdimenziós) véletlen vektornak nevezzük, ha {ξ < x, η < y} = {ω ω Ω, ξ(ω) < x, η(ω) < y} F x, y R. Definíció: Az F (x, y) = P (ξ < x, η < y) formulával meghatározott valós értékű függvényt a (ξ, η) véletlen vektor együttes eloszlásfüggvényének nevezzük. Az F ξ (x) = lim F (x, y), F η(y) = lim F (x, y) y + x + 11

függvényeket peremeloszlásfüggvénynek nevezzük TÉTEL: Az F függvény akkor és csak akkor lehet együttes eloszlásfüggvény, ha 1. lim F (x, y) = 0, lim x 2. x lim F (x, y) = 1, y F (x, y) = 0, y 3. F mindkét változójában balról folytonos, 4. F (b, d) F (b, c) F (a, d) + F (a, c) 0, a < b, c < d esetén, azaz teljesül az ún. téglalap tulajdonság. Megjegyzés: A téglalap tulajdonságból következik, hogy mindkét változójában monoton növekvő. Definíció: A (ξ, η) véletlen vektort diszkrétnek nevezzük, ha a lehetséges értékek számossága legfeljebb megszámlálhatóan végtelen. Definíció: Legyen a ξ, illetve η valószínűségi változó lehetséges értekeinek sorozata x 1, x 2,..., illetve y 1, y 2,.... A P (ξ = x i, η = y j ) = p ij (i, j = 1, 2,...) valószínűségek sorozatát együttes eloszlásnak nevezzük. A q i = p ij, (i = 1, 2,...), r j = j=1 p ij, (j = 1, 2,...) valószínűség sorozatokat peremeloszlásnak nevezzük. Minden r j > 0 esetén a ξ feltételes eloszlása adott η = y j mellett P (ξ = x i η = y j ) = p ij r j. Az E(ξ η = y j ) = 12 x i p ij r j

mennyiséget feltételes várható értéknek nevezzük. Az E(ξ η = y j ) = m 2 (y j ) függvényt a ξ-nek az η-ra vonatkozó regressziós függvényének nevezzük. TÉTEL: Ha p ij (i, j = 1, 2,...) együttes eloszlás, akkor p ij 0 (i, j = 1, 2,...) és p ij = 1. j=1 Definíció: Ha létezik f nemnegatív valós értékű függvény, melyre F (x, y) = x y f(u, v)dvdu, x, y R, akkor f az F eloszlásfüggvényhez tartozó együttes sűrűségfüggvény. Az f ξ (x) = + f(x, y)dy, f η (y) = + függvényeket peremsűrűségfüggvénynek nevezzük. f(x, y)dx TÉTEL: Az f függvény akkor és csak akkor lehet együttes sűrűségfüggvény, ha nemnegatív és + + f(x, y)dydx = 1. Definíció: A (ξ, η) véletlen vektort folytonosnak nevezzük, ha létezik az együttes sűrűségfüggvénye. Definíció: A ξ és η) valószínűségi változót függetlennek nevezzük, ha F (x, y) = F ξ (x)f η (y), x, y R. 13

Megjegyzés: A függetlenség megfelelői diszkrét illetve folytonos esetben: p ij = q i r j, (i, j = 1, 2,...), f(x, y) = f ξ (x)f η (y) x, y R. Definíció: Legyen (ξ, η) véletlen vektor. Az F (x y) az feltételes eloszlásfüggvénye a ξ-nek η = y esetén, ha F (x y) = P (ξ < x η = y) = lim P (ξ < x y η < y + h). h 0+0 Megjegyzés: Ha léteznek a feltételes valószínűségek. Definíció: Ha létezik f ξ η nemnegatív valós értékű függvény, melyre F (x y) = x f ξ η (u y)du, x, y R akkor f ξ η a ξ-nek az η-ra vonatkozó feltételes sűrűségfüggvénye. Megjegyzés: f ξ η (x y) = f(x, y) f η (y). Definíció: A feltételes sűrűségfüggvény segítségével meghatározott feltételes várható értéket regressziós függvénynek nevezzük, azaz az + f ξ η (x y)dx = m 2 (y) függvényt a ξ-nek az η-ra vonatkozó regressziós függvényének nevezzük. Megjegyzés: Ha (ξ, η) véletlen vektor g : R 2 R olyan függvény, hogy g(ξ, η) valószínűségi változó, akkor g(x i, y j )p ij, ha (ξ, η) diszkrét, i,j E(g(ξ, η)) = + + g(x, y)f(x, y)dydx, ha (ξ, η) folytonos. 14

Definíció: A cov(ξ, η) = E((ξ E(ξ))(η E(η))) mennyiséget kovarianciának nevezzük. Az r(ξ, η) = cov(ξ, η) D(ξ)D(η) mennyiséget pedig korrelációs együtthatónak nevezzük. TÉTEL: 1. E(ξ + η)) = E(ξ) + E(η). 2. D 2 (ξ + η)) = D 2 (ξ) + D 2 (η) + 2cov(ξ, η). 3. E(E(ξ η = y)) = E(ξ). 4. cov(ξ, η) D(ξ)D(η), azaz r(ξ, η) 1. NÉHÁNY FOLYTONOS ELOSZLÁS: A (ξ, η) véletlen vektor Q = (i) normális eloszlású, ha f(x, y) = 1 2πσ 1 σ 2 1 ρ 2 exp[ Q], [ 1 2(1 ρ 2 ( x m 1 ) 2 2ρ( x m 1 )( y m 2 ) + ( y m ] 2 ) 2, ) σ 1 σ 1 σ 2 σ 2 ahol σ 1 > 0, σ 2 > 0, 1 < ρ < 1. (ii) egyenletes eloszlású az A R 2 tartományon, ha { 1, f(x, y) = A ha (x, y) A, 0, egyébként. Megjegyzés: A véletlen vektor és a hozzákapcsolódó fogalmak definícióját csak kétdimenziós esetben adtuk meg, de nagyon egyszerűen 15

kiterjeszthetőek véges sok valószínűségi változó esetére. Például, a ξ 1, ξ 2,..., ξ n valószínűségi változókat függetlennek nevezzük, ha F (x 1, x 2,..., x n ) = F ξ1 (x 1 )F ξ2 (x 2 ) F ξn (x n ) x 1, x 2,..., x n R. TÉTEL: Az F (x 1, x 2,..., x n ) függvény akkor és csak akkor együttes eloszlásfüggvény, ha minden változójában balról folytonos, és lim F (x 1, x 2,..., x n ) = 0, x i (i = 1, 2,..., n), lim F (x 1, x 2,..., x n ) = 1, x i + (,2,...,n) K=e 1 +e 2 +...+e n ( 1) K F (e 1 a 1 + (1 e 1 )b 1,..., e n a n + (1 e n )b n ) 0 a i b i (i = 1, 2,..., n) és az összegzést K esetében vesszük, ahol az e 1, e 2,..., e n értéke 0 és 1 lehet. TÉTEL: Legyenek ξ 1, ξ 2,..., ξ n független valószínűségi változók, melyeknek rendre F ξ1, F ξ2,..., F ξn az eloszlásfüggvénye. Ekkor (a) az η(ω) = max{ξ 1 (ω),..., ξ n (ω)} ( ω Ω) valószínűségi változó eloszlásfüggvénye F η (y) = F ξ1 (y)f ξ2 (y) F ξn (y). (b) az η(ω) = min{ξ 1 (ω),..., ξ n (ω)} ( ω Ω) valószínűségi változó eloszlásfüggvénye F η (z) = 1 (1 F ξ1 (z))(1 F ξ2 (z)) (1 F ξn (z)). TÉTEL: (Markov-egyenlőtlenség) Legyen a ξ nemnegatív valószínűségi változó, melynek létezik a várható értéke, ekkor c > 0 esetén P (ξ c) E(ξ). c 16

TÉTEL: (Csebisev-egyenlőtlenség) Ha a ξ valószínűségi változónak létezik a szórásnégyzete, akkor ε > 0 esetén P ( ξ E(ξ) ε) D2 (ξ) ε 2. TÉTEL: (nagy számok gyenge törvénye) Legyen ξ 1, ξ 2,... független, azonos eloszlású valószínűségi változók sorozata. Létezik a szórásnégyzet. Ekkor tetszőleges ε > 0 esetén ( lim P ξ ) 1 +... + ξ n E(ξ 1 ) ε = 0. n + n Megjegyzés: Legyen A esemény és S n az A esemény gyakorisága az első n kísérletből egy Bernoulli kísérletsorozatnál. Ekkor tetszőleges ε > 0 esetén ( lim P S ) n n + n P (A) ε = 0. TÉTEL: (centrális határeloszlás-tétel) Legyen ξ 1, ξ 2,... független, azonos eloszlású valószínűségi változók sorozata és létezik az E(ξ i ) = µ és n D 2 (ξ i ) = σ 2 > 0. Ha S n = ξ k, akkor k=1 ( lim P Sn nµ n + σ n ahol Φ a standard normális eloszlásfüggvény. ) < x = Φ(x), x R, TÉTEL: (Moivre-Laplace) Legyen a ξ valószínűségi változó binomiális eloszlású n és p paraméterrel és 0 a < b n egész, akkor b ( ) n P (a ξ b) = p k q n k k k=a b np + 1 Φ 2 Φ npq a np 1 2 npq. 17