פתרון תרגיל מספר 7
Transcription
פתרון תרגיל מספר 7
פתרון תרגיל מספר 7 .1 1 1 (exp ) , E ( X i ) 1000 1000 1000 1 e ) e 1 1 1000 1000 . Xi . P( X i 1000) 1 (1 eכעת ,מספר הסוללות (בהנחה שהן בלתי תלויות) 1 ש"יחיו" מעבר לממוצע (נסמנו ב )Y-מתפלג בינומית ) Bin(10, e , Yולכן 10 1 1 P(Y 7) 1 0.027 7 e e 7 3 .2האוטובוס עובר בתחנה אחת לשעה ,בזמן קבוע ,אתה מגיע לתחנה בזמן אקראי ,כלומר לפי התפלגות אחידה זמן ההמתנה ,X ,מתפלג אחיד רציף על הקטע [( ]60,0אם בוחרים בסקאלה של דקות). שימו לב – ראשית ,זמן זה גודל רציף ,לכן וודאי שזמן ההמתנה מקבל כל ערך אפשרי בין 0ו( 60 -או בין 0ו 1 -אם בוחרים בסקאלה של שעות ,וכך הלאה). זמן ההמתנה תלוי כמובן בזמן ההגעה (או ליתר דיוק ,במרחק של זמן ההגעה משעת הגעת האוטובוס), ולכן מתפלג אף הוא ].U[0,60 קל להבין זאת אם מציירים את מרחב המדגם בצורה - זמן הגעת האוטובוס זמן ההמתנה לאוטובוסX , זמן הגעה לתחנה היקף המעגל = 60 זמן ההגעה – זמן אקראי על המעגל, לכן Xזמן ההמתנה לאוטובוס מתפלג ]( U[0,60אם בוחרים בסקאלה של דקות). ולכן – פונקצית הצפיפות - f(x) = 1/60, 0 < x < 60 אחרת 0 פונקצית ההתפלגות המצטברת - = )F(x x<0 0, 0 <= x < 60 x/60 x >= 60 1 ½ = )P(X>30) = 1 – P(X<=30) = 1 – F(30 = )For t < 30: P(X>t+30|X>t) = P(X>t+30 and X>t) / P(X>t ]P(X>t+30) / P(X>t) = [1 – (t+30)/60] / [1 – t/60] = [30-t]/[60-t מחוסר זכרון של משתנה מקרי מעריכי – אם ):Y ~ exp(1/30 P(Y t 30 | Y t ) P(Y 30 ) 1 FY (30 ) 1 (1 e 30 / 30 ) 1 / e .3 1 40.25 9 40.125 1 1 9 12 e e e e 0.58 10 10 10 10 1 9 (1 e100.25 ) (1 e100.125 ) 0.73 10 10 P( x 4) P( x 10) 1 9 1 9 ) (1 et 0.25 ) (1 et 0.125 ) 1 ( et 0.25 et 0.125 10 10 10 10 , FX (t ) 1 9 1 9 f X (t ) (1 ( et 0.25 et 0.125 )) ' et 0.25 et0.125 10 10 40 80 1 100.25 9 100.125 e e P( x 5, x 10) P( x 10) 1 9 10 10 | x 5) (1 et 0.25 ) (1 et0.125 ) 10 ) 0.52 P( x 5 1 9 50.125 )P( x 5 P( x 5) 10 10 50.25 e e 10 10 תכונת חוסר הזיכרון אינה נשמרת – ההתפלגות "המשולבת" אינה מעריכית .אורך זקן של תיש מעיד על צבעו( .ככל שהזקן ארוך יותר ,כך יש יותר סיכוי שצבעו שחור) .4מהתיאור עולה שמדובר בתהליך פואסון. א .כפי שראינו הזמן עד התקלה הראשונה מתפלג מעריכית עם . 0.5 כמו שראיתם בשיעור T 2 ,מתפלג גמא עם פרמטרים 2ו.0.5 - לכן - (1 0.5 2) 2e 1 0.52 P(T2 2) 1 FT 2 (2) e או לחלופין להיעזר בעובדה ש -האירוע השני קרה אחרי זמן " = "T=2עד זמן T=2קרו פחות מ2 - אירועים" ) 2 sec onds 0 events or 1 event )2 sec onds after happened event P(until P(sec ond ולקבל אותה תוצאה. P (T 5) 3.5e 2.5 P (T2 3 2 | T2 3) 1.4e 1 1.5 P (T 3) 2.5e ורואים שעבור מ"מ גמא כנ"ל לא מתקיים חוסר זיכרון. גם כפי שראיתם בשיעור ,זמנים בין מאורעות סמוכים מתפלגים מעריכית ,עם פרמטר .0.5נסמן Tהזמן בין פליטת החלקיק השני לפליטת החלקיק השלישי .מקבלים P(T 2) 1 FX (2) e 0.52 e 1ומחוסר זיכרון זו גם ההסתברות השניה המבוקשת. כדי לחשב את ההסתברות נזכור שבתהליך פואסון מספר האירועים עד זמן tמתפלג פואסונית עם פרמטר . tהמאורע "האירוע השלישי קרה אחרי זמן "2שקול למאורע "עד זמן 2קרו פחות משלושה אירועים", ולכן נוכל לחשב את ההסתברות המבוקשת באמצעות הסתברות המאורע השקול ,תוך שימוש בכך שמספר האירועים עד זמן ,2שנסמן ב ,X -מתפלג פואסונית עם פרמטר .1=2* 0.5כלומר - P (T3 2) P ( X 3) P ( X 0) P ( X 1) P ( X 2) e 1 (1 1 12 / 2!) 2.5e 1ו באופן כללי ,תוך שימוש באותה שיטה – נסמן Yמספר האירועים עד זמן ,t>0ונקבל - )! ,t>0( P (T3 t ) P (Y 3) e 0.5t (1 (0.5t ) (0.5t ) 2 / 2אחרת ההסתברות )1 עבור , T kבאופן דומה ,כאשר Zמספר האירועים עד זמן - t>0 P(Tk t ) P(Z k ) P(Z 0) ... P(Z k 1) ]!)e 0.5t [1 (0.5t ) (0.5t ) 2 / 2!... (0.5t ) k 1 /(k 1 (עבור ,t>0אחרת ההסתברות )1 P(Tk t ) 1 P(Tk t ) ]!)1 e0.5t [1 (0.5t ) (0.5t )2 / 2! ... (0.5t ) k 1 /(k 1 ע"י גזירה פונקצית הצפיפות שנקבל היא }t K 1 exp{t K !)( K 1 fTK (t ) שזו צפיפות של מ"מ גמא. .5 נסמן Xמשקל התינוק שנבחר .נתון – ).X~N(10,1.5^2 P(9.5 X 10 .5) 2 P(10 X 10 .5) 2[ FX (10 .5) FX (10 )] 2 FX (10 .5) 1 כאשר השיוויון הראשון נובע מכך שאנחנו מחפשים הסתברות קטע סימטרי סביב התוחלת ( )10ומ"מ נורמלי הוא סימטרי סביב תוחלתו ,והשוויון האחרון נובע גם כן מהסימטריה סביב התוחלת – היא גוררת שההסתברות שמ"מ נורמלי יהיה קטן מהתוחלת שלו היא .0.5 כעת כדי למצוא ) FX (10 .5נתקנן ונעבור למ"מ נורמלי סטנדרטי ,כך שנוכל להיעזר בטבלת ההתפלגות X 10 הנורמלית .נסמן - 1.5 Z מ"מ נורמלי סטנדרטי ,פונקצית ההתפלגות המצטברת של מ"מ נורמלי סטנדרטי (זה הסימון המקובל) ,ואז - X 10 0.5 1 1 ) P( Z ) ( ) 0.6293 1.5 1.5 3 3 P (9.5 X 10 .5) 0.2586 ( P ( X 10 .5) P (כאמור ,ע"י שימוש בטבלת ההתפלגות הנורמלית). שימו לב כי מטעמי הסימטריה נובע .P(9.5 < X < 10) = P(10 < X < 10.5) - מחפשים aכך ש . P( X a) 0.05 -נתקנן כנ"ל ונקבל - a 10 ) 1.5 . 0.05 P( X a) P( Z אם ננסה כעת להשתמש בטבלה ,לא נמצא את ההסתברות ,0.05כי הטבלה נותנת ערכים מ 0.5 -ומעלה .אבל זה מספיק ,כי אפשר להשתמש בסימטריה של Zסביב אפס (=התוחלת שלו) ,כלומר בכך ש , P( Z t ) P( Z t ) -ולקבל a 10 10 a 10 a 10 a ) P( Z () 1 () ) 0.95 1.5 1.5 1.5 1.5 0.05 P( Z כעת מסתכלים בטבלה ורואים שערך tעבורו (t ) 0.95הוא t=1.645ומכאן 10 a 1.645 a 7.5325 1.5 בהינתן שמשקל התינוק הוא בקטע ) (9.5,10.5אזי הסיכוי שהוא גדול מ 10זה בדיוק 0.5כיוון שההתפלגות סימטרית סביב .10 10.5 10 X 10 10.2 10 (P ) 1.5 1.5 1.5 0.2586 )P(10.5 X 10.2 P( X 10.2 9.5 X 10.5) )P(9.5 X 10.5 P(0.3 Z 0.133) (0.3) (0.133) 0.6179 0.5517 0.255 0.2586 0.2586 0.2586 X 10 9.5 10 ) P( Z 0.3) (0.3) 1 (0.3) 1 0.6915 0.3085 1.5 1.5 נסמן ב Yאת מס' הבחירות שנעשה עד שנקבל תינוק ששוקל מתחת ל.9.5 - )Y ~ G (0.3085 1 3.24 0.3085 E (Y ) 1 0.3085 7.26 0.39852 V (Y ) ז. ח. נסמן ב Wאת מס' הבחירות עד שנקבל 5תינוקות ששוקלים מתחת ל 9.5אזי : )W ~ NB (5, 0.3085 5 16.2 0.3085 )5(1 0.3085 36.32 0.30852 ט.נחפש כך ש- ) 0.5 () 1 כלאמר ) 0.8 E (W ) V (W ) 0.5 ) P( Z 0.5 ( לפי הטבלה רואים Z 0.8 0.845 :ולכן נקבל : 0.5 X 10 (0.2 P( X 10.5) P כלאמר . 0.59 .6 1.43) 0.9236 1.67) 0.9525 2.82) 1 P( Z 2.82) 1 0.9976 0.0024 0.55) 1 P( Z 0.55) 1 0.7088 0.2912 P( Z P( Z P( Z P( Z 0.5 0.845 (P( X 9.5) P P( Z 0.98) 1 P( Z 0.98) 1 (1 P( Z 0.98)) P( Z 0.98) 0.8365 P( Z 2.46) 1 P( Z 2.46) 1 0.9931 0.0069 P(0.52 Z 1.52) P( Z 1.52) P( Z 0.52) 0.9357 0.6985 0.2372 P(2.34 Z 0.75) P( Z 0.75) P( Z 2.34) 1 P( Z 0.75) 1 P( Z 2.34) 0.9904 0.7734 0.217 P(0.52 Z 2.59) P( Z 2.59) P( Z 0.52) P( Z 2.59) 1 P( Z 0.52) 0.9952 1 0.6985 0.6937 .7 Z 0.999 3.09 Z 0.99 2.326 Z 0.95 1.645 Z 0.9 1.282 Z 0.8 0.84 Z 0.3 Z 0.7 0.52 Z 0.05 Z 0.95 1.645