Distribuciones de probabilidad

Transcripción

1 Dstrbucones de probabldad Toda dstrbucón de probabldad es generada por una varable aleatora x, la que puede ser de dos tpos: Varable aleatora dscreta (x). Se le denomna varable porque puede tomar dferentes valores, aleatora, porque el valor tomado es totalmente al azar y dscreta porque solo puede tomar valores enteros y un número fnto de ellos. x 0, 1,, 3, 4, 5, etc, burbujas por envase x 0, 1,, 3,...,5 productos defectuosos en el lote x 0, 1,, 3, 4, 5,...,40 alumnos aprobados en probabldad Varable aleatora contnua (x). Se le denomna varable porque puede tomar dferentes valores, aleatora, porque los valores que toma son totalmente al azar y contnua porque puede tomar tanto valores enteros como fracconaros y un número nfnto de ellos.

2 Espacos muestrales según el número de elementos, o puntos, que contene Fntos cuando el númerode posbldades es fjo : Número de días que llueve en marzo. Infntos cuando exsten nfndad de posbldades : -Escoger un número de la recta numérca. -Elegr una funcón matemátca del conjunto de funcones. x 5.0, 4.99, 4.98, 5.0, 5.01, 5.0, 4.96 x 0.5 cm, 0.1, 0.0, 19.8, 0,6, 0.0, 0.0 x 14.8 gramos, 1.0, 10.0, 4.3, 15.0, 18.4, 19.0, 1.0, 0.8 Como se observa en los ejemplos anterores, una varable contnua puede tomar cualquer valor, entero o fracconaro, una forma de dstngur cuando se trata de una varable contnua es que esta varable nos permte medrla, mentras que una varable dscreta se puede contar, es una varable de tpo atrbuto, cuando se nspeccona un producto este puede ser defectuoso o no, blanco o negro, cumple con las especfcacones o no cumple, etc. Dstrbucón de probabldad dscreta Dstrbucón bnomal Dstrbucón de Posson 1. Es generada por una varable dscreta (x). x Varable que solo toma valores enteros x 0, 1,, 3, 4, 5, 6, 7, 8,... etc.. p( x ) 0 Las probabldades asocadas a cada uno de los valores que toma x deben ser mayores o guales a cero. p 3. ( x ) = 1 La sumatora de las probabldades asocadas a cada uno de los valores que toma x debe ser gual a 1.

3 4. Dstrbucones de probabldad dscreta: Dstrbucón Bnomal o Bernoull Dstrbucón Posson Meda o valor esperado de x (Esperanza matemátca) Para determnar la meda de la dstrbucón dscreta se utlza la sguente fórmula: µ= Ex ( ) = x px ( ) E x) = x P + x P ( 1 1 x P k k Donde: µ = meda de la dstrbucón E(x) = valor esperado de x x = valores que toma la varable p(x ) = probabldad asocada a cada uno de los valores de la varable x Nota: Es mportante tener presente que cada térmno x es postvo cuando representa utldades, ngresos o ganancas (cantdades que recbmos) y negatvo cuando representa pérddas, sancones o défct (cantdades que debemos pagar). Cuando la esperanza matemátca es cero y no se favorece a nngún jugador, se dce que son justos o equtatvos Cuando x son cantdades de dnero o el equvalente en efectvo de la mercancía; se acostumbra hacer referenca a esperanza matemátca como el valor monetaro esperado o VME. Se ha sugerdo que el comportamento de una persona es raconal s, cuando elge entre las opcones de stuacones en que ntervenen ncertdumbres y resgos, la persona opta por la opcón que tene la esperanza matemátca más alta. Quzá parezca razonable este crtero del comportamento raconal, y en muchos casos lo es, pero exsten excepcones que nvolucran análss de decsón. Desvacón estándar (σ) Para determnar la desvacón estándar de la dstrbucón dscreta se utlza la sguente fórmula: Donde: µ = meda o valor esperado de x ( x ) p( x) x = valores que toma la varable x p(x ) = probabldad asocada a cada uno de los valores que toma x σ= µ

4 Según estadístcas la probabldad de que el motor de un auto nuevo, de certo modelo, y marca sufra de algún desperfecto en los prmeros 1 meses de uso es de 0.0, s se prueban tres automóvles de esta marca y modelo, encuentra el número esperado de autos que no sufren de algún desperfecto en los prmeros doce meses de uso y su desvacón estándar. N = no sufre de algún desperfecto en el motor los prmeros 1 meses de uso S = sufre de algún desperfecto en el motor los prmeros 1 meses de uso Espaco muestral = {NNN, NNS, NSN, NSS, SNN, SNS, SSN, SSS} x = varable que nos defne el número de autos que no sufre de algún desperfecto en el motor durante los prmeros 1 meses de uso. x = 0, 1, o 3 autos que no sufren algún desperfecto en el motor en los prmeros 1 meses de uso p(x=0)=p(sss)=(0.0)(0.0)(0.0)= p(x=1)=p(nss,sns,ssn)=(0.98)(0.0)(0.0)+(0.0)(0.98)(0.0)+(0.0)(0.0)(0.98)= p(x=)=p(nns,nsn,snn)=(0.98)(0.98)(0.0)+(0.98)(0.0)(0.98)+(0.0)(0.98)(0.98)= p(nnn) = (0.98)(0.98)(0.98) = Por tanto la meda o valor esperado se determna de la sguente manera: µ = Ex ( ) = x px ( ) = (0)( )+(1)( )+()( )+(3)( )= = =.94 3 autos que no sufren algún desperfecto en el motor en los prmeros 1 meses de uso.

5 La nterpretacón de la meda o valor esperado es; se espera que los 3 autos probados no sufran de algún desperfecto en el motor en los prmeros 1 meses de uso. σ = ( x µ ) p( x ) = ( 0 3) ( ) + ( 1 3) ( ) ( 3 3) ( ) + =± Es decr ±0.0 autos que no sufren algún desperfecto en su motor en los prmeros 1 meses de uso. Lo cual quere decr que en este expermento se espera que los 3 autos probados no sufran de algún desperfecto en su motor en los prmeros 1 meses de uso y la varabldad de este expermento es de cero. Nota: La meda y la desvacón estándar se redondean a un valor entero ya que son la meda y desvacón de una dstrbucón de probabldad dscreta. Se ha detectado en una línea de produccón que 1 de cada 10 artículos fabrcados es defectuoso; se toman de esa línea tres artículos uno tras otro. a) obtén la dstrbucón de probabldad del expermento. b) encuentra el número esperado de artículos defectuosos en esa muestra y su desvacón estándar. Tambén hacendo uso de n dagrama de árbol, se obtene el espaco muestral d a)d = objeto defectuoso N = objeto no defectuoso d={ddd, DDN, DND, DNN, NDD, NDN, NND, NNN} x = Varable que nos defne el número de objetos defectuosos encontrados x = 0, 1, o 3 objetos defectuosos p(x=0)=p(nnn)=(0.9)(0.9(0.9)=0.79 p(x=1)=p(dnn, NDN, NND)=(0.1)(0.9)(0.9)+(0.9)(0.1)(0.9)+(0.9)(0.9)(0.1)=0.43 p(x=)=p(ddn, DND, NDD)=(0.1)(0.1)(0.9)+(0.1)(0.9)(0.1)+(0.9)(0.1)(0.1)=0.07 p(x=3)=p(ddd)=(0.1)(0.1)(0.1)=0.001 Dstrbucón de probabldad x P(x) = b) µ = x p( x) (0)(0.79)+(1)(0.43)+()(0.07)+(3)(0.001)=0.3 Es decr 0 productos defectuosos. Se espera que nnguno de los productos nspecconados sea defectuoso

6 σ = ( x µ ) p( x) = ( 0 0) ( 0.79) + ( 1 0) ( 0.43 ) ( 3 0) ( 0.001) + = 0.36 =± 0.6 =± 1 producto defectuoso Interpretacón: En este expermento se espera que nnguno de los productos nspecconados sea defectuoso, pero los resultados de este expermento pueden varar en ± 1 producto defectuoso, por lo que al nspecconar los 3 productos el numero de productos defectuosos puede varar desde 1 producto defectuoso, hasta 1 producto defectuoso, pero, es posble obtener 1 producto defectuoso?, claro que esto no puede ocurrr, luego el número de productos defectuosos en el expermento varará de 0 a 1 producto defectuoso solamente. Según estadístcas, la probabldad de que un pozo petrolero que se perfore en certa regón pueda ser benefcado es de Se perforan tres pozos en esa regón, encuentra el número esperado de pozos que pueden ser benefcados y su desvacón estándar. Espaco muestral {BBB, BBN, BNB, BNN, NBB, NBN, NNB, NNN} B = se puede el pozo que se perfora N = no se puede benefcar el pozo que se perfora x = varable que nos defne el número de pozos que se pueden benefcar x = 0, 1, o 3 pozos que se pueden benefcar p (x = 0) = p(nnn) = (0.7)(0.7)(0.7)= p(x = 1) = p(bnn, NBN, NNB) = (0.3)(0.7)(0.7)(3)=0.441 p(x = ) = p(bbn, BNB, NBB) = (0.3)(0.3)(0.7)(3)=0.189 p(x = 3) = p(bbb) =(0.3)(0.3)(0.3)= 0.07 µ = x p( x) = ( 0 )( 0.343) + ( 1)( 0.441) + ( 3)( 0.07) = 0.9 aproxmadamente un pozo benefcado Interpretacón: Se espera que solo 1 de los tres pozos perforados sea el que pueda ser benefcado. σ = ( x µ ) p( x) = ( 0 1) ( 0.343) + ( 1 1) ( 0.441) + ( 1) ( 0.189) + ( 3 1) ( 0.0.7) = 0.8 La cantdad esperada de pozos que se pueden benefcar puede varar en 1 ± 1 pozo, esto es la cantdad de pozos que se pueden benefcar puede varar de 0 a pozos. La dstrbucón de probabldad de x, el número de defectos por cada 10 metros de una tela sntétca en rollos contnuos de ancho unforme, es x p(x) a) Determna la dstrbucón de probabldad acumulada de x; P(x). b) Determna el número esperado de defectos por cada 10 metros de tela sntétca en rollos contnuos de ancho unforme y la desvacón estándar del número de defectos por cada 10 metros de tela... c) Determna la probabldad de que en 10 metros de tela sntétca se encuentren como máxmo defectos.

7 a) X p(x) P(x) µ = Ex ( ) = b) x px ( ) = ( 0)( 0.41) + ( 1)( 0.37 ) ( 4)( 0.01) = 0.88 Se espera que por cada 10 metros de tela se encuentre un defecto. σ = ( x µ ) p( x) = ( 0 1) ( 0.41) + ( 1 1) ( 0.37 ) ( 4 1) ( 0.01) = El número de defectos esperado puede varar en ± 1 defecto, es decr que el número de defectos esperado por cada 10 metros de tela puede varar de 0 a. c) px ( ) = p(x=0) + p(x=1) + p(x=) = = 0.94 d) p(x ) = p(x=) + p(x=3) + p(x=4) = = 0. Dstrbucón de probabldad contnua Dstrbucón normal 1. Es generada por una varable contnua (x). x Es una varable que puede tomar tanto valores enteros como fracconaros. x 1.0, 3.7, 4.0, 4.6, 7.9, 8.0, 8.3, 11.5,...,. f( x) 0Las probabldades asocadas a cada uno de los valores que toma x deben ser mayores o guales a cero. Dcho de otra forma, la funcón de densdad de probabldad deberá tomar solo valores mayores o guales a cero. La funcón de densdad de probabldad sólo puede estar defnda en los cuadrantes I y II. 3. f( x) dx = 1La sumatora de las probabldades asocadas a cada uno de los valores que toma x debe ser gual a 1. El área defnda bajo la funcón de densdad de probabldad deberá ser de 1.

8 4. Dstrbucones de probabldad contnua: Dstrbucón t de Student Dstrbucón J cuadrada Dstrbucón F Dstrbucón normal Meda o valor esperado de x Para calcular la meda de una dstrbucón de probabldad contnua se utlza la sguente fórmula: µ = xf( x) dx x = varable aleatora contnua f(x) = funcón de densdad de la dstrbucón de probabldad Donde: µ = E(x) = meda o valor esperado de la dstrbucón Desvacón estándar La fórmula para determnar la desvacón estándar de una dstrbucón contnua es: ( x ) σ µ = f( x) dx σ = σ 1 Para la sguente funcón, f( x) = x cuando 0 x 3, f(x) = 0 para 9 cualquer otro valor a) D s esta funcón nos defne una dstrbucón de probabldad. b) S la funcón defne una dstrbucón de probabldad, entonces, determne su meda y desvacón estándar. c) Determna la probabldad de que 1 x. a) Para verfcar que la funcón nos defne una dstrbucón de probabldad, es necesaro que cumpla con las característcas que se habían menconado. 1. x sí es una varable contnua porque puede tomar cualquer valor entre 0 y 3. f(x) 0, lo que se comprueba s damos dferentes valores a x para ver que valores toma f(x), dándonos cuenta de que efectvamente f(x) solo toma valores mayores o guales a cero Para comprobar que la sumatora de las probabldades que toma cada valor de x es de 1, se ntegra la funcón de 0 a 3 como se muestra a contnuacón:

9 x A= f( x) dx = x dx 0 ( 3 0 ) 1 = = = A= área bajo la funcón 1 Con las operacones anterores comprobamos que la funcón x sí nos defne una 9 dstrbucón de probabldad contnua. b) Cálculo de meda y desvacón estándar x 3 µ = xf ( x) dx = x x dx x dx = = = x x 5.065x σ = µ = = ( x ) f ( x) dx ( x.5) x dx dx = ( ) = p x x dx = = = c) ( ) Con las operacones anterores nos damos cuenta que para evaluar probabldades para varables de tpo contnuo, es necesaro evaluar la funcón de densdad de probabldad en el rango de valores que se desea; que vendría sendo el área que se encuentra entre f(x) y el eje de las x y entre el rango de valores defndos por la varable x.