Ugrás a fő tartalomhoz

Abszolút folytonos eloszlások

Egy valószínűségi változó folytonos, ha lehetséges értékeinek halmaza nem megszámlálható.

Sűrűségfüggvény

A végtelen sok tag miatt a diszkrét eloszlásoknál is használt összeadás kivitelezhetetlenné válik, ezért valami más megfeleltetést kell találnunk, amit sűrűségfüggvénynek fogunk nevezni.

Definíció

Az ff integrálható, nemnegatív értékű a valós számok halmazán értelmezett függvényt sűrűségfüggvénynek nevezzük, ha

+f(x)dx=1\int \limits^{+\infty}_{-\infty}{f(x) \, \mathrm{d}x} = 1
megjegyzés

Ez pontosan azt a feltételt fogalmazza meg, hogy a függvény görbe alatti területe 1. Ez megfelel az eddig ismert feltételnek, miszerint az események valószínűségeinek összege 1.

veszély

A sűrűségfüggvény nem ekvivalens súlyfüggvénnyel. Sőt, önmagában nem is képes a kérdéses valószínűség megadására, csupán segédfüggvénykényként használjuk.

A sűrűségfüggvény önmagában nem képes valószínűségek magadására, azonban egy adott kk érték esetén a sűrűségfüggvény görbe alatti területe, az (,k)(-\infty, k) intervallumon pontosan annak a valószínűségét adja meg, hogy XX értéke kisebb, mint kk.

drawing
A σ\sigma szórású normális eloszlás sűrűségfüggvénye

Eloszlásfüggvény

A görbe alatti terület meghatározását integrálással tudjuk megtenni. Ezt az integrált fogjuk eloszlásfüggvénynek nevezni.

Definíció

Legyen ff egy sűrűségfüggvény, ekkor az F(t)=P(Xt) F(t)=P(X \le t) függvényt a következő módon definiáljuk:

F(t)=tf(x)dx\mathrm{F}(t) = \int \limits^{t}_{-\infty}{f(x) \, \mathrm{d}x}
veszély

Mivel az eloszlásfüggvény értelmezési tartománya végtelen halmaz, ezért P(X=t)P(X = t) értéke szükségszerűen 00.

Az integrálás tulajdonságai miatt:

  • P(Xa)=P(X<a)=F(a)P(X \le a)=P(X<a)=F(a)
  • P(Xa)=P(X>a)=1F(a)P(X \ge a)=P(X>a)=1 − F(a)
  • P(aXb)=P(a<Xb)=P(aX<b)=P(a<X<b)=F(b)F(a)P(a \le X \le b)=P(a < X \le b)=P(a \le X < b)=P(a < X < b)=F(b) − F(a)

Az eloszlásfüggvény tulajdonságai a következők:

  • 0F(t)10 \le \mathrm{F}(t) \le 1
  • F(t)\mathrm{F}(t) monoton növekvő
  • F(t)\mathrm{F}(t) határértéke a plusz végtelenben 11 és a mínusz végtelenben pedig 00
PÉLDA

Legyen XX egy folytonos valószínűségi változó a [0,c][0, c] intervallumon, sűrűségfüggvénye:

f(x)={x29,ha 0x<c0,ku¨lo¨nbenf(x) = \begin{cases} \frac{x^2}{9}, &\quad \text{ha } 0 \le x < c \\ 0, &\quad \text{különben} \end{cases}

Határozzuk meg cc-t és XX eloszlásfüggvényét!

A definíció miatt tudjuk, hogy f(x)f(x) határozott integrálja a [0,c][0, c] intervallumon 1. Azaz

1=0cx29dx=[x327]0c=c327027 1 = \int\limits^{c}_{0}{\frac{x^2}{9}} \mathrm{d}x = \left[\frac{x^3}{27}\right]_0^c = \frac{c^3}{27} - \frac{0}{27}

Tehát a következő egyenletet kell megoldani:

1=c327\27,3c=3\begin{align*} 1 &= \frac{c^3}{27} \quad \backslash \cdot 27, \sqrt[3]{\,} \\ c &= 3 \end{align*}

Már csak egy olyan függvényt kell konstruálnunk, mely megfelel az eloszlásfüggvény tulajdonságainak. Az előbb meghatározott, x327\frac{x^3}{27} integrál monoton növekvő, illetve értékkészlete is a [0,1][0, 1] intervallumba esik.

A határértékekre vonatkozó követelményeket pedig úgy fogjuk biztosítani, hogy a függvény 00-nál kisebb értékek esetén nullát cc-nél nagyobb értékek esetén pedig 11-et fog felvenni. Összegezve az eloszlásfüggvény a következő lesz:

F(x)={0,x0127x3,0x<31,x>3F(x) = \begin{cases} 0, &\quad x \le 0 \\ \frac{1}{27}x^3, &\quad 0 \le x < 3 \\ 1, &\quad x > 3 \end{cases}

Várható érték

Egy folytonos valószínűségi változó várható értéke a következő:

E(x)=+xf(x)dx\mathrm{E}(x) = \int \limits^{+\infty}_{-\infty}{x \cdot f(x) \, \mathrm{d}x}
tanács

Sokszor az eloszlást csak egy rögzített intervallumon nézzük. Ekkor az integrál határai lecsökkenthetők az intervallumra.

Nevezetes folytonos eloszlások

Név (paraméterek)kk \inSűrűségfüggvény (ff)Eloszlásfüggvény (FF)E(X)\mathrm{E}(X)D2(X)\mathrm{D}^2(X)
Standard Normális N(0,1)\mathrm{N}(0, 1)(,)(-\infty, \infty)12πex22\frac{1}{{\sqrt{2\pi}}} e^{-\frac{{x^2}}{{2}}}Φ(x)\Phi(x)01
Normális N(m,σ2)\mathrm{N}(m, \sigma^2)(,)(-\infty, \infty)1σ2πe(xm)22σ2\frac{1}{{\sigma\sqrt{2\pi}}} e^{-\frac{{(x - m)^2}}{{2\sigma^2}}}visszavezethető Φ(x)\Phi(x)-remmσ2\sigma^2
Egyenletes U[a,b]\mathrm{U}[a, b][a,b][a, b]{1ba,x[a,b]0,ku¨lo¨nben\begin{cases} \frac{1}{{b - a}}, &\quad x \in \left[ a,b \right] \\ 0, &\quad \text{különben} \end{cases}{0,xaxabaa<xb1,xb\begin{cases} 0, & x \le a \\ \frac{{x - a}}{{b - a}} & a < x \le b \\ 1, & x \ge b \end{cases}a+b2\frac{{a + b}}{2}(ba)212\frac{{(b - a)^2}}{12}
Exponenciális Exp(λ)\mathrm{Exp}(\lambda)(0,)(0, \infty){λeλx,ha x>00,ku¨lo¨nben \begin{cases} \lambda \cdot e^{-\lambda x}, &\quad \text{ha } x > 0 \\ 0, &\quad \text{különben} \end{cases}{1eλx,ha x>00,ku¨lo¨nben\begin{cases} 1 - e^{-\lambda x}, &\quad \text{ha } x > 0 \\ 0, &\quad \text{különben} \end{cases}1λ\frac{1}{\lambda}1λ2\frac{1}{\lambda^2}
megjegyzés

Φ(x)\Phi(x) egy bonyolult függvény, ezért a gyakorlatban értékeit táblázatból szoktuk kiolvasni.