Ugrás a fő tartalomhoz

Binomiális eloszlás

A binomiális eloszlás azt vizsgálja, hogy nn kísérlet esetén mekkora a valószínűsége annak, hogy éppen kk kísérlet volt sikeres.

Definíció
P(X=k)=(nk)mely kıˊseˊrletek sikeresekpkeseˊly, hogy k sikeres van(1p)nkmaradeˊk kıˊseˊrlet sikertelen\mathrm{P}(X = k) = \underbrace{{n \choose k}}_{\text{mely kísérletek sikeresek}} \cdot \underbrace{p^k}_{\text{esély, hogy } k \text{ sikeres van}} \cdot \underbrace{(1-p)^{n-k}}_{\text{maradék kísérlet sikertelen}}

Binomiális eloszlás

Példa

Egy gyár 0,010,01 valószínűséggel gyárt hibás terméket. Mekkora annak a valószínűsége, hogy 100100 legyártott termékből pontosan 44 lesz hibás?

Mivel XX binomiális eloszlást (XB(4;0,01)X \sim \B(4; 0,01)) követ ezért:

(1004)0,0140,9996{100 \choose 4} \cdot 0,01^4 \cdot 0,99^{96}
Tétel

A binomiális eloszlás várható értéke:

E(B(n,p))=npD2(X)=n2p2 \E(\B(n,p)) = np \qquad \mathrm{D}^2(X) = n^2 p^2
Bizonyítás (várható érték)

A várható érték definíciójából:

k=0nk(nk)pk(1p)nk\sum_{k=0}^{n}{k \cdot {n \choose k} \cdot p^k \cdot (1-p)^{n-k}}

Mivel k=0k = 0 esetén a teljes szorzat 00, ezért az összegzést indíthatjuk 11-ről is. Kihasználva, hogy

(nk)=n!k!(nk)!=nk(n1)!(k1)!(nk)!=nk(n1)!(k1)!((n1)(k1))!=nk(n1k1){n \choose k} = \frac{n!}{k! \cdot (n-k)!} = \frac{n}{k} \cdot \frac{(n-1)!}{(k-1)! \cdot (n-k)!} = \frac{n}{k} \cdot \frac{(n-1)!}{(k-1)! \cdot ((n-1)-(k-1))!} = \frac{n}{k} \cdot {n-1 \choose k-1}

így,

E(B(n,p))=k=1nknk(n1k1)pk(1p)nk=nk=1n(n1k1)pk(1p)nk\k=j+1=nj=0n1(n1j)pj+1(1p)nj1=npj=0n1(n1j)pj(1p)nj1\begin{align*} \E(\B(n,p)) &= \sum_{k=1}^{n}{k \cdot \frac{n}{k} \cdot {n-1 \choose k-1} \cdot p^k \cdot (1-p)^{n-k}} \\ &= n \cdot \sum_{k=1}^{n}{{n-1 \choose k-1} \cdot p^k \cdot (1-p)^{n-k}} \qquad \backslash k = j + 1 \\ &= n \cdot \sum_{j=0}^{n-1}{{n-1 \choose j} \cdot p^{j+1} \cdot (1-p)^{n-j-1}} \\ &= np \cdot \sum_{j=0}^{n-1}{{n-1 \choose j} \cdot p^{j} \cdot (1-p)^{n-j-1}} \end{align*}

Ekkor a szummázott kifejezés a B(n1,p)\B(n-1, p) eloszlás valószínűségeinek összege, melyről az axiómák miatt tudjuk, hogy 11.

Így:

E(B(n,p))=np\E(\B(n,p)) = np
Példa

Egy fémöntödében minden gyártási folyamat 0,0010,001 valószínűséggel megszakad. Határozzuk meg, 1000010000 gyártásból várhatóan hány fog megszakadni!

E(B(10000;0,0001))=100000,0001=10\E(\B(10000; 0,0001)) = 10000 \cdot 0,0001 = 10