Kurs: S0008M Förkunskaper: Väntevärde, Varians och standardavvikelse, Oberoende stokastiska variabler
Väntevärdet är linjärt, så gäller alltid. Variansen är det inte — för oberoende variabler gäller , alltså adderas varianserna men med kvadrerade koefficienter.
1. En variabel:
För konstanter och gäller
och därmed .
Att lägga till flyttar hela fördelningen utan att ändra spridningen. Att multiplicera med skalar avstånden, och eftersom variansen är ett kvadratiskt mått skalas den med .
2. Summor: Sats 5.1
För stokastiska variabler och konstanter gäller
alltid, och om variablerna är oberoende
Varianser adderas — standardavvikelser gör det inte
, inte . Och vid en differens adderas varianserna också, eftersom ger :
Är variablerna beroende gäller väntevärdesregeln fortfarande, men variansen får en extra term med kovariansen.
3. Medelvärdet av oberoende likafördelade
Ett viktigt specialfall: oberoende och likafördelade med väntevärde och standardavvikelse . För summan och medelvärdet ger Sats 5.1
Summans standardavvikelse växer bara som , och medelvärdets krymper som . Det är skälet till att upprepade mätningar lönar sig — se Medelvärdets fördelning.
4. Lösta lektionsuppgifter
Lektion 8, övning 4 — Försök i två etapper
Ett vetenskapligt försök består av två etapper, där den andra inte kan påbörjas förrän den första är klar. Låt och vara tiden (minuter) för respektive etapp, och anta att de är oberoende med , , och . Bestäm väntevärde och standardavvikelse för den totala tiden . Diskutera hur resultatet kan förändras om variablerna är beroende.
Lösning
Väntevärde. Gäller alltid:
Varians och standardavvikelse. Oberoendet ger
Om de är beroende. Väntevärdet ändras inte. Variansen kan däremot ändras mycket. Två extremfall: om alltid är en exakt kopia av blir , och om de tar ut varandra helt, som , blir variansen .
Facit: E(ξ) = 370, σ = 12,53. Stämmer med det handskrivna lösningsförslaget.
Lektion 8, övning 5 — Fem byggelement
Vid tillverkning av byggelement varierar längden, och längderna kan betraktas som oberoende likafördelade stokastiska variabler med väntevärde 1 m och standardavvikelse 0,005 m. Vi vill ta ut fem element som ska bli 5 meter sammanlagt.
Metod 1: välj ett element på måfå och slipa till fyra andra så att de blir exakt lika långa som det första.
Metod 2: ta fem element på måfå.
Vilken metod är bäst, i meningen att standardavvikelsen för den totala längden är minst? Slipningen antas exakt. Varför vill vi ha liten standardavvikelse, och är resultatet intuitivt rimligt?
Lösning
Beteckningar. = längden (m) av element nummer , , oberoende med och . Låt vara den totala längden.
Metod 1. Alla fem blir lika långa som det första, så :
Metod 2. med oberoende termer:
Svar. ger minst standardavvikelse. Båda metoderna träffar 5 m i genomsnitt, men liten standardavvikelse betyder att den verkliga längden sällan hamnar långt ifrån.
Rimlighet. Med metod 1 upprepas det första elementets fel fem gånger. Med metod 2 är felen oberoende, så de tar delvis ut varandra: ett för långt element kompenseras ofta av ett för kort.
Facit: metod 2, eftersom V(ξ₁ + … + ξ₅) = 0,000125 < 0,000625 = V(5ξ₁). Stämmer med det handskrivna lösningsförslaget.
Se även
- Väntevärde
- Varians och standardavvikelse
- Oberoende stokastiska variabler
- Summor av normalfördelade stokastiska variabler
- Medelvärdets fördelning
- Kovarians
Resurser
← Median och kvantiler · S0008M · Oberoende stokastiska variabler →