Kurs: S0008M Förkunskaper: Binomialfördelning
Poissonfördelningen beskriver antalet sällsynta, oberoende händelser under en viss tid eller i ett visst område, till exempel samtal till en växel per minut eller fel per meter kabel. Den har bara en parameter, väntevärdet .
1. Sannolikhetsfunktionen
Poissonfördelningen räknar antalet händelser i ett fixt intervall — per sekund, per kvadratmeter, per produktionsparti. Låt vara det antalet och den genomsnittliga intensiteten. Då är med
Till skillnad från binomialfördelningen finns ingen övre gräns för : vi räknar händelser, inte lyckade försök av ett fixt antal.
Tre antaganden
- Konstant intensitet över hela intervallet.
- Oberoende — en händelse påverkar inte sannolikheten för nästa.
- Inga sammanfallande händelser — två inträffar aldrig exakt samtidigt.
2. Väntevärde, varians och kopplingen till binomialfördelningen
Att väntevärde och varians sammanfaller är fördelningens signum: har ett datamaterial ungefär lika stort medelvärde som varians är Poisson en rimlig första modell.
Fördelningen uppstår som gränsfall av binomialfördelningen när och med produkten konstant (härledningen nedan). Det förklarar dess räckvidd: många möjliga tillfällen, försumbar sannolikhet var för sig, måttligt förväntat antal. Summan av oberoende Poissonvariabler är dessutom själv Poissonfördelad, med adderade — därför spelar det ingen roll om vi räknar per sekund eller per minut, bara skalas med.
Härledning: Poisson som gränsfall av binomialfördelningen
Sätt i binomialfördelningen och låt med fixt:
Mittfaktorn går mot enligt standardgränsvärdet , se Gränsvärden. Samma gränsövergång ger och .
Exempel — sönderfall i en detektor
Ett preparat ger i genomsnitt registrerade sönderfall per sekund. Vad är sannolikheten att exakt registreras under en given sekund?
Lösning
Setup. Sönderfall är oberoende och intensiteten konstant, så med och vi söker .
Räkningen.
Rimlighetskoll. Väntevärdet är och , så ligger en standardavvikelse under medelvärdet — en dryg tiondel av massan är rimligt där. Binomialmodellen , alltså många små sönderfallschanser med samma , ger . Gränsövergången stämmer.
På räknaren.
poissPdf(4,2).Ej kontrollerat mot facit — två oberoende lösningar stämmer överens.
Till vänster detektorexemplet, med markerat strax under toppen vid . Till höger syns hur fördelningen ändrar karaktär med : vid är den kraftigt högersned med sin massa vid noll, medan den vid har blivit nästan symmetrisk — det är normalapproximationen som börjar gälla.
Radioaktivt sönderfall är standardexemplet just för att antagandena håller exakt — se Kärnfysik.
3. Approximationer
| Villkor | Approximation |
|---|---|
| med och | |
| med och |
Poissontabellen i kursboken ger fördelningsfunktionen , precis som poissCdf(λ,0,x) på räknaren.
Vanliga fel
- Glömma att skala . Är intensiteten per timme blir antalet under minuter , inte .
- Ta roten ur fel storhet. , så standardavvikelsen är , inte .
- “Minst en” utan komplement. är enklast; att summera uppåt tar aldrig slut.
4. Lösta lektionsuppgifter
Lektion 5, övning 1 — Kunder till ett systembolag
Antalet kunder som anländer till ett systembolag under en 3-minutersperiod antas vara . Beräkna sannolikheten att det under en 3-minutersperiod anländer
a) högst 1 kund,
b) minst 1 kund,
c) mer än 5 kunder,
d) exakt 4 kunder.
Lösning
.
a)
b) Komplementet till “ingen”:
c) Komplementet till “högst 5”. Tabellen (eller
poissCdf(4,0,5)) ger :d)
Facit: a) 0,092, b) 0,982, c) 0,215, d) 0,195.
Lektion 4, övning 8 — Fartyg till en hamn
Antalet fartyg som anländer till en hamn under en dag är Poissonfördelat med .
a) Vad är sannolikheten att fler än 3 fartyg anländer en viss dag?
b) Hur många fartyg måste hamnen ha kapacitet för att med minst sannolikhet kunna betjäna alla fartyg som anländer en bestämd dag?
Lösning
= antal fartyg en dag, , .
a)
b) Vi söker minsta kapacitet med :
Fyra räcker inte, fem gör det: kapacitet för .
Svar i boken (2:a uppl., 3.19): a) 0,143, b) 5 fartyg. Uppgiften är återgiven ur det handskrivna lösningsförslaget, och svaret stämmer också med det.
Se även
Resurser
← Hypergeometrisk fördelning · S0008M · Likformig fördelning →