Kurs: S0008M Förkunskaper: Linjära funktioner av stokastiska variabler, Normalfördelning
En linjärkombination av oberoende normalfördelade stokastiska variabler är själv normalfördelad. Fördelningsformen bevaras alltså, och det räcker att beräkna summans väntevärde och varians för att känna hela dess fördelning.
1. Satsen
Låt vara oberoende med , och låt och vara konstanter. Då är
Väntevärdet och variansen är inget nytt — de följer av räknereglerna för linjära funktioner, som gäller för alla fördelningar. Det nya är att summan är exakt normalfördelad.
Varianserna adderas, inte standardavvikelserna
För är standardavvikelsen , inte . Och för en differens adderas varianserna också, eftersom :
2. Vad som krävs
| Antagande som faller | Vad som händer |
|---|---|
| inte normalfördelade | Väntevärde och varians gäller fortfarande, men fördelningen är okänd. Är antalet termer stort ger Centrala gränsvärdessatsen ändå en approximativ normalfördelning. |
| inte oberoende | Väntevärdet gäller fortfarande, men variansen får en extra term med kovariansen. |
3. Att räkna sannolikheter
När summans fördelning är bestämd räknar vi som vanligt genom att standardisera:
Söker vi i stället en gräns med en given sannolikhet går vi baklänges med en kvantil: ger .
Rita figur
Skissa normalkurvan och skugga den sannolikhet som efterfrågas. Det avgör direkt om det ska vara eller , och om kvantilen ska läggas på ena eller båda sidorna.
Vanliga fel
- i stället för . Två oberoende exemplar ger , men samma variabel två gånger ger . Läs uppgiften: är det samma mätning eller två?
- Varians som andra parameter. I kursen betyder standardavvikelsen, och
normCdfpå räknaren tar också — ta roten ur variansen innan du sätter in den.- Oberoende bortglömt. Variansformeln kräver oberoende; annars tillkommer kovarianstermer, se Kovarians.
4. Lösta lektionsuppgifter
Lektion 9, övning 1–3 — Försök i två etapper
Ett vetenskapligt försök består av två etapper, där den andra inte kan påbörjas förrän den första är avslutad. Låt och vara tiden i minuter för respektive etapp. Antag att och är oberoende och normalfördelade med , , och .
Övning 1. Beräkna sannolikheten att den totala tiden överstiger 350 minuter.
Övning 2. Bestäm en tid inom vilken försöket är avslutat med sannolikhet.
Övning 3. Bestäm gränser, symmetriskt kring väntevärdet, mellan vilka den totala tiden ligger med sannolikhet.
Lösning
Summans fördelning. Oberoende och normalfördelade, så
Övning 1.
Övning 2. Vi söker med , alltså med :
Övning 3. i mitten lämnar i varje svans, så samma kvantil på båda sidor:
Rimlighetskoll. Den övre gränsen i övning 3 är samma som i övning 2: båda lämnar ovanför. Och 350 minuter ligger strax över den undre gränsen , så sannolikheten i övning 1 ska vara strax under . Den är .
På räknaren. 1)
normCdf(350,∞,370,√(157)), 2)invNorm(0.95,370,√(157)), 3)invNorm(0.05,370,√(157))och samma med0.95.Facit: 1) 0,945, 2) 390,6, 3) [349,4; 390,6].
Lektion 9, övning 4 (Vännman 6.11) — Skruv och mutter
Diametern hos en skruv är mm och diametern hos hålet i en mutter är mm, oberoende av varandra. Muttern passar skruven om hålet är större än skruven men högst mm större. Vad är sannolikheten att en slumpvis vald mutter passar en slumpvis vald skruv?
Lösning
Villkoret som olikhet. Med passar muttern om .
Differensens fördelning. Varianserna adderas:
Sannolikheten är arean mellan och :
På räknaren.
normCdf(0,0.6,0.25,0.2).Uppgiften (Vännman 6.11) är återgiven ur det handskrivna lösningsförslaget, och svaret stämmer med det.
Lektion 10, övning 1 — Majas och Joels utgifter
Majas och Joels utgifter för kursmaterial (kr) under en månad är oberoende stokastiska variabler. Majas utgifter är normalfördelade med väntevärde 420 kr och standardavvikelse 30 kr, Joels med väntevärde 340 kr och standardavvikelse 25 kr.
a) Vad är sannolikheten att deras sammanlagda utgifter en månad överstiger 800 kr?
b) Vad är sannolikheten att Joels utgifter överstiger Majas en slumpmässigt vald månad?
Vilket resultat används, och vilka förutsättningar krävs?
Lösning
Låt vara Majas och Joels utgifter. Satsen ovan kräver att de är oberoende och normalfördelade — båda är givna.
a)
b) “Joel överstiger Maja” är . Differensen:
Facit: a) 0,1539, b) 0,0202. Facit avrundar till två decimaler före tabellslagning; utan avrundning blir a) 0,1528.
Se även
- Linjära funktioner av stokastiska variabler
- Normalfördelning
- Standardiserad normalfördelning
- Medelvärdets fördelning
- Centrala gränsvärdessatsen
Resurser
← Oberoende stokastiska variabler · S0008M · Medelvärdets fördelning →