Kurs: S0008M Förkunskaper: Sannolikhetsfunktion, Frekvensfunktion
Väntevärdet är fördelningens tyngdpunkt — det värde vi i genomsnitt får i det långa loppet om försöket upprepas många gånger. Vi beräknar det som summan, eller integralen, av varje värde vägt med sin sannolikhet.
1. Definitionen
Väntevärdet betecknas eller kort .
Diskret stokastisk variabel, med sannolikhetsfunktionen :
Kontinuerlig stokastisk variabel, med frekvensfunktionen :
Summan i det diskreta fallet blir en integral i det kontinuerliga — samma mönster som för sannolikheterna själva.
2. Två tolkningar
Långsiktigt medelvärde
Väntevärdet ska tolkas som det medelvärde vi får efter ett stort antal oberoende observationer av . Gör vi observationer hamnar värdet ungefär gånger, så medelvärdet blir ungefär
Masscentrum
Tänk på sannolikhetsfördelningen som en massfördelning på reella axeln, med massan i punkten . Då är masscentrum, eller tyngdpunkten: punkten där stolpdiagrammet skulle balansera.
Masstolkningen gör det lätt att uppskatta väntevärdet direkt ur en skiss, och för symmetriska fördelningar ligger det i symmetripunkten.
Väntevärdet behöver inte vara ett möjligt värde
En tärning har , men ger aldrig prickar. Väntevärdet är inte heller samma sak som det mest sannolika värdet.
3. Väntevärdet av en funktion
Ska vi räkna väntevärdet av behöver vi inte först ta fram fördelningen för . Det räcker att vikta med :s sannolikheter:
Med ger det , som behövs för variansen. Linjära funktioner, , behandlas i Linjära funktioner av stokastiska variabler.
4. Kända fördelningar
Väntevärdena för de vanliga fördelningarna står i formelbladet och behöver inte räknas fram varje gång.
| Fördelning | |
|---|---|
| rektangelfördelning på | |
5. Lösta lektionsuppgifter
Lektion 5, övning 3 — Vad betyder ?
Antalet kunder som anländer till ett systembolag under en 3-minutersperiod är Poissonfördelat med . Parametern anger det förväntade antalet kunder per period: . Hur kan tolkningen “medelvärdet efter ett stort antal oberoende observationer av ” motiveras utifrån definitionen av väntevärde? Tolka också väntevärdet som masscentrum.
Lösning
Långsiktigt medelvärde. Observerar vi oberoende 3-minutersperioder blir värdet ungefär gånger, eftersom den relativa frekvensen närmar sig sannolikheten. Medelvärdet av observationerna blir då ungefär
Figuren visar det i en simulering: medelvärdet svänger kraftigt i början men lägger sig vid när antalet perioder växer.
Masscentrum. Lägg massan i varje punkt på tallinjen. Stolpdiagrammet för balanserar i — till vänster ligger få värden nära, till höger fler värden men längre ut (se figuren i övning 1 under lektion 6 nedan).
Resonemangsuppgift — det finns inget facit att jämföra med.
Lektion 6, övning 1 — Kunder till systembolaget, igen
Antalet kunder som anländer till ett systembolag under en 3-minutersperiod är .
a) Skissa fördelningens utseende med ett stolpdiagram.
b) Ställ upp ett uttryck för det förväntade antalet kunder under en 3-minutersperiod, . Hur ska väntevärdet tolkas?
c) Använd formelsamlingen för att bestämma väntevärdet och variansen.
d) Vad innebär varians och standardavvikelse?
e) Bestäm det sannolikaste värdet för och jämför med väntevärdet.
Lösning
a)
b) Definitionen med Poissons sannolikhetsfunktion:
Tolkning: räknar vi kunder under väldigt många 3-minutersperioder blir medelantalet per period ungefär .
c) För är både väntevärde och varians :
d) Variansen är den förväntade kvadratiska avvikelsen från väntevärdet, . Standardavvikelsen har samma enhet som (här antal kunder) och mäter hur mycket i genomsnitt avviker från .
e) Kvoten mellan två grannar är . Den är större än för och lika med för , så är de största. De mest sannolika värdena är , och väntevärdet sammanfaller med det ena.
Facit: b) , c) , , , e) de mest sannolika värdena är 3 och 4.
Se även
- Varians och standardavvikelse
- Sannolikhetsfunktion
- Frekvensfunktion
- Mest sannolika värde
- Linjära funktioner av stokastiska variabler