Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lucrare de laborator_1_ SARCINI_1_3_la PROBABIL....doc
Скачиваний:
10
Добавлен:
03.11.2018
Размер:
2.05 Mб
Скачать

Lucrare de laborator nr. 3 Distribuţia/repartiţia Poisson ca aproximare a distribuţiei binomiale.

Deseori există probleme în care este necesară determinarea probabilităţii Pn(k) cînd n iau valori mari, iar valorile p şi q sunt mici. Formula lui Bernulli pentru n cu valoare mare conduce la calcule foarte complicate. Formula asimptotică Moivre-Laplace pentru p şi q cu valori mici generează rezultate destul de eronate. Apare întrebarea găsirii unei formule asimptotice pentru cazul în care p ia valori mici în timp ce n ia valori destul de mari.

Remintim, că în prima lucrare de laborator, am arătat că dacă p este mic, iar n suficient de mare pentru evaluarea lui , se foloseşte formula lui Poisson

Să considerăm variabila aleatoare care urmează o repartiţie binomială. Dacă n creşte necontenit, pe când p descreşte, astfel încât rămâne constant, atunci repartiţia binomială tinde către repartiţia Polsson.

Cu aceste notaţii putem scrie

Deci, notând , avem

Astfel, când n creşte arbitrar, iar valoarea lui p scade arbitrar, şi în acelaşi timp produsul np rămîne constant, se poate demonstra că distribuţia binomială tinde spre cea Poisson, adică

, k=1,2,…., unde λ=np (3.1)

Iată de ce prin legea Poisson poate fi aproximativ înlocuită distribuţia binomială, în cazul în care probabilitatea p a evenimentului aleator A în fiecare experiment este mică, iar numărul n de experimente realizate este unul relativ mare, adică are loc egalitatea aproximativă

(3.2)

Valoarea P (k) creşte odată cu creşterea lui k de la 0 la k0=[λ0] iar în cazul ulterioarei creşterii a lui k, P (k) scade. Dacă λ – este număr întreg, atunci P (k) are două valori maxime: pentru k0=λ şi k0=λ-1.

Fie că variabila aleatoare ia valorile. Una şi aceeaşi valoare poate să corespundă, în general, la câteva evenimente elementare ale spaţiului Totalitatea acestor evenimente elementare formează un eveniment, care este Probabilitatea acestui eveniment o notăm cu

Definiţie: Sistemul de egalităţi defineşte distribuţia sau repartiţia variabilei aleatoare

De obicei, repartiţia unei variabile aleatoare discrete se scrie sub forma unui tabel în care prima linie conţine toate valorile posibile, iar în a doua linie sub fiecare valoare este trecută probabilitatea cu care ia această valoare:

(1)

(Aici I fiind o mulţime cel mult numerabilă de indici).

Definiţie: Tabelul (1) se numeşte repartiţia sau distribuţia variabilei aleatoare

    1. Funcţia de repartiţie a variabilei aleatoare Mai sus am văzut că variabila aleatoare discretă este caracterizată de repartiţia ei. Acest mod de a defini o variabilă aleatoare nu este valabil pentru o variabilă aleatoare continuă, deoarece nu este cu putinţă să enumerăm toate valorile posibile ale unei astfel de variabile.

Acest fapt ne arată că trebuie găsit un mod comun de definire a ambelor tipuri de variabile aleatoare.

Aşadar, pentru a caracteriza cantitativ această repartiţie este comod de a ne folosi nu de probabilitatea evenimentului ,ci de probabilitatea evenimentului , unde x este variabilă reală. Evident că probabilitatea evenimentului depinde de x, adică ea este o funcţie de X, pe care o vom nota cu

Definiţie: Se numeşte funcţie de repartiţie (sau de distribuţie) a variabilei aleatoare aplicaţia definită prin egalitatea

Geometric această egalitate poate fi interpretată astfel: funcţia de repartiţie este probabilitatea ca variabila aleatoare să ia valori care pe o axă numerică se reprezintă la stânga punctului x (fig.l).

Exemplu: Moneda este aruncată de doiiă ori. Spaţiul evenimentelor elementare este

Câmpul de evenimente esie totalitatea tuturor submulţirailor lui Numărul de apariţii ale stemei este o funcţie care asociază fiecărui un număr real .

Remarcăm că evenimentul poate fi prezentat după cum urmează

Deci, este variabila aleatoare. Funcţia de repartiţie a acestei variabile aleatoare este

Graficul acestei ftincţii este în trepte (vezi fig. 2).

Cunoscând tabelul de repartiţie al unei variabile

aleatoare discrete

putem afla şi funcţia de repartiţie a acestei variabile care are expresia

adică funcţia de repartiţie în punctul x este egală cu suma probabilităţilor valorilor situate la stânga lui X. Graficul acestei funcţii de repartiţie este prezentat în fig. 3.

Exemplu: Doua semnale pot ajunge la receptor la întâmplare şi independent unul de celălalt în intervalul

Fie x1 şi x2 momentele sosirilor la receptor a celor două semnale.

Spaţiul evenimentelor elementare este

Câmpul de evenimente este generat de submuiţimi cuadrabile ale pătratului Dacă , atunci unde este aria submulţimii . Fie- timpul dintre cele două momente de sosire, adică unde Observăm că funcţia este variabilă aleatoare, deoarece mulţimea

pentru orice x aparţine lui (vezi fig. 4, a). Aflăm funcţia de repartiţie a lui

Graficul funcţiei se poate vedea în (fig. 4, b)

Pentru simplificarea scrierii vom adopta notaţia

Sarcina 3.1. Staţia telefonică deserveşte n utilizatori. Probabilitatea ca orice abonat a apelat comutatorul într-o perioadă de timp t este egală cu p: a) determinaţi numărul cel mai probabil de abonaţi care apelează comutatorul într-o periodă de timp t, şi probabilitatea lui. Comparaţi rezultatele calculelor obţinute cu ajutorul calculelor de distribuţie Poisson şi distribuţiei binomiale; b) Care este probabilitatea că într-o periodă de timp t vor apela nu mai mult de k abonaţi? Fie n = 800, p = 0,005, k = 10. Soluţie: a) Deoarece λ = np = 0,005 * 800 = 4, atunci numărul cel mai probabil de abonaţii care doresc să apeleze într-un interval de timp t, pot fi doar două valori: 3 şi 4. Probabilităţile lor

sunt respectiv egale cu

.

Folosind formula lui Poisson în conformitate cu Tabelele din Anexa C, obţinem .

Valoarea exactă ;

b) probabilitatea ca numărul de abonaţi ξ, care doresc să apeleze într-un interval de timp, va fi nu mai mare de 10 este egală cu:  

În virtutea formulei (3.2) (k=0,1,2,3…), astfel

Dar >++==0,00276

Pe de altă parte, <++(1++….)==0,00284.

Astfel, 0,99716≤≤0,99724

Sarcina 3.2. În rezultatul efectuării experimentului, evenimentul aleator A se produce cu probabilitatea p. Testul se repetă de n ori. Care este probabilitatea ca evenimentul se va produce de k = 0,1,2 ... ori? Fie ξ numărul de producere a evenimentului A. Determinaţi valoarea funcţiei de distribuţie a variabilei aleatoare ξ în punctele xk=0,1,2,….

Fie p = 0,001, n = 2000, atunci λ = 0,001 * 2000 = 2 şi înlocuind în formula (3.1) şi folosind totodată formula

F(x)==,

unde inegalitate k<x indică că sumarea se răsfrînge asupra tuturor acelor valori ale lui k, care sînt mai mici ca x, vom obţine următoarele probabilităţi enumerate în Tabelul 6.

Tabelul 6

k

P(k)

Funcţia de distribuţie

k

P(k)

Funcţia de distribuţie

0

0,1353

0

6

0,0121

0,9834

1

0,2707

0,1353

7

0,0034

0,9955

2

0,2707

0,4060

8

0,0009

0,9989

3

0,1804

0,6767

9

0,0002

0,9998

4

0,0902

0,8571

10

0,99995

5

0,0361

0,9437

11

1

SARCINĂ Pentru a efectua lucrarea de laborator nr. 3 - a obţine abilităţi de lucru cu repartiţia lui Poisson şi a funcţiei de distribuţie/repartiţie F(x).

Date iniţiale. Fie că se efectuează n experimente independente şi fiecare dintre ele pune în evidenţă un eveniment A cu aceeaşi probabilitate de apariţie p. Se ştie că evenimentul A poate să se realizeze exact de k ori.

Este necesar de precăutat şi executat toate sarcinile 3.1-3.2 pentru datele variantului de lucru.

Pentru efectuarea calculelor este necesară definirea parametrilor iniţiali. În continuare sunt prezentate succint problemele care urmează să fie rezolvate. Alăturat găsiţi descrierea datelor iniţiale.

Determinaţi

  1. repartiţia Poisson.

Datele iniţiale sunt: n - numărul de experimente, p - probabilitatea de succes la fiecare experiment a evenimentului aleator A care se realizează exact de k ori, k – numărul de apariţii a evenimentului aleator A.

  1. funcţia de repartiţie/distribuţie;

Datele iniţiale sunt: n - numărul de experimente, p - probabilitatea de succes la fiecare experiment a evenimentului aleator A care se realizează exact de k ori, k – numărul de apariţii a evenimentului aleator A.

Notă: În procesul de calcul, se va apela la Tabelele din Anexa C. La ieşire urmează să fie obţinute:

  1. valorea probabilităţii

  2. funcţia de repartiţie F(x), şi graficul ei.

Datele iniţiale pentru sarcina 3.1

Nr. var.

n

p

k

1

1000

0,0004

5

2

2000

0,001

6

3

1000

0,0015

10

4

1000

0,0005

8

5

800

0,003

15

6

105

0,00008

20

7

3500

0,0005

12

8

1250

0,001

10

9

2500

0,005

10

10

1700

0,001

12

11

1300

0,001

11

12

5000

0,001

10

13

22000

0,00015

13

Nr. var.

n

p

k

14

2800

0,0005

9

15

3500

0,0002

10

16

1350

0,002

10

17

1000

0,0004

7

18

2000

0,001

3

19

1000

0,0015

8

20

1000

0,0005

10

21

800

0,003

8

22

105

0,00008

15

23

3500

0,0005

10

24

1250

0,001

6

25

2500

0,005

6

26

1700

0,001

8

27

1300

0,001

5

28

5000

0,001

9

29

22000

0,00015

10

30

2800

0,0005

5

31

3500

0,0002

4

32

1350

0,002

7

33

1000

0,0004

10

34

2000

0,001

8

35

1000

0,0015

6

36

1000

0,0005

11

37

800

0,003

12

38

105

0,00008

16

39

3500

0,0005

14

40

1250

0,001

12

41

2500

0,005

14

42

1700

0,001

10

43

1300

0,001

8

44

5000

0,001

9

45

22000

0,00015

12

46

2800

0,0005

11

47

3500

0,0002

14

48

1350

0,002

15

Datele iniţiale pentru sarcina 3.2

Nr. var.

n

p

1

1300

0.001

2

22000

0.00015

3

2800

0.005

4

1350

0.002

5

5000

0.001

6

3500

0.0002

7

1700

0.001

8

2500

0.005

9

1250

0.001

10

1000

0.0015

11

800

0.003

12

3500

0.0005

13

106

0.00008

14

10000

0,0005

15

2000

0.001

16

1000

0,0004

17

13000

0.001

18

20000

0.00015

19

28000

0.005

20

13500

0.002

21

50000

0.001

22

35000

0.0002

23

17000

0.001

24

25000

0.005

25

12500

0.001

26

10000

0.0015

27

8000

0.003

28

32000

0.0005

29

1060

0.00008

30

15000

0,0005

31

3000

0.001

32

4000

0,0004

33

5300

0.001

34

27000

0.00015

35

3800

0.005

36

3350

0.002

37

4000

0.001

38

6500

0.0002

39

4700

0.001

40

3500

0.005

41

3250

0.001

42

2000

0.0015

43

500

0.003

44

6500

0.0005

45

206

0.00008

46

50000

0,0005

47

7000

0.001

48

8000

0,0004

Anexa Al. Funcţia de repartiţie normală normată (Laplace) N(0,1)

x

0.0000

0,0100

0,0200

0,0300

0.0400

0,0500

0,0600

0,0700

0,0800

0,0900

0,0

0,5000

0,5040

0,5080

0,5120

0,5160

0,5199

0,5239

0,5279

0,5319

0,5359

0,1

0,5398

0,5438

0,5478

0.5517

0,5557

0,5596

0,5636

0,5675

0,5714

0.5753

0,2

0,5793

0,5832

0,5871

0,5910

0,5948

0,5987

0,6026

0,6064

0,6103

0,6141

0,3

0,6179

0,6217

0.6255

0,6293

0,6331

0,6368

0,6406

0,6443

0,6480

0,6517

0,4

0,6554

0,6591

0,6628

0,6664

0,6700

0,6736

0,6772

0,6808

0,6844

0,6879

0,5

0,6915

0,6950

0,6985

0,7019

0,7054

0,7088

0,7123

0,7157

0,7190

0,7224

0,6

0,7257

0,7291

0,7324

0,7357

0,7389

0,7422

0,7454

0,7486

0,7517

0,7549

0,7

0,7581

0,7611

0,7642

0,7673

0,7704

0,7734

0,7764

0,7794

0,7823

0,7852

0,8

0,7881

0,7910

0,7939

0,7967

0,7995

0,8023

0,8051

0,8079

0,8106

0,8133

0,9

0,8159

0,8186

0,8212

0,8238

0,8264

0,8289

0,8315

0,8340

0,8365

0,8389

1,0

0,8413

0,8438

0,8461

0,8485

0,8508

0,8531

0,8554

0,8577

0,8599

0,8621

1,1

0,8643

0,8665

0,868'6

0,8708

0,8729

0,8749

0,8770

0,8790

0,8810

0,8830

1,2

0,8849

0,8869

0,8888

0,8907

0,8925

0,8944

0.8962

0,8980

0,8997

0,9015

1,3

0,9032

0,9049

0,9066

0,9082

0,9099

0,9115

0,9131

0,9147

0,9162

0,9177

1.4

0,9192

0,9207

0,9222

0,9236

0,9251

0,9265

0,9279

0,9292

0,9306

0,9319

1.5

0,9332

0,9345

0,9357

0,9370

0,9382

0,9394

0.9406

0,9418

0,9429

0,9441

1,6

0,9452

0,9463

0,9474

0,9484

0,9495

0,9505

0,9515

0,9525

0,9535

0,9545

1,7

0,9554

0,9564

0,9573

0,9582

0,9591

0,9599

0,9608

0,9616

0,9625

0,9633

1,8

0,9641

0,9649

0,9656

0,9664

0,9671

0,9678

0,9686

0,9693

0,9699

0,9706

1,9

0,9713

0,9719

0,9726

0,9732

0,9738

0,9744

0,9750

0,9756

0.9761

0,9767

2,0

0,9773

0,9778

0,9783

0,9788

0,9793

0,9798

0,9803

0,9808

0,9812

0,9817

2,1

0,9821

0,9826

0,9830

0,9834

0,9838

0,9842

0,9846

0,9850

0,9854

0,9857

2,2

0,9861

0,9864

0,9868

0,9871

0,9875

0,9878

0,9881

0,9884

0,9887

0,9890

2,3

0,9893

0,9896

0,9898

0,9901

0,9904

0,9906

0,9909

0.99!)

0,9913

0,9916

2,4

0,9918

0,9920

0,9922

0,9925

0.9927

0,9929

0,9931

0,9932

0,9934

0,9936

2,5

0,9938

0.9940

0,9941

0,9943

0„9945

0,9946

0,9948

0.9949

0,9951

0,9952

2,6

0,9953

0.9955

0,9956

0,9957

0,9959

0,9960

0,9961

0,9962

0,9963

0,9964

2,7

0,9965

0,9966

0,9967

0,9968

0,9969

0,9970

0,9971

0,9972

0.9973

0,9974

2,8

0,9974

0,9975

0,9976

0,9977

0,9977

0,9978

0.9979

0,9979

0,9980

0,9981

2,9

0,9981

0,9982

0,9983

0,9983

0,9984

0.9984

0,9985

0,9985

0,9986

0,9986

3.0

0,99865

0,99869

0,99874

0,99878

0,99882

0,99886

0,99889

0,99893

0,99896

0,99900

3,1

0,99903

0,99906

0,99910

0,99913

0,99915

0,99918

0,99921

0,99924

0,99926

0,99929

3,2

0,99931

0,99934

0,99936

0,99938

0,99940

0,99942

0,99944

0,99946

0,99948

0,99950

3,3

0,99952

0,99953

0,99955

0.99957

0,99958

0,99960

0,99961

0,99962

0,99964

0,99965

3,4

0,99966

0.99967

0,99969

0,99970

0,99971

0,99972

0.99973

0,99974

0,99975

0,99976

3,5

0,99977

0,99978

0,99978

0,99979

0,99980

0,99981

0,99981

0,99982

0,99983

0,99983

Anexa A2. Densitatea de probabilitate a repartiţiei normale normate N(0,1)

X

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0

0,3989

3989

3989

3988

3986

3984

3982

3980

3977

3973

0,1

3970

3965

3961

3956

3951

3945

3939

3932

3925

3918

0,2

3910

3902

3894

3885

3876

3867

3857

3847

3836

3825

0.3

3814

3802

3790

3778

3765

3752

3739

3726

3712

3697

0,4

3683

3668

3653

3637

3621

3605

3589

3572

3555

3538

0.5

3521

3503

3485

3467

3448

3429

3410

3391

3372

3352

0.6

3332

3312

3292

3271

3251

3230

3209

3187

3166

3144

0.7

3123

3101

3079

3056

3034

3011

2989

2966

2943

2920

0.8

2897

2874

2850

2827

2803

2780

2756

2732

2709

2685

0,9

2661

2637

2613

2589

2565

2541

2516

2492

2468

2444

1,0

0,2420

2396

2371

2347

2323

2299

2275

2251

2227

2203

l.l

2179

2155

2131

2107

2083

2059

2036

2012

1989

1965

1.2

1942

1919

1895

Î872

1849

1826

1804

1781

1758

1736

1,3

1714

1691

1669

1647

1626

1604

1582

1561

1539

1518

1.4

1497

1476

1456

1435

1415

1394

1374

1354

1334

1315

1.5

1295

1276

1257

1238

1219

1200

1182

1163

1145

1127

1.6

1109

1092

1074

1057

1040

1023

1006

0989

0973

0957

1.7

0940

0925

0909

0893

0878

0863

0848

0833

0818

0804

!,8

0790

0775

0761

0748

0734

0721

0707

0694

0681

0669

1,9

0656

0644

0632

0620

0608

0596

0584

0573

0562

0551

2,0

0.0540

0529

0519

0508

0498

0488

0478

0468

0459

0449

2,1

0440

0431

0422

0413

0404

0396

0387

0379

0371

0363

2,2

0355

0347

0339

03.32

0325

0317

0310

0303

0297

0290

2,3

0283

0277

0270

0264

0258

0252

0246

0241

0235

0229

2,4

0224

0219

0213

0208

0203

0198

0191

0189

0184

0180

2,5

0175

0171

0167

0)63

0158

0154

0151

0147

0143

0139

2,6

0136

0132

0129

0126

0122

0119

0116

0113

0110

0107

2,7

0104

0101

0099

0096

0093

0091

0088

0086

0084

0081

2,8

0079

0077

0075

0073

0071

0069

0067

0065

0063

0061

2,9

0060

0058

0056

0055

0053

0051

0050

0048

0047

0046

3,0

0,0044

0043

0042

0040

0039

0038

0037

0036

0035

0034

3,1

0033

0032

0031

0030

0029

0028

0027

0026

0025

0025

3,2

0024

0023

0022

0022

002!

0020

0020

0019

0018

0018

3,3

0017

0017

0016

0016

0015

0015

0014

0014

0013

0O13

3,4

0012

0012

0012

0011

0011

0010

0010

0010

0009

0009

3,5

0009

0008

0008

0008

0008

0007

0007

0007

0007

0006

3.6

0006

0006

0006

0005

0005

0005

0005

0005

0005

0004

3,7

0004

0004

0004

0004

0004

0004

0003

0003

0003

0003

3.8

0003

0003

0003

0003

0003

0002

0002

0002

0002

0002

3,9

0002

0002

0002

0002

0002

0002

0002

0002

0001

0001


Anexă A, Funcţia de repartiţie normală normată Laplace N(0,1))

Valorile funcţiei

  

х

Ф(х)

х

Ф(х)

х

Ф(х)

х

Ф(х)

0.00

0.00000

0.85

0.30234

1.70

0.45543

2.55

0.49461

0.05

0.01994

0.90

0.31594

1.75

0.45994

2.60

0.49534

0.10

0.03983

0.95

0.32894

1.80

0.46407

2.65

0.49598

0.15

0.05962

1.00

0.34134

1.85

0.46784

2.70

0.49653

0.20

0.07926

1.05

0.35314

1.90

0.47128

2.75

0.49702

0.25

0.09871

1.10

0.36433

1.95

0.47441

2.80

0.49744

0.30

0.11791

1.15

0.37493

2.00

0.47725

2.85

0.49781

0.35

0.13683

1.20

0.38493

2.05

0.47982

2.90

0.49813

0.40

0.15542

1.25

0.39435

2.10

0.48214

2.95

0.49841

0.45

0.17364

1.30

0.40320

2.15

0.48422

3.00

0.49865

0.50

0.19146

1.35

0.41149

2.20

0.48610

3.20

0.49931

0.55

0.20884

1.40

0.41924

2.25

0.48778

3.40

0.49966

0.60

0.22575

1.45

0.42647

2.30

0.48928

3.60

0.499841

0.65

0.24215

1.50

0.43319

2.35

0.49061

3.80

0.499928

0.70

0.25804

1.55

0.43943

2.40

0.49180

4.00

0.499968

0.75

0.27337

1.60

0.44520

2.45

0.49286

4.50

0.499997

0.80

0.28814

1.65

0.45053

2.50

0.49379

5.00

0.5

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]