Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
V a ri á v ei s A le a tó ri a s • A o de sc re ve r um es pa ço am os tr al de um ex p e- ri m en to , nã o ne ce ss ar ia m en te o re su lt ad o é um nú m er o. • C on tu do em m ui ta s si tu aç õe s ex p er im en ta is ,e s- ta m os in te re ss ad os na m en su ra çã o em fo rm a de nú m er o. • U m a m an ei ra de so lu ci on ar es se pr ob le m a é at ri - bu ir um nú m er o re al x a to do el em en to de S . Is to é, x = X (s ) em qu e X é um a fu nç ão do es pa ço am os tr al em S . V a ri á v ei s A le a tó ri a s D efi n iç ã o : Se ja m E um ex p er im en to e S o es pa ço as so ci ad o ao ex p er im en to . U m a fu nç ão X , qu e as - so ci e a ca da el em en to s ∈ S um nú m er o re al X (s ) é de no m in ad a va ri áv el al ea tó ri a (v .a ). V a ri á v ei s A le a tó ri a s O b se rv a çã o : C om o X é um a fu nç ão ,d ev em os le m - br ar qu e: 1 C ad a el em en to s de S co rr es p on de rá a ex at a- m en te um va lo r; 2 D if er en te s va lo re s s ∈ S , p od em le va r a um m es m o va lo r de X ; 3 N en hu m el em en to s ∈ S p od er á fic ar se m va lo r de X . E x em p lo E x em p lo E x p er im en to (E ): E m um a lin ha de pr od uç ão se - le ci on ar tr ês p eç as e ob se rv ar se é p er fe it a ou de fe i- tu os a. S = {( P P P ), (D D D ), (P P D ), (D P P ), (P D P ), (P D D ), (D P D ), (D D P )} . X : nú m er o de p eç as de fe it uo sa s na s tr ês re ti ra da s R x = {0 ,1 ,2 ,3 } E x em p lo X = 0 → co rr es p on de ao ev en to (P P P ) P (X = 0) = P (P P P ) = 1/ 8. X = 1 → co rr es p on de a (P P D ), (D P P ) e (P D P ) P (X = 1) = P [( P P D ) ∪ (D P P ) ∪ (P D P )] = 3/ 8. X = 2 → co rr es p on de a (P D D ), (D P D ) e (D D P ) P (X = 2) = P [( P D D ) ∪ (D P D ) ∪ (D D P )] = 3/ 8. X = 3 → co rr es p on de a (D D D ) P (X = 3) = P (D D D ) = 1/ 8. V a ri á v el A le a tó ri a U m a va ri áv el a le a tó ri a p o d e se r d e d o is ti p o s. 1 D is cr et a . 2 C o n tí n u a . V a ri á v el A le a tó ri a D is cr et a D efi n iç ã o : D en om in a- se X um a va ri áv el al ea tó ri a di sc re ta se o nú m er o de va lo re s p os sí ve is de X fo r um co nj un to de p on to s fin it o ou in fin it o en um er áv el . E x em p lo s: • N úm er o de aç õe s ve nd id as de um a em pr es a. • N úm er o de er ro s de tr as m is sã o em um pr oc es so . • N úm er o de ap ar el ho s de fe it uo so s em um a pr od uç ão . F u n çã o d e P ro b a b il id a d e D efi n iç ã o : Se ja X um a va ri áv el al ea tó ri a di sc re ta . A ca da p os sí ve l re su lt ad o x i as so ci ar em os um nú - m er o p i = P (X = x i) , de no m in ad o pr ob ab ili da de da va ri áv el al ea tó ri a X as su m ir o va lo r x i, sa ti sf a- ze nd o as se gu in te s co nd iç õe s: i) 0 ≤ p( x i) ≤ 1 ∀ i ii) ∑ p( x i) = 1. A fu nç ão P é de no m in ad a fu nç ão de pr ob ab ili da de . E x em p lo C on si de re o ex p er im en to do la nç am en to de du as m oe da s. Se ja a va ri áv el al ea tó ri a o nú m er o de ca ra s ob ti da s. C on st ru a a fu nç ão de pr ob ab ili da de X S o lu çã o : X as su m e os se gu in te s va lo re s X = { 0, 1, 2} . T em os qu e, P (X = 0) = P (K ,K ) = 1 4 ; P (X = 1) = P (C ,K ) + P (K ,C ) = 1 2 ; P (X = 2) = P (C ,C ) = 1 4 E x em p lo D en ot am os a fu nç ão de pr ob ab ili da de de X p or x i 0 1 2 P (X = x i) 1/ 4 1/ 2 1/ 4 F u n çã o d e D is tr ib u iç ã o D efi n iç ã o : D ad a um a va ri áv el al ea tó ri a di sc re ta X , de fin im os F (x ) a fu nç ão de di st ri bu iç ão ac um u- la da ou , si m pl es m en te , fu nç ão de di st ri bu iç ão (f .d ) de X , da da p or : F (x ) = P (X ≤ x ) ⇒ F (x ) = ∑ x i≤x P (X = x i) E x em p lo C on si de ra nd o o ex em pl o an te ri or , a fu nç ão de pr o- ba bi lid ad e de X é de no ta da p or : x i 0 1 2 P (X = x i) 1/ 4 1/ 2 1/ 4 P or co ns eg ui nt e, a fu nç ão de di st ri bu iç ão ac um ul ad a de X é da da p or : x i 0 1 2 F (x i) = P (X ≤ x i) 1/ 4 3/ 4 1 E x em p lo (v .a d is cr et a ) U m pa r de da do s é la nç ad o. Se ja X a va ri áv el al ea - tó ri a qu e as so ci a a ca da p on to (d 1 ,d 2 ) de S a so m a de ss es nú m er os , is to é, X (d 1 ,d 2 ) = d 1 + d 2 . D et er - m in e a fu nç ão de pr ob ab ili da de de X . S o lu çã o : O es pa ço am os tr al S é fo rm ad o p or 36 pa re s, S = { (1 ,1 ), (1 ,2 ), .. ., (5 ,6 ), (6 ,6 )} . E nt ão , a va ri áv el al ea tó ri a X = d 1 + d 2 as su m e os se gu in te s va lo re s X = {2 ,3 ,4 ,. .. ,1 2} . E x em p lo (v .a d is cr et a ) A fu nç ão de prob ab ili da de de X é ob ti da da fo rm a: P (X = 2 ) = P (d 1 = 1, d 2 = 1) = 1 6 · 1 6 = 1 36 P (X = 3) = P (d 1 = 1, d 2 = 2) + P (d 1 = 2, d 2 = 1) = 1 36 + 1 36 = 2 36 . . . P (X = 1 2) = P (d 1 = 6, d 2 = 6) = 1 36 L og o, a fu nç ão de pr ob ab ili da de de X se rá re pr e- se nt ad a p or x i 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 P (X = x i) 1 36 2 3 6 3 36 4 36 5 36 6 36 5 36 4 36 3 3 6 2 3 6 1 3 6 C o n si d er a çõ es • A di st ri bu iç ão de pr ob ab ili da de s p er m it e a de - fin iç ão de um m od el o m at em át ic o ap ro pr ia do a ca da si tu aç ão . • O s m od el os pa ra v. a’ s di sc re ta s qu e es tu da re m os se rã o os M od el os B in om ia l e P oi ss on . • N o ca so de v. a’ s co nt ín ua s a fu nç ão de pr ob ab i- lid ad e dá lu ga r à fu nç ão de ns id ad e de pr ob ab ili - da de qu e de p en de de co nc ei to s m at em át ic os um p ou co m ai s co m pl ex os (i nt eg ra is ). V a ri á v el A le a tó ri a C o n tí n u a Q ua nd o um a v. a é co nt ín ua , el a p od e as su m ir qu al - qu er va lo r em um da do in te rv al o. E x em p lo s: • re si st ên ci a de um m at er ia l; • co nc en tr aç ão de C O 2 na ág ua • te m p o de vi da de um co m p on en te el et rô ni co ; • te m p o de re sp os ta de um si st em a co m pu ta ci o- na l; F u n çã o d en si d a d e d e P ro b a b il id a d e Se ja X um a va ri áv el al ea tó ri a co nt ín ua . A fu nç ão de de ns id ad e de pr ob ab ili da de (f .d .p .) f (x ) é um a fu nç ão qu e sa ti sf az as se gu in te s co nd iç õe s: 1 f (x ) ≥ 0, ∀ x ∈ R x 2 ∫ + ∞ − ∞ f (x )d x = 1 3 Se ja m a e b qu ai sq ue r no in te rv al o, − ∞ < a < b < + ∞ te m os qu e P (a ≤ X ≤ b) = ∫ b a f (x )d x O b se rv a çõ es • P (a ≤ X ≤ b) re pr es en ta a ár ea so b a cu rv a da fu nç ão de ns id ad e de pr ob ab ili da de f (x ). O b se rv a çõ es • P ar a qu al qu er va lo r es p ec ífi co de X ,d ig am os x 0 , P (X = x 0 ) = 0, p oi s P (X = x 0 ) = ∫ x 0 x 0 f (x )d x = 0 • C om o a pr ob ab ili da de de X as su m ir va lo re s em p on to s is ol ad os é nu la , te m os qu e P (a ≤ X ≤ b) = P (a ≤ X < b) = P (a < X ≤ b) = P (a < X < b) F u n çã o d e D is tr ib u iç ã o • A de fin iç ão de fu nç ão de di st ri bu iç ão pa ra o ca so co nt ín uo é da da p or F (x ) = P (X ≤ x ) = ∫ x −∞ f (x )d x E x em p lo (v .a co n tí n u a ) • Su p on ha qu e X é um a va ri áv el al ea tó ri a co nt í- nu a co m a se gu in te fd p: f (x ) = { 2 x , 0 < x < 1 0 ca so co nt ár io a) M os tr e qu e f (x ) é um a fd p; b) C al cu le P (X ≤ 1/ 2) ; c) C al cu le P (X ≤ 1/ 2 ∣ ∣ 1/ 3 ≤ X ≤ 2/ 3) ; d) Se f (x ) fo r um a fd p, ca lc ul e su a fu nç ão de di s- tr ib ui çã o ac um ul ad a. S o lu çã o : a) P ar a qu e f (x ) se ja um a fd p ba st a ve ri fic ar qu e ∫ 1 0 2x d x = x 2 ∣ ∣ ∣1 0= 1. b) P (X ≤ 1/ 2) = ∫ 1 /2 0 2x d x = x 2 ∣ ∣ ∣1/2 0 = 1/ 4. c) P (X ≤ 1/ 2 ∣ ∣ 1/ 3 ≤ X ≤ 2/ 3) = P (1 /3 ≤ X ≤ 1/ 2) P (1 /3 ≤ X ≤ 2/ 3) = ∫ 1 /2 1 /3 2x d x ∫ 2 /3 1 /3 2x d x = 5/ 36 1/ 3 = 5 12 . S o lu çã o : d) F (x ) = 0 x ≤ 0 ∫ x 0 2x d x = x 2 , 0 < x < 1 1 x ≥ 1 C o n si d er a çõ es • E xi st em di ve rs os m od el os pa ra v. a’ s co nt ín ua s. • L id ar em os co m o m od el o de no m in ad o N or m al ,o qu al é ap ro pr ia do a di ve rs as si tu aç õe s na s m ai s di fe re nt es ár ea s. V a lo r E sp er a d o d e u m a V a ri á v el A le a tó ri a • N os m od el os pr ob ab ilí st ic os , pa râ m et ro s p od em se r em pr eg ad os pa ra ca ra ct er iz ar su a di st ri bu i- çã o de pr ob ab ili da de . D ad a um a di st ri bu iç ão de pr ob ab ili da de é p os sí ve la ss oc ia r ce rt os pa râ m e- tr os , os qu ai s fo rn ec em in fo rm aç ão va lio sa so br e ta l di st ri bu iç ão . • U m do s pa râ m et ro s m ai s im p or ta nt es é o va lo r es p er ad o (e sp er an ça ou m éd ia ) de um a va ri áv el al ea tó ri a X , de no ta do p or E (X ) ou µ . V a lo r E sp er a d o d e u m a v .a D is cr et a • Se ja X um a va ri áv el al ea tó ri a d is cr et a co m p os sí ve is va lo re s x 1 ,x 2 ,. .. ,x n ,. .. . Se ja p( x i) = P (X = x i) , i = 1, 2, .. ., n ,. .. . E nt ão , o va lo r es p er ad o ou m éd ia da va ri áv el al ea tó ri a X é de fin id o p or : µ = E (X ) = ∞ ∑ i=1 x ip (x i) se a sé ri e co nv er gi r. V a lo r E sp er a d o d e u m a v .a C o n tí n u a • Se ja X um a va ri áv el al ea tó ri a co n tí n u a co m fd p f (x ). O va lo r es p er ad o de X se rá de fin id o p or µ = E (X ) = ∫ + ∞ − ∞ x f (x )d x . E x em p lo (v .a d is cr et a ) C on si de re o ex em pl o dola nç am en to de du as m oe - da s, on de a va ri áv el al ea tó ri a X = nú m er o de ca ra s ob ti da s no la nç am en to de 2 m oe da s. R el em br an do qu e a fu nç ão de pr ob ab ili da de é: x i 0 1 2 p( x i) 1/ 4 1/ 2 1/ 4 ob te m os a E (X ) p or E (X ) = 3 ∑ i=1 x i p( x i ) = ( 0 × 1 4 ) + ( 1 × 1 2 ) + ( 2 × 1 4 ) = 1 O b s: is to re pr es en ta qu e, ao la nç ar m os 2 m oe da s es p er am os qu e, em m éd ia , em um do s la nç am en to s ap ar eç a um a C a ra . E x em p lo (v .a co n tí n u a ) C on si de re a va ri áv el al ea tó ri a co nt ín ua do ex em pl o an te ri or , co m a se gu in te fd p: f (x ) = { 2 x , 0 < x < 1 0, ca so co nt ár io ob te m os a E (X ) p or E (X ) = ∫ 1 0 x (2 x )d x = ∫ 1 0 2x 2 d x = 2x 3 3 ∣ ∣ ∣1 0= 2 3 P ro p ri ed a d es d a E sp er a n ça Se ja X um a v. a e c um a co ns ta nt e, en tã o: • O va lo r es p er ad o (m éd ia ) de um a co ns ta nt e é a pr óp ri a co ns ta nt e: E (c ) = c. • M ul ti pl ic an do -s e c p or um a va ri áv el al ea tó ri a X , su a m éd ia fic a m ul ti pl ic ad a p or es ta co ns ta nt e: E (c X ) = cE (X ). • So m an do ou su bt ra in do c de um a va ri áv el al e- at ór ia X , su a m éd ia fic a so m ad a ou su bt ra íd a de st a co ns ta nt e: E (X ± c) = E (X ) ± c. P ro p ri ed a d es d a E sp er a n ça • Se ja m X e Y du as va ri áv ei s al ea tó ri as , o va lo r es p er ad o da so m a/ su bt ra çã o de va ri áv ei s al ea tó - ri as eq ui va le a so m a/ su bt ra çã o do s va lo re s es p e- ra do s de X e Y : E (X ± Y ) = E (X ) ± E (Y ). • Se ja m X e Y du as va ri áv ei s al ea tó ri as in de p en - de nt es , te m os qu e : E (X Y ) = E (X )E (Y ). E sp er a n ça d a fu n çã o d e u m a v .a . • T od a fu nç ão de um a v. a X , ta m b ém é um a va ri áv el al ea tó ri a. L og o, p od em os fa la r na es p er an ça de X 2 , 2X + 1, en tr e ou tr as . A ss im , Se X é di sc re ta ⇒ E (X 2 ) = ∞ ∑ i=1 x 2 i p( x i) . Se X é co nt ín ua ⇒ E (X 2 ) = ∫ + ∞ − ∞ x 2 f (x )d x . V a ri â n ci a d e u m a v .a U m ou tr o pa râ m et ro im p or ta nt e qu e ca ra ct er iz a um a va ri áv el al ea tó ri a é a va ri ân ci a. A va ri ân ci a fo rn ec e a di sp er sã o do s va lo re s da va - ri áv el em re la çã o ao va lo r es p er ad o. D efi n iç ã o : Se ja X um a va ri áv el al ea tó ri a (d is cr et a ou co nt ín ua )c om es p er an ça da da p or E (X ). A va ri - ân ci a de X é de fin id a p or V ar (X ) = E (X − µ )2 = E (X 2 ) − [E (X )] 2 O b se rv a çõ es • N o ta çã o : V ar (X ) = σ 2 • A va ri ân ci a é se m pr e p os it iv a, V ar (X ) ≥ 0. • V ar (X ) é ex pr es sa em un id ad es qu ad ra da s (o qu e to rn a di fí ci l a su a in te rp re ta çã o) . D es v io P a d rã o D es v io P a d rã o : É de fin id o co m o a ra iz qu ad ra da p os it iv a da va ri ân ci a, is to é, σ = D P (X ) = √ V ar (X ) O b s: O de sv io pa dr ão m ed e a di sp er sã o ab so lu ta de X , se nd o ex pr es sa na m es m a un id ad e da va ri áv el al ea tó ri a X . P ro p ri ed a d es d a V a ri â n ci a Se ja m X um a v. a. e c é co ns ta nt e, en tã o • A va ri ân ci a de um a co ns ta nt e é ze ro : V ar (c ) = 0; • So m an do -s e ou su bt ra in do -s e um a co ns ta nt e à va ri áv el al ea tó ri a, su a va ri ân ci a nã o se al te ra : V ar (c ± X ) = V ar (X ). • M ul ti pl ic an do -s e c p or um a v. a X ,s ua va ri ân ci a fic a m ul ti pl ic ad a p el o qu ad ra do da co ns ta nt e: V ar (c X ) = c2 V ar (X ). P ro p ri ed a d es d a V a ri â n ci a • Se ja m X e Y du as va ri áv ei s al ea tó ri as in d ep e n - d en te s, a va ri ân ci a da so m a/ su bt ra çã o de va ri á- ve is al ea tó ri as eq ui va le a so m a da s va ri ân ci as de X e Y : V ar (X ± Y ) = V ar (X ) + V ar (Y ). E x em p lo (v .a d is cr et a ) C on si de ra nd o a va ri áv el al ea tó ri a di sc re ta X co m fu nç ão de pr ob ab ili da de da da p or : x i 0 1 2 p( x i) 1/ 4 1/ 2 1/ 4 C al cu le a V ar (X ). S o lu ç ã o : V ar (X ) = E (X 2 ) − [E (X )] 2 E (X ) = ∑ 3 i = 1 x i p( x i ) = ( 0× 1 4 ) + ( 1× 1 2 ) + ( 2× 1 4 ) = 1 E (X 2 ) = ∑ 3 i = 1 x 2 i p( x i ) = ( 02 × 1 4 ) + ( 12 × 1 2 ) + ( 22 × 1 4 ) = 3 2 V ar (X ) = 3 2 − 12 = 1 2 E x em p lo (v .a co n tí n u a ) Se ja X um a va ri áv el al ea tó ri a co nt ín ua co m a se gu in te fu nç ão de de ns id ad e: f (x ) = { 2 x , 0 < x < 1 0, ca so co nt ár io C al cu la r V ar (X ). S o lu ç ã o : V ar (X ) = E (X 2 ) − [E (X )] 2 E (X ) = ∫ 1 0 x (2 x )d x = ∫ 1 0 2x 2 d x = 2 x 3 3 ∣ ∣ ∣1 0= 2 3 E (X 2 ) = ∫ 1 0 x 2 (2 x )d x = ∫ 1 0 2x 3 d x = x 4 2∣ ∣ ∣1 0= 1 2 V ar (X ) = 1 2 − ( 2 3) 2 = 1 1 8 E x em p lo (v .a d is cr et a ) U m a li v ra ri a m an té m os re gi st ro s d as ve n d as d iá ri as d os li - v ro s. C om os d ad os co n st ru iu a se gu in te d is tr ib u iç ão d e p ro b ab il id ad e d a va ri áv el al ea tó ri a X = n ú m er o d e li v ro s ve n d id os p or se m an a: x i 0 1 2 3 4 5 p( x i ) 0, 05 0, 15 0, 42 0, 2 0, 08 0, 1 a) C al cu le a p ro b ab il id ad e d e ve n d er m ai s q u e 2 li v ro s p or se m an a. b ) C al cu le a p ro b ab il id ad e d e ve n d er n o m áx im o u m li v ro . c) C al cu le o n ú m er o es p er ad o d e li v ro s ve n d id os p or se m an a. d ) C al cu le a va ri ân ci a d os li v ro s ve n d id os p or se m an a. e) S ej a Y = 3X 2 + X − 2 o lu cr o d a li v ra ri a em fu n çã o d os li v ro s ve n d id os . Q u al o lu cr o es p er ad o d a li v ra ri a? E x em p lo (v .a d is cr et a ) S o lu ç ã o : a) P (X > 2) = P (X = 3) + P (X = 4) + P (X = 5) = 0, 2 + 0, 08 + 0, 1 = 0, 38 b ) P (X ≤ 1) = P (X = 0) + P (X = 1) = 0, 05 + 0, 15 = 0, 2 c) E (X ) = (0 × 0, 05 ) + (1 × 0, 15 ) + (2 × 0, 42 ) + (3 × 0, 2) + (4 × 0, 08 ) + (5 × 0, 1) = 2, 41 d ) E (X 2 ) = (0 2 × 0, 05 )+ (1 2 × 0, 15 )+ (2 2 × 0, 42 )+ (3 2 × 0, 2) + (4 2 × 0, 08 ) + (5 2 × 0, 1) = 7, 41 V ar (X ) = E (X 2 ) − [E (X )] 2 = 1, 6 c) E (Y ) = E (3 X 2 + X − 2) = E (3 X 2 ) + E (X ) + E (− 2) = 3 ∗ E (X 2 ) + E (X ) − 2 = 3 ∗ 7, 41 + 2, 41 − 2 = 22 ,6 4 E x em p lo (v .a co n tí n u a ) O te m p o (e m an os ) ad eq u ad o d e tr o ca d e u m a p eç a d e ce rt a m ar ca d e co m p u ta d or é u m a v .a . co m a se gu in te fu n çã o d en si d ad e: f (x ) = { x 8 , 0 ≤ x ≤ 4 0 ca so co n tá ri o a) Q u al a p ro b ab il id ad e d e u m co m p u ta d or n ec es si ta r d a tr o ca d a p eç a an te s d e u m an o d e u so ? b ) C ac u le o te m p o m éd io d e tr o ca d e u m a p eç a d e ce rt a m ar ca d e co m p u ta d or . c) C ac u le a va ri ân ci a d o te m p o d e tr o ca d e u m a p eç a d e ce rt a m ar ca d e co m p u ta d or . d ) S ej a Y = (X − 2) 2 o p re ju íz o d a em p re sa em fu n çã o d o te m p o d e tr o ca . Q u al o p re ju íz o es p er ad o? E x em p lo (v .a co n tí n u a ) S o lu çã o : a) P (X < 1) = ∫ 1 0 x 8 d x = x 2 16 ∣ ∣ ∣1 0= 1 16 = 0, 06 25 b) E (X ) = ∫ 4 0 x x 8 d x = ∫ 4 0 x 2 8 d x = x 3 24 ∣ ∣ ∣4 0= 8 3 c) E (X 2 ) = ∫ 4 0 x 2 x 8 d x = ∫ 4 0 x 3 8 d x = x 4 32 ∣ ∣ ∣4 0= 8 V ar (X ) = E (X 2 ) − [E (X )] 2 = 8 − ( 8 3) 2 = 8 9 d) E (Y ) = E [ (X − 2) 2 ] = E (X 2 − 4X + 4) = E (X 2 ) − 4 ∗ E (X ) + E (4 ) = 1, 33
Compartilhar