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DISTRIBUIÇÃO DE POISSON DEFINIÇÃO Uma variável aleatória 𝑋 tem distribuição de Poisson com parâmetro 𝜆 > 0, se sua função de probabilidade é dada por 𝑃 𝑋 = 𝑘 = 𝑒−𝜆𝜆𝑘 𝑘! , 𝑘 = 0, 1, 2, … , com o parâmetro 𝜆, sendo usualmente referido como taxa de ocorrência. O número 𝑒 = 2,71828… é um número irracional chamado de número de Euler. Notação: 𝑋~𝑃𝑜 𝜆 . • O modelo de Poisson é muito utilizado em experimentos físicos e biológicos; • Nesses casos, 𝜆 é a frequência média ou esperada de ocorrências num determinado intervalo de tempo. • O fato de a função do slide anterior ser uma função de probabilidade decorre da série de potências 𝑘=0 ∞ 𝜆𝑘 𝑘! cujo valor é exatamente igual a 𝑒𝜆. • A distribuição de probabilidade do modelo de Poisson é 𝐹 𝑥 = 𝑃 𝑋 ≤ 𝑥 = 𝑘=0 𝑛 𝑒−𝜆𝜆𝑘 𝑘! , onde 𝑛 é o maior número inteiro menor ou igual a 𝑥. EXEMPLOS 1) A emissão de partículas radioativas tem sido modelada através da distribuição de uma Poisson, com valor de parâmetro dependendo da fonte utilizada. Suponha que o número de partículas alfa, emitidas por minuto, seja uma variável aleatória seguindo o modelo de Poisson com parâmetro 5, isto é, a taxa média de ocorrência é de 5 emissões a cada minuto. Vamos calcular probabilidade de haver mais de 2 emissões de partículas alfa por minuto. Pelo enunciado, temos que 𝜆 = 5 e a função de probabilidade é 𝑃 𝐴 = 𝑘 = 𝑒−55𝑘 𝑘! Seja 𝐴 o número de partículas alfa emitidas por minuto. Pelas suposições feitas, temos 𝐴~𝑃𝑜(5), e a probabilidade desejada será 𝑃 𝐴 > 2 = 𝑘=3 ∞ 𝑃 𝐴 = 𝑘 = 1 − 𝑃 𝐴 = 0 + 𝑃 𝐴 = 1 + 𝑃(𝐴 = 2) = 1 − 𝑒−550 0! + 𝑒−551 1! + 𝑒−552 2! = 1 − 0,007 + 0,034 + 0,084 ≈ 0,875 OBSERVAÇÃO IMPORTANTE!!! Se o intervalo de tempo é alterado, a variável aleatória mantém a mesma distribuição de Poisson, mas com valor do parâmetro ajustado de forma proporcional. Assim, no exemplo anterior, se o período de tempo considerado for de dois minutos, teremos que o número de partículas emitidas em dois minutos terá distribuição de Poisson 𝑃𝑜(10). 2) Engenheiros da companhia telefônica estudam se o modelo de Poisson pode ser ajustado ao número 𝑁 de chamadas interestaduais que chegam, por hora, a uma central telefônica, durante o período da noite. Os dados coletados, referentes a 650 períodos de uma hora, estão apresentados a seguir: Chamadas 0 1 2 3 4 5 6 7 ≥ 8 Frequência observada 9 38 71 115 125 106 79 50 57 Para o modelo de Poisson, os engenheiros sugerem utilizar uma taxa de ocorrência de 4,5 chamadas por hora no período estudado, ou seja, 𝜆 = 4,5. Então, a função de probabilidade é 𝑃 𝑋 = 𝑘 = 𝑒−4,5 ∙ (4,5)𝑘 𝑘! A frequência esperada 𝑓𝑒 𝑋 = 𝑘 de ocorrências com 𝑘 chamadas é obtida multiplicando-se 650 (total de observações) pela probabilidade 𝑃 𝑋 = 𝑘 , ou seja, 𝑓𝑒 𝑋 = 𝑘 = 650 × 𝑃 𝑋 = 𝑘 = 650 × 𝑒−4,5 ∙ (4,5)𝑘 𝑘! Por exemplo, a frequência esperada para 2 chamadas é 𝑓𝑒 𝑋 = 2 = 650 × 𝑒−4,5 ∙ (4,5)2 2! = 73,13. Com isso, podemos calcular todos os valores esperados e adicioná-los na tabela anterior: Chamadas 0 1 2 3 4 5 6 7 ≥ 8 Observada 9 38 71 115 125 106 79 50 57 Esperada 7,22 32,50 73,13 109,66 123,37 111,02 83,27 53,56 56,36 3) Uma indústria de tintas recebe pedidos de seus vendedores através de fax, telefone e internet. O número de pedidos que chegam por qualquer meio (no horário comercial) é uma variável aleatória discreta com distribuição de Poisson com taxa de 5 pedidos por hora. a) Calcule a probabilidade de mais de 2 pedidos por hora. b) Em um dia de trabalho (8 horas), qual seria a probabilidade de haver 50 pedidos? c) Não haver nenhum pedido, em um dia de trabalho, é um evento raro? EXERCÍCIOS 1) Um time paulista de futebol tem probabilidade 0,92 de vitória sempre que joga. Se o time atuar 4 vezes, determine a probabilidade de que vença: a) Todas as quatro partidas. b) Pelo menos uma partida. c) No máximo 3 partidas. 2) No estudo do desempenho de central de computação, o acesso à Unidade Central de Processamento (CPU) é assumido ser Poisson com 4 requisições por segundo. Essas requisições podem ser várias naturezas tais como: imprimir um arquivo, efetuar um certo cálculo ou enviar uma mensagem pela Internet, entre outras. a) Escolhendo-se ao acaso um intervalo de 1 segundo, qual a probabilidade de haver mais de 2 acessos à CPU? E do número de acessos não ultrapassar 5? b) Considerando agora o intervalo de 10 segundos, também escolhido ao acaso, qual é a probabilidade de haver 50 acessos?
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