Distribuciones discretas
De Wikillerato
Línea 1: | Línea 1: | ||
__TOC__ | __TOC__ | ||
- | == | + | ==Función de probabilidad== |
<br/> | <br/> | ||
- | Se llama '''''variable aleatoria | + | Denotaremos como |
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, x_i \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | a la probabilidad de que la variable aleatoria tome el valor | ||
+ | <math> | ||
+ | x_i | ||
+ | </math> | ||
+ | . | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Se llama '''''función de probabilidad de una variable aleatoria discreta | ||
<math> | <math> | ||
X | X | ||
</math> | </math> | ||
- | + | ''''' a la aplicacion que a cada valor de | |
<math> | <math> | ||
- | + | x_i | |
</math> | </math> | ||
- | | + | de la variable le hace corresponder la probabilidad de que la variable tome dicho |
+ | valor: | ||
<br/> | <br/> | ||
Línea 19: | Línea 35: | ||
<center> | <center> | ||
<math> | <math> | ||
- | X | + | \mathrm{f} |
+ | \left( | ||
+ | \, x_i \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, x_i \, | ||
+ | \right) | ||
</math> | </math> | ||
</center> | </center> | ||
Línea 25: | Línea 49: | ||
<br/> | <br/> | ||
- | + | Por definición, deducimos que si | |
<math> | <math> | ||
- | + | \left\{ | |
+ | \, x_1, \, x_2, \ldots, \, x_n \, | ||
+ | \right\} | ||
</math> | </math> | ||
- | | + | son los valores que puede tomar la variable |
<math> | <math> | ||
- | + | X | |
</math> | </math> | ||
- | + | , entonces: | |
- | + | ||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
<math> | <math> | ||
- | + | \sum_{i \, = \, 1}^n \mathrm{f} \left( \, x_i \, \right) \, = \, \mathrm{f} \left( \, | |
- | \left( | + | x_1 \, \right) \, + \, \mathrm{f} \left( \, x_2 \, \right) \, + \, |
- | \, | + | \ldots \, + \, \mathrm{f} \left( \, x_n \, \right) \, = \, 1 |
- | \right) | + | |
</math> | </math> | ||
- | + | </center> | |
<br/> | <br/> | ||
- | + | ya que esta suma es, en realidad, la probabilidad del suceso seguro. | |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
<br/> | <br/> | ||
- | + | ===Ejemplo=== | |
- | + | ||
<br/> | <br/> | ||
- | + | En el experimento de lanzar tres monedas al aire, la aplicación | |
- | + | <math> | |
- | + | X | |
+ | </math> | ||
+ | que asigna a cada resultado el numero de cruces obtenidas es una variable aleatoria. En este caso: | ||
<br/> | <br/> | ||
- | + | <center> | |
- | + | <math> | |
- | + | \begin{array}[c]{cc} | |
+ | \mathrm{f} \left( \, 0 \, \right) \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, 0 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \frac{1}{8} \qquad | ||
+ | & | ||
+ | \mathrm{f} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, 1 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, 1 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \frac{3}{8} | ||
+ | \qquad | ||
+ | \\ | ||
+ | & | ||
+ | \\ | ||
+ | \mathrm{f} \left( \, 2 \, \right) \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, 2 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \frac{3}{8} \qquad | ||
+ | & | ||
+ | \mathrm{f} \left( \, 3 \, \right) \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, 3 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \frac{1}{8} \qquad | ||
+ | \end{array} | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Observa que | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{f} \left( \, 0 \, \right) \, + \, \mathrm{f} \left( \, 1 \, \right) \, + \, | ||
+ | \mathrm{f} \left( \, 2 \, \right) \, + \, \mathrm{f} \left( \, 3 \, \right) \, = \, 1 | ||
+ | </math> | ||
<br/> | <br/> | ||
Línea 73: | Línea 140: | ||
<br/> | <br/> | ||
- | Dada una variable aleatoria | + | Dada una variable aleatoria discreta |
<math> | <math> | ||
X | X | ||
</math> | </math> | ||
- | , su '''''función de distribución''''' es la aplicación que a cada valor | + | , su '''''función de distribución''''' es la aplicación que a cada valor de |
<math> | <math> | ||
- | + | x_i | |
</math> | </math> | ||
de la variable le asigna la probabilidad de que ésta tome valores menores o | de la variable le asigna la probabilidad de que ésta tome valores menores o | ||
iguales que | iguales que | ||
<math> | <math> | ||
- | + | x_i | |
</math> | </math> | ||
, y la denotamos por: | , y la denotamos por: | ||
Línea 92: | Línea 159: | ||
<center> | <center> | ||
<math> | <math> | ||
- | \mathrm{F} \left( \, | + | \mathrm{F} \left( \, x_i \, \right) \, = \, \mathrm{P} |
\left( | \left( | ||
- | \, X \le | + | \, X \le x_i \, |
\right) | \right) | ||
</math> | </math> | ||
Línea 101: | Línea 168: | ||
<br/> | <br/> | ||
- | + | La función de distribución de cualquier variable aleatoria discreta tiene las siguentes | |
+ | caracteristicas: | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 1. Al ser una probabilidad, | ||
<math> | <math> | ||
- | 1 \ge \mathrm{F} \left( \, | + | 1 \ge \mathrm{F} \left( \, x_i \, \right) \ge 0 |
</math> | </math> | ||
. | . | ||
Línea 109: | Línea 181: | ||
<br/> | <br/> | ||
- | + | 2. | |
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{F} \left( \, x \, \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | es nula para todo valor de | ||
+ | <math> | ||
+ | x | ||
+ | </math> | ||
+ | menor que el menor valor de la variable aleatoria, y es igual a la unidad para | ||
+ | todo valor de | ||
+ | <math> | ||
+ | x | ||
+ | </math> | ||
+ | mayor que el mayor valor de la variable. | ||
- | + | <br/> | |
+ | |||
+ | 3. | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{F} \left( \, x \, \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | es creciente. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 4. | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{F} \left( \, x \, \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | es constante en cada intervalo | ||
+ | <math> | ||
+ | \left( | ||
+ | \, x_i, \, x_{i \, + \, 1} \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | , además es continua a la derecha de | ||
+ | <math> | ||
+ | x_i | ||
+ | </math> | ||
+ | y a la izquierda | ||
+ | <math> | ||
+ | x_{i \, + \, 1} | ||
+ | </math> | ||
+ | , y discontinua a la izquierda de | ||
+ | <math> | ||
+ | x_i | ||
+ | </math> | ||
+ | y a la derecha de | ||
+ | <math> | ||
+ | x_{i+1} | ||
+ | </math> | ||
+ | , para | ||
+ | <math> | ||
+ | i \, = \, 1, \, \ldots, \, n \, - \, 1 | ||
+ | </math> | ||
+ | | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 5. Sea | ||
+ | <math> | ||
+ | x_j > x_i | ||
+ | </math> | ||
+ | , entonces | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{F} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, x_j \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, - \, | ||
+ | \mathrm{F} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, x_i \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, x_j \ge X > x_i \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | ==Distribución binomial== | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Supongamos que un experimento aleatorio tiene las siguientes caracteristicas: | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 1. En cada prueba del experimento sólo son posibles dos resultados: el suceso | ||
+ | <math> | ||
+ | A | ||
+ | </math> | ||
+ | , llamado ''exito'', y su contrario, | ||
+ | <math> | ||
+ | \bar{A} | ||
+ | </math> | ||
+ | , llamado ''fracaso''. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 2. El resultado de cada prueba es independiente de los resultados obtenidos anteriormente. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 3. La probabilidad de | ||
+ | <math> | ||
+ | A | ||
+ | </math> | ||
+ | , que denotamos por | ||
+ | <math> | ||
+ | p | ||
+ | </math> | ||
+ | , no varía de una prueba a otra. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | 4. En cada experimento se realizan | ||
+ | <math> | ||
+ | n | ||
+ | </math> | ||
+ | pruebas idénticas. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Todo experimento aleatorio con estas características se dice que sigue el modelo de la | ||
+ | distribución binomial. | ||
+ | |||
+ | A la variable | ||
+ | <math> | ||
+ | X | ||
+ | </math> | ||
+ | , que representa el número de éxitos obtenidos en el experimento, se le | ||
+ | llama '''''variable aleatoria binomial'''''. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Existen varias maneras de obtener | ||
+ | <math> | ||
+ | r | ||
+ | </math> | ||
+ | exitos en las | ||
+ | <math> | ||
+ | n | ||
+ | </math> | ||
+ | pruebas. Supongamos que | ||
+ | <math> | ||
+ | n \, = \, 3 | ||
+ | </math> | ||
+ | y calculemos la probabilidad del suceso | ||
+ | <math> | ||
+ | \left\{ | ||
+ | \, X \, = \, 2 \, | ||
+ | \right\} | ||
+ | </math> | ||
+ | . Existen tres posibilidades de que ocurra | ||
+ | <math> | ||
+ | X \, = \, 2 | ||
+ | </math> | ||
+ | : | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
+ | <math> | ||
+ | \begin{array}[c]{cc} | ||
+ | 1^\circ: & \bar{A}AA | ||
+ | \\ | ||
+ | 2^\circ: & A\bar{A}A | ||
+ | \\ | ||
+ | 3^\circ: & AA\bar{A} | ||
+ | \end{array} | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | La diferencia entre estas tres posibilidades ( sucesos elementales ) es la prueba en que | ||
+ | ocurre el fracaso. En el primer caso, el fracaso ocurre en la primera prueba; en el | ||
+ | segundo caso ocurre en la segunda y en el tercer caso ocurre en la tercera. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Como estos sucesos son incompatibles, se tiene que: | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, 2 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, \bar{A}AA \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, + \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, A\bar{A}A \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, + \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, AA\bar{A} \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Por otra parte, | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, \bar{A}AA \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, A\bar{A}A \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, AA\bar{A} \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, p^2 \cdot | ||
+ | \left( | ||
+ | \, 1 \, - \, p \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | . Por ejemplo: | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, AA\bar{A} | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \mathrm{P} \left( \, A \, \right) \cdot \mathrm{P} \left( \, A \, \right) | ||
+ | \cdot \mathrm{P} \left( \, \bar{A} \, \right) \, = \, p \cdot p \cdot \left( \, 1 \, - \, | ||
+ | p \, \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | donde la primera igualdad es cierta por que los resultados de las tres pruebas son | ||
+ | independientes. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Así | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, 2 \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, 3 \cdot p^2 \cdot | ||
+ | \left( | ||
+ | \, 1 \, - \, p \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | En general: | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
+ | <math> | ||
+ | \mathrm{P} | ||
+ | \left( | ||
+ | \, X \, = \, r \, | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, | ||
+ | \left( | ||
+ | \, { n \atop r } | ||
+ | \right) | ||
+ | \cdot p^r \cdot | ||
+ | \left( | ||
+ | \, 1 \, - \, p \, | ||
+ | \right) | ||
+ | ^ | ||
+ | \left( | ||
+ | \, n \, - \, r \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | donde | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <center> | ||
+ | <math> | ||
+ | \left( | ||
+ | \, { n \atop r } | ||
+ | \right) | ||
+ | \, = \, \frac{n!}{r!\left( \, n \, - \, r \, \right)!} | ||
+ | </math> | ||
+ | </center> | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | es el número de sucesos elementales que componen el suceso | ||
+ | <math> | ||
+ | \left\{ | ||
+ | \, X \, = \, r \, | ||
+ | \right\} | ||
+ | </math> | ||
+ | ( estos sucesos elementales tienen en comun un mismo número de exitos y de | ||
+ | fracasos y solo se diferencian en el orden en que ocurren los exitos y los fracasos ). | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | <math> | ||
+ | n! | ||
+ | </math> | ||
+ | es el factorial de | ||
+ | <math> | ||
+ | n | ||
+ | </math> | ||
+ | , | ||
+ | <math> | ||
+ | n! \, = \, n \cdot \left( \,n \, - \, 1 \, \right) \cdot \ldots 2 \cdot 1 | ||
+ | </math> | ||
+ | | ||
+ | <math> | ||
+ | p^r \cdot | ||
+ | \left( | ||
+ | \, 1 \, - \, p \, | ||
+ | \right) | ||
+ | ^ | ||
+ | \left( | ||
+ | \, n \, - \, r \, | ||
+ | \right) | ||
+ | </math> | ||
+ | es la probabilidad de cada uno de estos sucesos elementales. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | Al ser la variable aleatoria binomial una variable aleatoria discreta, tiene asociadas | ||
+ | una función de probabilidad y una función de distribución. | ||
+ | |||
+ | <br/> | ||
+ | |||
+ | [[Category:Matemáticas]] |
Revisión de 01:45 27 dic 2006
Tabla de contenidos |
Función de probabilidad
Denotaremos como a la probabilidad de que la variable aleatoria tome el valor .
Se llama función de probabilidad de una variable aleatoria discreta a la aplicacion que a cada valor de de la variable le hace corresponder la probabilidad de que la variable tome dicho valor:
Por definición, deducimos que si son los valores que puede tomar la variable , entonces:
ya que esta suma es, en realidad, la probabilidad del suceso seguro.
Ejemplo
En el experimento de lanzar tres monedas al aire, la aplicación que asigna a cada resultado el numero de cruces obtenidas es una variable aleatoria. En este caso:
Observa que
Función de distribución
Dada una variable aleatoria discreta , su función de distribución es la aplicación que a cada valor de de la variable le asigna la probabilidad de que ésta tome valores menores o iguales que , y la denotamos por:
La función de distribución de cualquier variable aleatoria discreta tiene las siguentes caracteristicas:
1. Al ser una probabilidad, .
2. es nula para todo valor de menor que el menor valor de la variable aleatoria, y es igual a la unidad para todo valor de mayor que el mayor valor de la variable.
3. es creciente.
4. es constante en cada intervalo , además es continua a la derecha de y a la izquierda , y discontinua a la izquierda de y a la derecha de , para
5. Sea , entonces
Distribución binomial
Supongamos que un experimento aleatorio tiene las siguientes caracteristicas:
1. En cada prueba del experimento sólo son posibles dos resultados: el suceso , llamado exito, y su contrario, , llamado fracaso.
2. El resultado de cada prueba es independiente de los resultados obtenidos anteriormente.
3. La probabilidad de , que denotamos por , no varía de una prueba a otra.
4. En cada experimento se realizan pruebas idénticas.
Todo experimento aleatorio con estas características se dice que sigue el modelo de la distribución binomial.
A la variable , que representa el número de éxitos obtenidos en el experimento, se le llama variable aleatoria binomial.
Existen varias maneras de obtener exitos en las pruebas. Supongamos que y calculemos la probabilidad del suceso . Existen tres posibilidades de que ocurra
La diferencia entre estas tres posibilidades ( sucesos elementales ) es la prueba en que ocurre el fracaso. En el primer caso, el fracaso ocurre en la primera prueba; en el segundo caso ocurre en la segunda y en el tercer caso ocurre en la tercera.
Como estos sucesos son incompatibles, se tiene que:
Por otra parte, . Por ejemplo:
donde la primera igualdad es cierta por que los resultados de las tres pruebas son independientes.
Así
En general:
donde
es el número de sucesos elementales que componen el suceso ( estos sucesos elementales tienen en comun un mismo número de exitos y de fracasos y solo se diferencian en el orden en que ocurren los exitos y los fracasos ).
es el factorial de , es la probabilidad de cada uno de estos sucesos elementales.
Al ser la variable aleatoria binomial una variable aleatoria discreta, tiene asociadas una función de probabilidad y una función de distribución.