İstatistik I Ders Notları

Benzer belgeler
İSTATİSTİK I KAVRAMLARININ

Appendix B: Olasılık ve Dağılım Teorisi

ALIŞTIRMALAR. Sayısal Bilginin Özetlenmesi:

YTÜ İktisat Bölümü EKONOMETRİ I Ders Notları

YTÜ İktisat Bölümü EKONOMETRİ I Ders Notları

Olasılık ve Dağılım Teorisi Kavramlarının Gözden Geçirilmesi

Ders 4: Rastgele Değişkenler ve Dağılımları

Tesadüfi Değişken. w ( )

Appendix C: İstatistiksel Çıkarsama

YTÜ İktisat Bölümü EKONOMETRİ I Ders Notları

Z = S n E(S n ) V ar(sn ) = S n nµ. S nn. n 1/2 n σ

1.58 arasındaki her bir değeri alabileceği için sürekli bir

ARALIK TAHMİNİ (INTERVAL ESTIMATION):

3.Ders Rasgele Değişkenler

Herhangi bir rastgele değişken için kümülatif dağılım fonksiyonu/cumulative distribution function (KDF/CDF) şu şekilde tanımlanır.

Rasgele Vektörler Çok Değişkenli Olasılık Dağılımları

altında ilerde ele alınacaktır.

Matematik Ders Notları. Doç. Dr. Murat Donduran

Örnek Bir zar atıldığında zarın üstünde bulunan noktaların sayısı gözlensin. Çift sayı gelmesi olasılığı nedir? n(s) = 3 6 = 1 2

Lys x 2 + y 2 = (6k) 2. (x 2k) 2 + y 2 = (2k 5) 2 olduğuna göre x 2 y 2 =? Cevap: 14k 2

2. REGRESYON ANALİZİNİN TEMEL KAVRAMLARI Tanım

TÜREV VE UYGULAMALARI

SÜREKLİ OLASILIK DAĞILIŞLARI

SÜREKLİ RASSAL DEĞİŞKENLER

Kümülatif Dağılım Fonksiyonları. F X (x) = P (X x) = P X (x) = P (X x) = p X (x ) f X (x) = df X(x) dx

Matris Cebiriyle Çoklu Regresyon Modeli

f fonksiyonuna bir üç değişkenli fonksiyon adı verilir. Daha çok değişkenli fonksiyonlar benzer şekilde tanımlanır.

Birden Fazla RDnin Bileşik Olasılık Fonksiyonları

Ekonometri I VARSAYIMLARI

EME Sistem Simülasyonu. Giriş. Olasılık Dağılımı. Rassal Degiskenler

Rassal Değişken. Yrd. Doç. Dr. Tijen ÖVER ÖZÇELİK

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

Lineer Dönüşümler ÜNİTE. Amaçlar. İçindekiler. Yazar Öğr. Grv.Dr. Nevin ORHUN

SÜREKLİLİK. 9.1 Süreklilik ve Süreksizlik Kavramları

BİYOİSTATİSTİK Bazı Olasılık Dağılışları Dr. Öğr. Üyesi Aslı SUNER KARAKÜLAH

Stokastik Süreçler. Bir stokastik süreç ya da rastgele süreç şöyle tanımlanabilir.

3 KESİKLİ RASSAL DEĞİŞKENLER VE OLASILIK DAĞILIMLARI

MATEMATiKSEL iktisat

Yapılan alan araştırması sonucunda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. ( ) ( ) ( ) ( )

Buna göre, eşitliği yazılabilir. sayılara rasyonel sayılar denir ve Q ile gösterilir. , -, 2 2 = 1. sayıdır. 2, 3, 5 birer irrasyonel sayıdır.

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

TEK BOYUTLU RASSAL DEĞİŞKENLER

Y = f(x) denklemi ile verilen fonksiyonun diferansiyeli dy = f '(x). dx tir.

Denklemler İkinci Dereceden Denklemler. İkinci dereceden Bir Bilinmeyenli Denklemler. a,b,c IR ve a 0 olmak üzere,

2(1+ 5 ) b = LYS MATEMATİK DENEMESİ. işleminin sonucu kaçtır? A)2 5 B)3 5 C)2+ 5 D)3+ 5 E) işleminin sonucu kaçtır?

DİKKAT! SORU KİTAPÇIĞINIZIN TÜRÜNÜ A OLARAK CEVAP KÂĞIDINIZA İŞARETLEMEYİ UNUTMAYINIZ. MATEMATİK SINAVI MATEMATİK TESTİ

(m+2) +5<0. 7/m+3 + EŞİTSİZLİKLER A. TANIM

1-2 - * Bu Ders Notları tam olarak emin olmamakla birlikte yıllarına aiitir.tekrardan Sn.Hakan Paçal'a çoook tsk ederiz...

Ders 05. Çok değişkenli Fonksiyonlar. Kısmi Trevler. 5.1 Çözümler:Alıştırmalar 05. Prof.Dr.Haydar Eş Prof.Dr.Timur Karaçay

2016 YILI AKTÜERLİK SINAVLARI: İSTATİSTİK OLASILIK

Mat Matematik II / Calculus II

ANADOLU ÜNİVERSİTESİ. ENM 317 Prof. Dr. Nihal ERGİNEL

EME 3117 SİSTEM SİMÜLASYONU. Rassal Sayı ve Rassal Değer. Üretimi. Rassal Sayı Üretimi

TÜREV VE UYGULAMALARI

İÇİNDEKİLER. Ön Söz Saymanın Temel Kuralları Permütasyon (Sıralama) Kombinasyon (Gruplama) Binom Açılımı...

RASSAL DEĞİŞKENLER VE OLASILIK DAĞILIMLARI. Yrd. Doç. Dr. Emre ATILGAN

rasgele değişkeninin olasılık yoğunluk fonksiyonu,

Alıştırmalar 1. 1) Aşağıdaki diferansiyel denklemlerin mertebesini ve derecesini bulunuz. Bağımlı ve bağımsız değişkenleri belirtiniz.

IE 303T Sistem Benzetimi DERS 4 : O L A S I L I K T E K R A R

Ch. 5: SEKK (OLS) nin Asimptotik Özellikleri

AKT201 Matematiksel İstatistik I Yrd. Doç. Dr. Könül Bayramoğlu Kavlak

YTÜ İktisat Bölümü EKONOMETRİ I Ders Notları

YTÜ İktisat Bölümü EKONOMETRİ I Ders Notları

OLASILIK ve KURAMSAL DAĞILIMLAR

ÖRNEKLEME DAĞILIŞLARI VE TAHMİNLEYİCİLERİN ÖZELLİKLERİ

Üç Boyutlu Uzayda Koordinat sistemi

İNTEGRAL İŞLEMLER LEMLERİ

1. Hafta Uygulama Soruları

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

Cebirsel Fonksiyonlar

Rastgele Süreçler. Rastgele süreç konsepti (Ensemble) Örnek Fonksiyonlar. deney. Zaman (sürekli veya kesikli) Ensemble.

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Fonksiyonlarda limiti öğrenirken değişkenlerin limitini ve sağdan-soldan limit kavramlarını öğreneceksiniz.

Math 322 Diferensiyel Denklemler Ders Notları 2012

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

SÜREKLİ ŞANS DEĞİŞKENLERİ. Üstel Dağılım Normal Dağılım

İstatistik, genel olarak, rassal bir olayı (ya da deneyi) matematiksel olarak modellemek ve bu model yardımıyla, anakütlenin bilinmeyen karakteristik

13.Konu Reel sayılar

OPTIMIZASYON Bir Değişkenli Fonksiyonların Maksimizasyonu...2

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

Kaynaklar Shepley L. Ross, Differential Equations (3rd Edition), 1984.

Uzayda iki doğrunun ortak dikme doğrusunun denklemi

RD lerin Fonksiyonları

BİYOİSTATİSTİK Olasılıkta Temel Kavramlar Yrd. Doç. Dr. Aslı SUNER KARAKÜLAH

13. Olasılık Dağılımlar

Kesikli ġans DeğiĢkenleri Ġçin; Olasılık Dağılımları Beklenen Değer ve Varyans Olasılık Hesaplamaları

Tablo (2): Atıştırma Sayısı ve Günlük Sınav Sayısı Atıştırma Sınav Sayısı (X)

KESİKLİ DÜZGÜN DAĞILIM

TÜREVİN UYGULAMALARI. Maksimum ve Minimum Değerler. Tanım : f bir fonksiyon ve D, f nin tanım kümesi olsun.

İstatistiksel Kavramların Gözden Geçirilmesi

3. TAHMİN En Küçük Kareler (EKK) Yöntemi 1

YAZILI SINAV SORU ÖRNEKLERİ MATEMATİK

RİSK ANALİZİ VE AKTÜERYAL MODELLEME

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

ARASINAV SORULARININ ÇÖZÜMLERİ GÜZ DÖNEMİ A A A A A A A

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Diferensiyel denklemler sürekli sistemlerin hareketlerinin ifade edilmesinde kullanılan denklemlerdir.

1. BÖLÜM Polinomlar BÖLÜM II. Dereceden Denklemler BÖLÜM II. Dereceden Eşitsizlikler BÖLÜM Parabol

Türev Uygulamaları. 4.1 Bağımlı Hız

MIT OpenCourseWare Ekonomide İstatistiksel Yöntemlere Giriş Bahar 2009

Transkript:

İstatistik I Ders Notları Sürekli Rassal Değişkenler Hüseyin Taştan Kasım 2, 26 İçindekiler Sürekli Rassal Değişkenlerin Özellikleri 2 2 Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu 2 Birikimli Olasılık Fonksiyonu 6 4 Beklenen Değer ve Varyans 5 Ortak Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu 2 6 Marjinal Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu 4 7 Bağımsızlık 5 8 Koşullu Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu 6 9 Birikimli Ortak Olasılık Fonksiyonu 6 Yrd. Doç. Dr., Yıldız Teknik Üniversitesi, İktisat Bölümü. Mail: Hüseyin Taştan İktisat Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi Yıldız Kampüsü, Beşiktaş, İstanbul Turkey e-mail: tastan@yildiz.edu.tr Web-site: http://www.yildiz.edu.tr/ tastan/index.html c 25-6, Hüseyin Taştan

Sürekli Rassal Değişkenlerin Özellikleri Bir sürekli (continuous) rassal değişken reel sayılar doğrusu üzerinde herhangi bir değeri alabilir. Buna göre bir X rassal değişkeninin alabileceği değerler sadece tam sayıları değil.75254689... gibi noktadan sonraki dijitleri keyfi olarak (sonsuz uzunlukta) yazılabilen sayıları da kapsar. Reel sayıların özellikleri gereği birbirine ne kadar yakın olursa olsun iki reel sayı arasında sonsuz sayıda rasyonel ve irrasyonel sayı bulunur. Öyleyse X sürekli rassal değişkeni sonsuz sayıda değerden birini alabilir ve herhangi bir reel sayıya eşit olma olasılığı sıfırdır. Kesikli rassal değişkenlerden farklı olarak, sürekli rassal değişkenlerin bir değere eşit olma olasılıkları değil, belli bir aralık içine düşme olasılıkları hesaplanır. Konuyu daha iyi kavramak için şöyle bir örnek düşünelim. X rassal değişkeni aynı özelliklere sahip mp çalarların oluşturduğu anakütleden rassal olarak seçilen birinin fiyatı olsun. Fiyatın (X) belli bir aralıkta, örneğin 85.75YTL ile 264.25YTL arasında, alabileceği değerler belirlidir. Teknik olarak bunların teker teker sıralanması (bir kesikli rassal değişken gibi) mümkündür. Ancak, kesikli rassal değişkenler için geliştirilen yöntemler, X in alabileceği değerler çok sayıda olduğundan, uygulanabilir değildir. Bir başka örnek daha verebiliriz. Belli bir kentte yerleşik hanehalkları arasında rassal olarak 2 tanesini seçtiğimizi düşünelim. X ilgili hanehalkının toplam yıllık geliri olsun. Fiyat örneğinde olduğu gibi, gelir düzeyi de belli bir aralıkta herhangi bir değeri alabilir. Ancak, X in tam olarak belli bir değere, örneğin 6748.4YTL ye eşit olma olasılığı sıfır kabul edilebilir. Gelirin belli bir aralıkta, örneğin 6YTL ile 7YTL arasında olma olasılığından bahsedebiliriz. İktisadi değişkenlerin önemli bir kısmı sürekli rassal değişken kategorisine girer. Örnekleri çoğaltmak mümkündür: IMKB endeksinin belli bir gündeki kapanış değeri, belli bir aydaki fiyatlar genel düzeyi (e.g., TÜFE), yılın ilk üç aylık döneminde gerçekleşen ihracat tutarı vb. 2 Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu X sürekli rassal değişkeni için tanım gereği P (X = x) = olduğunu ve olasılıkların ancak belli bir aralık için hesaplanabileceğini öğrendik. Kesikli rassal değişkenler için geliştirdiğimiz yöntemleri bürekli rassal değişkenlerin dağılım özelliklerini incelemekte kullanamayız. 2

X sürekli bir rassal değişken ve x bu değişkenin alabileceği herhangi bir değer olsun (bu noktada reel sayılar doğrusu X in örneklem uzayı olarak kabul edilebilir). X rassal değişkeninin olasılık yoğunluk fonksiyonu (oyf, probability density function, pdf) ya da kısaca yoğunluk fonksiyonu, f(x), aşağıdaki özellikleri taşıyan bir fonksiyondur:. 2. f(x), < x < P ( < X < ) = + f(x)dx = Birinci özelliğe göre X in alabileceği tüm değerler için yoğunluk fonksiyonu değerleri, tıpkı kesikli ressal değişkenler için olasılık fonksiyonu değerleri gibi, negatif olamaz. İkinci özellik alt ve üst sınırları X in değerler aralığı olan integralin e eşit olduğunu söylemektedir. Başka bir deyişle, f(x) eğrisinin altında kalan alan bire eşittir (bkz. Şekil ). a < b olmak üzere, a ve b, < a < b < özelliğini sağlayan herhangi iki reel sayı ise, X in bu değerler arasında kalma olasılığı alt sınırı a, üst sınırı b olan belirli integralin değerine eşittir. Yani, X in a ile b arasında olma olasılığı f(x) in altında kalan ve sınırları a ile b tarafından belirlenmiş bölgenin alanına eşittir. P (a < X < b) = b a f(x)dx Tekil noktaların olasılıkları sıfır kabul edilebileceğinden P (a < X < b) = P (a X b) yazılabilir. Şekil de bu alan belirtilmiştir. Örnek 2. Uniform (Tekdüze) Dağılım için oyf: Bir torbaya üzerinde dan 9 a kadar rakamlar olan toplar koyduğumuzu ve rassal olarak bir tanesini çektiğimizi düşünelim. Çektiğimiz rakam dan sonraki ilk basamaktaki sayı olsun. Örneğin çektiğimiz topun üzerinde 8 rakamı varsa bulduğumuz rakam.8 olacaktır. Çektiğimiz topu yerine koyalım ve tekrar bir sayı çekelim. Bu da sıfırdan sonraki ikinci dijit olsun. Örneğin.84. Benzer şekilde daha sonra çekeceğimiz sayılarda sırayla sıfırdan sonraki basamaklarda yerlerini alsınlar, örneğin.84592..., vb. Bu deneyi çok sayıda tekrarlarsak ile arasında bir rassal sayı elde ederiz. Bu rassal değişkene X diyelim. Bu deneyin örneklem uzayı ile arasındaki tüm reel sayılar kümesidir, yani x [, ].

f(x) P(a<X<b) = b a f(x)dx a b x Şekil : Bir olasılık yoğunluk fonksiyonu Bu deneyde tanımlanan X rassal değişkeninin sürekli olduğu açıktır. Şu olasılığı bulmak istediğimizi düşünelim P ( X x) =? Bunu bulmak için sıfırdan sonra sadece iki basamak seçtiğimizi düşünelim, mesela x =.5. İlgilendiğimiz olasılık P ( X.5) =? dır. X in.5 den küçük ya da eşit olma olasılıyla ilgilendiğimize göre öncelikle deneyin örneklem uzayındaki noktaları belirlememiz gerekir. Örneklem uzayında (çekebileceğimiz tüm sayılar kümesi). dan.99 a kadar nokta (rakam) vardır. İlk çektiğimiz sayı ten küçük ise (, ya da 2) ikinci çektiğimiz sayının bir önemi olmaz çünkü sayı.5 den küçük olacaktır. Bunu yapmanın toplam = farklı yolu vardır. İlk basamaktaki rakam olduğunda ise.5 e eşit ya da daha küçük bir sayı elde etmenin toplam 6 = 6 yolu vardır. Öyleyse X x olayı toplam + 6 = 6 farklı yoldan gerçekleşebilir, dolayısıyla ilgilendimiz olasılık P ( X.5) = 6/ =.6 dır. Benzer biçimde 5 rakam çektiğimizde ilgili olasılık P ( X.5847) =.5848, rakam çektiğimizde ise P ( X.5847629) =.58476292 olur. Basamak sayısı sonsuza giderken x ile P ( X x) arasındaki fark kapanır ve limitte bu fark sıfır olur. Öyleyse P ( X x) = x yazılabilir. 4

Şimdi X in herhangi iki sayı arasında kalma olasılığını bulmaya çalışalım: P (a X b) =?. Örnek olarak P (.5 X.75) olasılığını bulalım. Yukarıda olduğu gibi yerine konarak farklı sayı seçilebilir..5 e eşit ya da büyük ve.75 e eşit ya da küçük sayılar toplam 4 farklı şekilde seçilebilir, öyleyse P (.5 X.75) =.4 olur ( + 5 + 6 = 4). Sıfırdan sonraki dijit sayısı arttıkça bu olasılık [a, b] doğru parçasının uzunluğuna eşit olur: P (a X b) = b a. Bu sonuç doğru parçasının kendi sınırlarını içerip içermemesinden bağımsızdır. Şu yazılabilir: P (a X b) = P (a < X b) = P (a X < b) = P (a < X < b) = b a Bu deneyden elde edilen X rassal değişkeninin oyf nu nasıl bulabiliriz? Olasılık yoğunluk fonksiyonunun özelliklerini kullanarak bulmaya çalışalım. f(x) olmalı ve bu aralıkta integral bire eşit olmalı. Yani f(x)dx = Öncelikle her x [, ] için Bunun yanı sıra yukarıda tartıştığımız aralık olasılıkları koşulu da sağlanmalıdır: P (a < X < b) = b a f(x)dx = b a Bu özellikleri sağlayan fonksiyona [, ] aralığında tanımlı uniform ya da tekdüze dağılım denir (kısaca, X U(, )). Uniform dağılımın olasılık yoğunluk fonksiyonu şöyle yazılabilir:, < x < ise;, değilse. Bunun oyf olma koşullarını sağladığı açıktır. Genel olarak [a, b] aralığında tanımlı uniform dağılıma uyan X rassal değişkeninin, X U(a, b), olasılık yoğunluk fonksiyonu şöyle olur:, a < x < b ise; b a, değilse. Olasılık yoğunluk fonksiyonlarının şeklinden dolayı uniform dağılıma dikdörtgensel dağılım da denir (Feller, 966, An Introduction to Probability Theory and its Applications, II. cilt, s. 2) 5

f(x) F(x) b a a b x a b x Şekil 2: Bir uniform rassal değişkenin yoğunluk ve birikimli olasılık fonksiyonları Birikimli Olasılık Fonksiyonu X sürekli rassal değişkeninin birikimli olasılık fonksiyonu (ya da dağılım fonksiyonu), F (x), X in, alabileceği herhangi bir değer olan x i aşmama olasılığını x in bir fonksiyonu olarak verir: F (x) = P (X x) = x f(t)dt Kesikli rassal değişkenler için x j x için tüm olasılıkları toplayarak birikimli olasılıkları buluyorduk. Sürekli rassal değişkenler için de benzer şekilde yukarıdaki integrali değerleyerek birikimli olasılıkları elde edebiliriz. Yoğunluk fonksiyonundan farklı olarak F (x) bize bir olasılık verdiği için her zaman ile arasında bir değer alır. Birikimli olasılık fonksiyonu (bof) ile olasılık yoğunluk fonksiyonu (oyf) arasındaki ilişki şöyledir: df (x) dx Yani, oyf, bof nun birinci türevidir. Birikimli olasılık fonksiyonunun özellikleri şunlardır:. F () =, F (+ ) = 6

2. P (a < X < b) = F (b) F (a) = b a f(x)dx f(x) F(+ ) F(b) = F(b) F(a) F() = F(a) b a f(x)dx = F(b) F(a) a b x Şekil : Olasılık yoğunluk fonksiyonu ve birikimli olasılıklar Birinci özelliğe göre F (x), x in azalmayan bir fonksiyonudur. x x 2 olmak üzere F (x ) F (x 2 ). İkinci özelliği daha yakından incelemek için X değer aralığını aşağıdaki gibi parçalara ayırıp olasılık kurallarını kullanarak P ( < X < + ) = P ( < X < a) + P (a < X < b) + P (b < X < + ) yazalım. Olasılık yoğunluk fonksiyonu kullanılarak bu olasılıklar f(x)dx = a f(x)dx + b f(x)dx + a b şeklinde yazılabilir. Birikimli olasılık fonksiyonu kullanılarak + f(x)dx F (+ ) F () = [F (a) F ()] + P (a < X < b) + [F (+ ) F (b)] yazılabileceği açıktır. Bof özelliklerini kullanarak = F (a) + P (a < X < b) + F (b) 7

yazabiliriz Buradan da P (a < X < b) = F (b) F (a) olur (Bkz. Şekil ). Örnek. Uniform (Tekdüze) Dağılım için bof: Örnek 2. de [, ] aralığında uniform dağılıma uyan X rassal değişkeninin olasılık yoğunluk fonksiyonunu bulmuştuk. Şimdi yine X U(, ) için birikimli olasılık fonksiyonunu bulalım. Aslında Örnek 2. de uniform dağılım için bof bulunmuştu, yani P ( X x) = x olduğunu göstermiştik. Öyleyse X için bof şöyle yazılabilir:, x < için; F (x) = x, x için;, x > için. Şimdi herhangi bir [a, b] aralığında tanımlı bir uniform dağılım için bof nu bulalım. Bof nun tanımından hareketle F (x) = P (X x) x = a b a dt x t = b a a = x a b a, a x b aralığı için yazılabilir. Öyleyse X U(a, b) nin bof nu şöyle olur:, x < a için; F (x) = x a, a x b için; b a, x > b için. Örnek.2 Aşağıda verilen fonksiyonu düşünelim. e x, < x < ise;, değilse. (a) Bunun bir oyf olduğunu gösterin. (b) Bu fonksiyunun grafiğini çizin ve X > olasılığı ile ilgili alanı işaretleyin. 8

(c) P (X > ) olasılığını hesaplayın. (d) Birikimli olasılık fonksiyonunu bulun. CEVAP: (a) Sorunun ilk bölümünde bu fonksiyonun bir oyf olup olmadığını göstermemiz istenmektedir. Olasılık yoğunluk fonksiyonları özelliklerini sağlayıp sağlamadığına bakalım: (a) (i) İlk olarak, f(x) koşulunun < x < aralığındaki her x değeri için sağlandığı açıktır. (b) (ii) Ayrıca, x in değerler aralığında oyf nin integralinin olması gerekir. e x dx = e x = e ( e ) = + = e = lim x e x = olarak düşünülmelidir. Bu koşul da sağlandığına göre fonksiyon bir oyf dir. (b) Şekil 4 bu oyf nin grafiğini göstermektedir. P (X > ) olasılığı grafikte gösterilmiştir. (c) P (X > ) = e x dx = e x = e.6787 (d) F (x) = x e t dt = e t x = e x + e = e x 9

Buradan birikimli olasılık fonksiyonu, x < ; F (x) = e x, < x <. olarak bulunur. Bu bof nun grafiği Şekil 4 de çizilmiştir. ( x ) oyf: f( x) =e x F ( x ) bof: f( x) = e x.9.9.8.8.7.7.6.5 P( X > ) = e x dx.6.5.4.4...2.2.. 2 4 5 x 2 4 5 x Şekil 4: e x in oyf ve bof si 4 Beklenen Değer ve Varyans Olasılık yoğunluk fonksiyonu f(x) olan, < x < aralığında tanımlı bir X sürekli rassal değişkeninin beklenen değeri E(X) µ X = xf(x)dx

dir. Bu tanımda E(X) ile µ X arasındaki denklik özelliğine dikkat edilmelidir. E(X), X in anakütlesindeki merkezi ifade etmektedir. Bunun örneklem ortalaması ile karıştırılmaması gerekir. Anakütlenin yoğunluk fonksiyonu bilinen bir rassal değişkenin beklenen değeri, eğer varsa, bulunabilir. değeri Bu tanım X in herhangi bir fonksiyonu için, g(x), genelleştirilebilir. g(x) in beklenen olarak yazılır. E (g(x)) = g(x)f(x)dx Örnek 4. Şimdi daha önceden oyf ve bof nu bulduğumuz X U(, ) değişkeninin beklenen değerini bulalım. Olasılık yoğunluk fonksiyonunun, < x < ise;, değilse. olduğunu biliyoruz. Beklenen değerin tanımını kullanarak E(X) = xdx = 2 bulunur. Benzer şekilde X U(a, b) nin beklenen değeri olur. b x E(X) = a b a dx [ ] b 2 a 2 = b a 2 (b a)(b + a) = 2(b a) = a + b 2 Şimdi X U(a, b) rassal değişkeni için tanımlanan g(x) = x 2 fonksiyonunun beklenen değerini bulalım. b E[g(x)] = x 2 a b a = b a (b a) = (b a)(b2 + ab + a 2 ) (b a) = a2 + ab + b 2 = E[X 2 ].

X sürekli rassal değişkeninin varyansı X in beklenen değerinden (ya da anakütle ortalamasından) farkının karesinin beklenen değerine eşittir. Yani g(x) = (x E(X)) 2 = (x µ X ) 2 olarak tanımladığımızı düşünürsek X in varyansı olarak yazılır. V ar(x) = σ 2 X = (x E(X)) 2 f(x)dx İntegral özellikleri kullanılarak V ar(x) aşağıdaki gibi yazılabilir: V ar(x) = E [ (X E(X)) 2] = = = (x E(X)) 2 f(x)dx x 2 f(x)dx + (E(X)) 2 f(x)dx 2E(X) ( x 2 f(x)dx = E(X 2 ) (E(X)) 2 xf(x)dx ) 2 Burada f(x)dx = ve xf(x)dx = E(X) özelliklerini kullandık. xf(x)dx Örnek 4.2 X U(a, b) için beklenen değeri bulmuştuk. Şimdi yukarıdaki ilişkiyi kullanarak varyansını bulalım. V ar(x) = E[(X E(X)) 2 ] = E(X 2 ) [E(X)] 2 = (a2 + ab + b 2 ) (b a)2 = 2 (a + b)2 4 5 Ortak Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu X ve Y sürekli iki rassal değişken olsun. Bunların ortak olasılık yoğunluk fonksiyonu (ooyf), f(x, y), aşağıdaki özellikleri sağlayan bir fonksiyondur:. f(x, y), < x <, < y < için, 2. f(x, y)dxdy =. X ve Y sürekli rassal değişkenlerinin (a < X < b, c < Y < d) ile tanımlanan bölgenin içinde olma olasılıkları P (a < X < b, c < Y < d) = ile bulunur. 2 d b c a f(x, y)dxdy

Birinci özelliğe göre yoğunluk fonksiyonunun değerleri negatif olamaz. İkinci özellik rassal değişken çiftinin tanım aralığında integralin bire eşit olduğunu belirtmektedir. Ortak olasılık yoğunluk fonksiyonu ile tanımlanan yüzeyin altında kalan hacmin bire eşit olması gerekir. Üçüncü özellik bu yüzey altında tanımlanan herhangi bir bölgenin olasılığının, bu düzlem parçasıyla fonksiyonun yüzeyi arasında kalan hacmine eşit olduğunu belirtmektedir. f(x,y).2.8.6.4.2..8.6.4.2 2.5 2.5 y.5.5 x.5 2 2.5 Şekil 5: f(x, y) = xye (x2 +y 2), x >, y >, için ortak olasılık yoğunluk fonksiyonu Örnek 5. Aşağıda verilen iki değişkenli fonksiyonun bir ortak olasılık yoğunluk fonksiyonu olmasını sağlayacak k sabit sayısını bulun. Elde ettiğiniz ooyf nu kullanarak P ( < X < 2, < Y < 2) olasılığını bulun. k(x + y), < x <, < y < 2 ise; f(x, y) =, değilse. Öncelikle f(x, y) > koşulunun sağlanabilmesi için k > olmalı. İkinci koşuldan

hareketle 2 k(x + y)dxdy = 2 ( ) = k 2 + y dy = k = k = ( ) 2 y + y2 2 2 k = bulunur. Öyleyse ooyf f(x, y) = (x + y), < x <, < y < 2 ise;, değilse. olarak yazılabilir. İstenen olasılık ooyf nun altındaki hacim olarak bulunur: P ( < X < 2 ) 2, < Y < 2 2 = (x + y) dxdy = 2 ( 8 + ) 2 y dy = ( ) 8 y + y2 2 4 = 7 24 6 Marjinal Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu İki değişkenli bir ortak olasılık yoğunluk fonksiyonundan hareketle marjinal (tekil ya da yanal) olasılık yoğunluk fonksiyonları aşağıdaki gibi bulunur: f(y) = f(x, y)dy f(x, y)dx Örnek 6. Örnek 5. deki ooyf nu kullanarak X ve Y rassal değişkenlerinin marjinal olasılık yoğunluk fonksiyonlarını bulalım. 2 (x + y)dy = ) (xy + y2 2 2 = 2 (x + ) 4

Böylelikle X için moyf nu şöyle yazılır: 2(x + ), < x < ise;, degilse. Benzer şekilde Y nin moyf nu g(y) = (y + ), < y < 2 ise; 2, degilse. olur. Alıştırma olarak bu fonksiyonların moyf özelliklerini taşıdıklarını gösteriniz. 7 Bağımsızlık Eğer ortak olasılık yoğunluk fonksiyonları f(x, y) = f(x) g(y) olarak yazılabiliyorsa X ve Y rassal değişkenleri istatistik bakımından bağımsızdır denir. Genel olarak X, X 2,..., X n rassal değişkenlerinin ortak olasılık yoğunluk fonksiyonu marjinal yoğunluk fonksiyonlarının çarpımı olarak yazılabiliyorsa f(x, x 2,..., x n ) = f (x ) f 2 (x 2 ),..., f n (x n ) n = f j (x j ) j= bu rassal değişkenler birbirinden bağımsızdır denir. Bu özellik kullanılarak Maksimum Olabilirlik (Maximum Likelihood) tahmin edicileri türetilebilmektedir. Bu konuya İstatistik II dersinde Tahmin Yöntemleri başlığı altında değineceğiz. Örnek 7. Örnek 6. deki ortak oyf ve marjinal oyf nı kullanarak X ve Y nin bağımsız olup olmadığını bulalım. f(x)g(x) = 2 (x + ) (y + 2 ) f(x, y) olduğundan X ve Y rassal değişkenleri bağımsız değildir. 5

Örnek 7.2 Aşağıda verilen ooyf nu kullanarak moyf nı bularak bağımsız olup olmadıklarına karar verelim. f(x, y) = Marjinal olasılık yoğunluk fonksiyonları Buradan, < x < 4, < y < 4 ise; 9, degilse. g(y) = 4 4 9 dy = 9 dx = f(x, y) = 9 = f(x)g(y) = ( ) ( ) koşulu sağlandığı için X ve Y rassal değişkenleri bağımsızdır. 8 Koşullu Olasılık Yoğunluk Fonksiyonu A ve B herhangi iki olay olsun. Hatırlarsak A verilmişken B nin koşullu olasılığı aşağıdaki gibi bulunabiliyordu: P (B A) = P (A B) P (A) Benzer şekilde Y = y verilmişken X in koşullu olasılık yoğunluk fonksiyonu f(x y) = f(x, y) g(y) ile bulunur. 9 Birikimli Ortak Olasılık Fonksiyonu F (x, x 2,..., x k ) = F (x, y) = y xk xk x f(t, s)dtds x... f(t, t 2,..., t k )dt dt 2,..., dt k 6

Alıştırmalar Aşağıdaki fonksiyon veriliyor. k(x + ), < x < 2 (a) Bunun bir oyf olmasını sağlayan k sabitini bulun. (b) Bulduğunuz oyf nu kullanarak X in beklenen değerini ve varyansını bulun. (c) bof, F (x) i bulun. (d) bof nu kullanarak P ( < X < ) olasılığını bulun. 2 2 2 x olmak üzere x veriliyor. (a) Bunun bir oyf olduğunu gösterin. (b) F (x) i bulun. (c) P ( X > ) olasılığını bulun. 2 (d) E(X) i bulun. İktisat bölümü öğrencilerinin evlerinden okula gelme süreleri dakika ile 45 dakika arasında uniform dağılıma uymaktadır. Buna göre, rassal seçilmiş bir öğrencinin yolda geçirdiği sürenin (a) 2 dk dan az (b) 2 dk ile dk arasında (c) dk dan fazla olma olasılıklarını bulun. 4 X in oyf nun aşağıdaki gibi olduğunu düşünelim: x, < x < 2 ise; 2, değilse. (a) P (X < t) = 2 (b) P (X < t) = 4 olmasını sağlayan t sayısını bulun. olmasını sağlayan t sayısını bulun. 5 X rassal değişkeni [ 2, 2] aralığında uniform dağılmaktadır. (a) P ( < X < ) olasılığını bulun. 7

(b) P (X < t) =.5 olabilmesi için t ne olmalıdır? 6 X rassal değişkeninin oyf nu aşağıdaki gibidir: ( 2 x2 ), < x < ise;, değilse. (a) Bunun bir oyf olduğunu gösterin. (b) Şu olasılıkları bulun: P (X > 2 ), P ( 4 < X < 4 ), P (X < 4 ) 8