الرياضيات · المسرد

ما معنى المتغير العشوائي المتقطع؛ القانون؟

يُعرف أيضًا باسم: متغير عشوائي · قانون متغير عشوائي · توزيع

تعريف 22.1 الرياضيات الجامعية — السنة 2 · الفصل 22 — المتغيرات العشوائية المتقطعة

ليكن (Ω,P)(\Omega, \P) فضاء احتماليا قابلا للعد. المتغير العشوائي هو تطبيق X ⁣:ΩEX \colon \Omega \to E (حيث EE مجموعة كيفما كانت؛ ونقول متغيرا عشوائيا حقيقيا عندما E=RE = \R). وقانونه (أو توزيعه) هو القياس الاحتمالي PX\P_X على المجموعة القابلة للعد X(Ω)X(\Omega) المعرَّف بالعلاقة

PX({x})=P(X=x)=P({ω:X(ω)=x}).\P_X(\{x\}) = \P(X = x) = \P\bigl(\{\omega : X(\omega) = x\}\bigr) .

أمثلة

مثال 22.2 (القوانين الكلاسيكية)

  • برنولي B(p)\mathcal{B}(p): X{0,1}X \in \{0, 1\}، P(X=1)=p\P(X = 1) = p. وهو الدالة المميزة لحدث.
  • ثنائي الحد B(n,p)\mathcal{B}(n, p): P(X=k)=(nk)pk(1p)nk\P(X = k) = \binom nk p^k(1-p)^{n-k}، 0kn0 \leq k \leq n: أي عدد النجاحات في nn تجربة برنولي مستقلة (مجلد الثانوية؛ ويُعاد البرهان عليه أدناه عبر مجاميع المتغيرات المستقلة).
  • الهندسي G(p)\mathcal{G}(p): P(X=k)=(1p)k1p\P(X = k) = (1-p)^{k-1}p، kNk \in \N^*: أي رتبة أول نجاح (المثال 21.5).
  • بواسون P(λ)\mathcal{P}(\lambda): P(X=k)=eλλkk!\P(X = k) = e^{-\lambda}\frac{\lambda^k}{k!}، kNk \in \N — وهو قياس احتمالي بحكم المتسلسلة الأسية. وهو قانون الأحداث النادرة (الفصل 23).

مثال 22.10 (النقل في العمل)

من أجل XP(λ)X \sim \mathcal P(\lambda)، احسب E(11+X)\E\bigl(\frac1{1+X}\bigr) — فقانون 11+X\frac1{1+X} نفسه محرج، لكن مبرهنة النقل لا تطلبه أبدا:

E(11+X)=k01k+1eλλkk!=eλλk0λk+1(k+1)!=eλλ(eλ1)=1eλλ.\E\Bigl(\frac1{1+X}\Bigr) = \sum_{k\geq0}\frac{1}{k+1}\,\eu^{-\lambda} \frac{\lambda^k}{k!} = \frac{\eu^{-\lambda}}{\lambda}\sum_{k\geq0} \frac{\lambda^{k+1}}{(k+1)!} = \frac{\eu^{-\lambda}}{\lambda}\bigl(\eu^\lambda - 1\bigr) = \frac{1 - \eu^{-\lambda}}{\lambda} .

ودرسان. حسابيا: التعرف على متسلسلة أسية مزاحة هو العمل كله — فمبرهنة النقل تختزل آمال f(X)f(X) إلى معالجة متسلسلات. وبنيويا: القيمة الساذجة بالتعويض ستكون 11+EX=11+λ\frac1{1 + \E X} = \frac1{1 + \lambda}، والجواب الحقيقي أكبر،

1eλλ11+λ,\frac{1 - \eu^{-\lambda}}{\lambda} \geq \frac{1}{1 + \lambda},

تماما كما تقتضي متراجحة جنسن من أجل الدالة المحدبة t11+tt \mapsto \frac1{1+t}. فآمال الصور المحدبة تقع فوق القيمة الساذجة بالتعويض، وتجعل مبرهنة النقل مع تحقق من متسلسلة المتراجحة المجردة ملموسة.

مثال 22.12 (الجداءات، مع الاستقلال وبدونه)

نرمي نردين متزنين. فإذا كان YY هو النرد الثاني (المستقل عن الأول)، فإن E(XY)=E(X)E(Y)=3.52=12.25\E(XY) = \E(X)\E(Y) = 3.5^2 = 12.25. أما إذا كان Y=XY = X (أي “جداء” نرد بنفسه)،

E(X2)=1+4+9+16+25+366=91615.1712.25:\E(X^2) = \frac{1 + 4 + 9 + 16 + 25 + 36}{6} = \frac{91}{6} \approx 15.17 \neq 12.25 :

فالقانونان الحديان أنفسهما في السيناريوهين، لكن القانونين المشتركين مختلفان، وآملا الجداء مختلفان. والعبرة، وهي جديرة بأن تُنقش: أن E(XY)\E(XY) دالة تخص الزوج، لا القانونين الحديين — والفرق E(X2)E(X)22.92\E(X^2) - \E(X)^2 \approx 2.92 هو بالضبط، بحسب كونيغ–هويغنز، تباين 3512\frac{35}{12} النرد.

اقرأ في الفصل ←