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गणित · शब्दावली

विविक्त यादृच्छिक चर; नियम क्या है?

अन्य नाम: यादृच्छिक चर · नियम यादृच्छिक चर का · बंटन

परिभाषा 22.1 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 22 — विविक्त यादृच्छिक चर

मान लीजिए (Ω,P)(\Omega, \P) कोई गणनीय प्रायिकता समष्टि है। यादृच्छिक चर कोई प्रतिचित्रण X ⁣:Ω→EX \colon \Omega \to E है (EE कोई भी समुच्चय; E=RE = \R होने पर वास्तविक यादृच्छिक चर)। उसका नियम (या बंटन) गणनीय समुच्चय X(Ω)X(\Omega) पर वह प्रायिकता माप PX\P_X है जो इस प्रकार परिभाषित है:

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

उदाहरण

उदाहरण 22.2 (शास्त्रीय नियम)

  • बर्नूली B(p)\mathcal{B}(p): X∈{0,1}X \in \{0, 1\}, P(X=1)=p\P(X = 1) = p। किसी घटना का सूचक।
  • द्विपद B(n,p)\mathcal{B}(n, p): P(X=k)=(nk)pk(1−p)n−k\P(X = k) = \binom nk p^k(1-p)^{n-k}, 0≤k≤n0 \leq k \leq n: nn स्वतंत्र बर्नूली प्रयासों में सफलताओं की संख्या (हाई स्कूल खंड; नीचे स्वतंत्र चरों के योग के द्वारा फिर से सिद्ध)।
  • ज्यामितीय G(p)\mathcal{G}(p): P(X=k)=(1−p)k−1p\P(X = k) = (1-p)^{k-1}p, k∈N∗k \in \N^*: पहली सफलता की कोटि (उदाहरण 21.5)।
  • प्वासों P(λ)\mathcal{P}(\lambda): P(X=k)=e−λλkk!\P(X = k) = e^{-\lambda}\frac{\lambda^k}{k!}, k∈Nk \in \N — जो चरघातांकी श्रेणी से कोई प्रायिकता माप है। विरल घटनाओं का नियम (अध्याय 23)।

उदाहरण 22.10 (अंतरण, काम करता हुआ)

X∼P(λ)X \sim \mathcal P(\lambda) के लिए E(11+X)\E\bigl(\frac1{1+X}\bigr) परिकलित कीजिए — 11+X\frac1{1+X} का नियम स्वयं भद्दा है, पर अंतरण उसे कभी माँगता ही नहीं:

E(11+X)=∑k≥01k+1 e−λλkk!=e−λλ∑k≥0λk+1(k+1)!=e−λλ(eλ−1)=1−e−λλ.\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} .

दो सीख। परिकलन की दृष्टि से: किसी खिसकी हुई चरघातांकी श्रेणी को पहचान लेना ही पूरा काम है — अंतरण f(X)f(X) की प्रत्याशाओं को श्रेणी के हेर-फेर तक सिमटा देता है। संरचना की दृष्टि से: भोला प्रतिस्थापन-मान 11+EX=11+λ\frac1{1 + \E X} = \frac1{1 + \lambda} होता, और सच्चा उत्तर उससे बड़ा है,

1−e−λλ≥11+λ,\frac{1 - \eu^{-\lambda}}{\lambda} \geq \frac{1}{1 + \lambda},

ठीक वैसा ही जैसा उत्तल फलन t↦11+tt \mapsto \frac1{1+t} के लिए जेनसन असमिका माँगती है। उत्तल प्रतिबिंबों की प्रत्याशाएँ भोले प्रतिस्थापन-मान से ऊपर बैठती हैं, और अंतरण के साथ कोई श्रेणी-जाँच उस अमूर्त असमिका को मूर्त बना देती है।

उदाहरण 22.12 (गुणनफल, स्वतंत्रता के साथ और बिना)

दो निष्पक्ष पासे फेंकिए। यदि YY दूसरा पासा हो (जो पहले से स्वतंत्र है), तो E(XY)=E(X)E(Y)=3.52=12.25\E(XY) = \E(X)\E(Y) = 3.5^2 = 12.25। और यदि इसके बदले Y=XY = X हो (पासे का स्वयं से “गुणनफल”), तो

E(X2)=1+4+9+16+25+366=916≈15.17≠12.25:\E(X^2) = \frac{1 + 4 + 9 + 16 + 25 + 36}{6} = \frac{91}{6} \approx 15.17 \neq 12.25 :

अर्थात् दोनों परिदृश्यों में सीमांत नियम वही, संयुक्त नियम भिन्न, और गुणनफल-प्रत्याशाएँ भिन्न। खुदवा लेने योग्य सार: E(XY)\E(XY) युग्म का फलनिक है, दोनों सीमांतों का नहीं — और अंतराल E(X2)−E(X)2≈2.92\E(X^2) - \E(X)^2 \approx 2.92 ठीक कोनिग–हाइगेंस से पासे का प्रसरण 3512\frac{35}{12} है।

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