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गणित · शब्दावली

प्रायिकता जनक फलन क्या है?

परिभाषा 23.1 विश्वविद्यालय गणित — स्नातक वर्ष 2 · अध्याय 23 — प्रायिकता जनक फलन

मान लीजिए XX कोई N\N-मान वाला यादृच्छिक चर है, pn=P(X=n)p_n = \P(X = n)XX का प्रायिकता जनक फलन घात श्रेणी

GX(t)=E(tX)=n=0pntn.G_X(t) = \E\bigl(t^X\bigr) = \sum_{n=0}^{\infty} p_n\,t^n .

का योग है।

उदाहरण

उदाहरण 23.2 (पहले प्रतिवर्त)

किसी अचर चर X=cX = c का GX(t)=tcG_X(t) = t^c होता है; किसी खिसकाव के लिए GX+c(t)=tcGX(t)G_{X+c}(t) = t^c\,G_X(t); और विशेष बिंदुओं पर मूल्यांकन बिना किसी प्रसार के सूचना पढ़ लेता है: GX(0)=P(X=0)G_X(0) = \P(X = 0), GX(1)=1G_X(1) = 1, तथा GX(1)=P(X सम)P(X विषम)G_X(-1) = \P(X\text{ सम}) - \P(X\text{ विषम}), अर्थात् वही सम-विषमता संतुलन जिसका अभ्यास 23.10 में उपयोग हुआ। ये एक-पंक्ति वाले तथ्य नीचे सर्वत्र चुपचाप बरते जाते हैं — और मूल्यांकन GX(0)G_X(0) ठीक वही है जिससे अध्याय के अंत में पुनरावृत्त जनक फलनों से विलोपन प्रायिकताएँ निकाली जाएँगी।

उदाहरण 23.5 (जनक फलन का समाकलन)

11 पर GXG_X के अवकलज धनात्मक आघूर्ण देते हैं; समाकल कोई ऋणात्मक आघूर्ण देता है। 01tk ⁣dt=1k+1\int_0^1t^k\dd t = \frac1{k+1} तथा पद-दर-पद समाकलन ([0,1]\intcc01 पर प्रसामान्य अभिसरण) से:

01GX(t) ⁣dt=k0P(X=k)k+1=E(11+X).\int_0^1G_X(t)\,\dd t = \sum_{k\geq0}\frac{\P(X = k)}{k+1} = \E\Bigl(\frac1{1+X}\Bigr).

XP(λ)X \sim \mathcal P(\lambda) के लिए:

E(11+X)=01eλ(t1) ⁣dt=1eλλ,\E\Bigl(\frac1{1+X}\Bigr) = \int_0^1\eu^{\lambda(t-1)}\,\dd t = \frac{1 - \eu^{-\lambda}}{\lambda},

जिससे उदाहरण 22.10 का श्रेणी-परिकलन एक पंक्ति में पुनः मिल जाता है। जनक फलन दोतरफ़ा यंत्र है: आघूर्णों E(X)\E(X), E(X(X1))\E(X(X-1)) के लिए 11 पर अवकलन कीजिए, E(11+X)\E\bigl(\frac1{1+X}\bigr) के लिए [0,1]\intcc01 पर समाकलन — एक ही वैश्लेषिक वस्तु, जिससे उसी दिशा में पूछा जाता है जिसमें समस्या को चाहिए।

उदाहरण 23.6 (ठीक एक त्रिज्या वाला कोई नियम)

मान लीजिए k1k \geq 1 के लिए P(X=k)=6π2k2\P(X = k) = \dfrac{6}{\pi^2k^2} — जो बासेल सर्वसमिका (उदाहरण 14.12) से कोई प्रायिकता नियम है। उसके जनक फलन G(t)=6π2k1tkk2G(t) = \frac6{\pi^2}\sum_{k\geq1}\frac{t^k}{k^2} की अभिसरण त्रिज्या ठीक 11 है: अर्थात् प्रतिज्ञप्ति 23.3 का व्यापक परिबंध “त्रिज्या 1\geq 1” सुधारा नहीं जा सकता। और माध्य

k1kP(X=k)=6π2k11k=:\sum_{k\geq1}k\,\P(X = k) = \frac6{\pi^2}\sum_{k\geq1}\frac1k = \infty :

है। GG [1,1]\intcc{-1}1 पर संतत है, भीतर चिकना, पर उसका अवकलज 11^- पर फट पड़ता है — ग्राफ़ बिंदु (1,1)(1, 1) पर किसी ऊर्ध्वाधर स्पर्शी के साथ पहुँचता है। भारी पुच्छ जनक फलन पर, अकेले बिंदु t=1t = 1 पर, ज्यामितीय रूप से दिख जाती हैं; और नीचे दी आघूर्ण प्रमेय इस संगति को ठीक-ठीक बना देती है।

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