Matematika · Glosarium

Apa itu Peubah acak diskret; hukumnya?

Dikenal juga sebagai: peubah acak · hukum peubah acak · distribusi

Definisi 22.1 Matematika Universitas — Tahun 2 · Bab 22 — Peubah Acak Diskret

Misalkan (Ω,P)(\Omega, \P) ruang peluang yang terbilang. Sebuah peubah acak adalah pemetaan X ⁣:ΩEX \colon \Omega \to E (dengan EE sembarang himpunan; dan disebut real bila E=RE = \R). Adapun hukum (atau distribusi) peubahnya adalah ukuran peluang PX\P_X pada himpunan terbilang X(Ω)X(\Omega) yang didefinisikan lewat

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

Contoh

Contoh 22.2 (Hukum klasiknya)

  • Bernoulli B(p)\mathcal{B}(p): dengan X{0,1}X \in \{0, 1\} dan P(X=1)=p\P(X = 1) = p. Yakni indikator sebuah kejadian.
  • Binomial B(n,p)\mathcal{B}(n, p): dengan P(X=k)=(nk)pk(1p)nk\P(X = k) = \binom nk p^k(1-p)^{n-k} untuk 0kn0 \leq k \leq n: yakni banyaknya keberhasilan pada nn percobaan Bernoulli yang saling bebas (jilid Kelas 10–12; yang dibuktikan ulang di bawah lewat jumlah peubah yang saling bebas).
  • Geometri G(p)\mathcal{G}(p): dengan P(X=k)=(1p)k1p\P(X = k) = (1-p)^{k-1}p untuk kNk \in \N^*: yakni pangkat keberhasilan pertamanya (Contoh 21.5).
  • Poisson P(λ)\mathcal{P}(\lambda): dengan P(X=k)=eλλkk!\P(X = k) = e^{-\lambda}\frac{\lambda^k}{k!} untuk kNk \in \N — yakni sebuah ukuran peluang berkat deret eksponensialnya. Inilah hukum kejadian langka (Bab 23).

Contoh 22.10 (Pemindahan beraksi)

Untuk XP(λ)X \sim \mathcal P(\lambda), hitunglah E(11+X)\E\bigl(\frac1{1+X}\bigr) — sebab hukum 11+X\frac1{1+X} sendiri janggal, tetapi pemindahannya tak pernah memintanya:

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} .

Ada dua pelajaran. Secara hitungan: mengenali deret eksponensial yang tergeser adalah seluruh kerjanya — sebab pemindahan menyusutkan nilai harapan f(X)f(X) menjadi manipulasi deret. Secara struktural: nilai colok naifnya adalah 11+EX=11+λ\frac1{1 + \E X} = \frac1{1 + \lambda}, sedangkan jawaban benarnya lebih besar,

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

persis seperti dituntut ketaksamaan Jensen bagi fungsi cembung t11+tt \mapsto \frac1{1+t}. Jadi nilai harapan peta cembung duduk di atas nilai colok naifnya, dan pemindahan ditambah pemeriksaan deret membuat ketaksamaan abstraknya menjadi konkret.

Contoh 22.12 (Hasil kali, dengan dan tanpa kebebasan)

Lemparkan dua dadu setimbang. Bila YY adalah dadu kedua (yang bebas dari yang pertama), maka E(XY)=E(X)E(Y)=3.52=12.25\E(XY) = \E(X)\E(Y) = 3.5^2 = 12.25. Sedangkan bila Y=XY = X (yakni “hasil kali” sebuah dadu dengan dirinya sendiri),

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 :

jadi hukum marginal yang sama pada kedua skenarionya, hukum bersama yang berbeda, dan nilai harapan hasil kali yang berbeda. Adapun pelajarannya, yang layak dipahat: E(XY)\E(XY) adalah fungsional pasangannya, bukan kedua marginalnya — dan senjangnya E(X2)E(X)22.92\E(X^2) - \E(X)^2 \approx 2.92 persis, menurut König–Huygens, merupakan ragam 3512\frac{35}{12} dadunya.

Baca dalam konteks →