3. VARIÁVEIS ALEATÓRIAS

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2 Varávl alatóra Ω é o spaço amostral d um prmnto alatóro. Uma varávl alatóra,, é uma função qu atrbu um númro ral a cada rsultado m Ω. Emplo. Rtra-s, ao acaso, um tm produzdo d um lot d ss undads. Varávs: : Númro d dftos no tm slconado. Y: Tmpo d vda do tm (m h.

3 O spaço amostral assocado a st prmnto alatóro é Ω { a a,, }., a6 Os possívs valors da varávl são 0,,,..., os possívs valors da varávl Y são os númros ras não ngatvos. Classfcação: Varávs alatóras dscrtas. O conjunto d possívs valors é fnto ou nfnto numrávl. Varávs alatóras contínuas. O conjunto d possívs valors é nfnto não numrávl (um ntrvalo, por mplo. No mplo acma, é dscrta Y é contínua. 3

4 Varávs alatóras dscrtas (VAD é uma VAD com possívs valors no conjunto R. Uma função f( é uma função d probabldad s ( 0 f ( ( R ( f (, f. (, R Emplo. Um lot d um crto produto é formado por 35 tns, sndo tns do tpo H do tpo M. Uma amostra d 3 tns srá formada sortando-s, sm rposção, três tns do lot. Qual a probabldad d ncontrarmos na amostra plo mnos dos tns do tpo M? Dfnmos como o númro d tns do tpo M na amostra.

5 Espaço amostral Probabldad HHH 0 9 0, HHM 0 0, HMH 0 0, MHH 0 0, HMM 3 0, MHM 0 0, MMH 3 0, MMM 3 0, ,03 0,50 0,9 0,056 Assm, 3 0,9 0,056 0,37. 5

6 Emplo. A dmanda dára d um tm é uma varávl alatóra dscrta com a função d probabldad d C P ( D d ; d,, 3,. d! (a Dtrmnar a constant C. (b Calcular D. Solução. (a Para qu D d sja uma função d probabldad, dvmos tr ( C > 0 ( D D D 3 D. Ou sja, ( b d Logo, R D D D D d d C d ; 6d! D d! 3 3!,,3,. D! 6 C

7 Função d dstrbução acumulada d uma VAD Função d dstrbução acumulada (FDA é uma VAD com valors m R {,,...} função d probabldad f(. Para qualqur, a FDA d, dnotada por F(, é dfnda como F( f (, m qu R. Emplo. Uma varávl alatóra tm função d probabldad f ( /5, s, 7 /5, s,3, 0, c.c. Dtrmnar F(. 7

8 8 F F F F S F f F F. 3 ( 3, S (3 3, S. 5 8 ( 3, S (,. 5 (, S. 5 ( (, S 0. (, S 3

9 9. R d lmntos são sndo qu ( ( ntão, [ s Em gral, (. ( [,3,ntão s (; ( [,,ntão S l l l l l F F F F F F Obsrvação. Logo, a FDA é dada por 3. s, 3, s 8 /5,, s /5,, s 0, ( F

10 Proprdads da função d dstrbução acumulada é uma VAD. Para todo, 0 F(.. F( é uma função monótona não dcrscnt. 3. lm F( 0 lm F(. S R {,,...}, m qu..., ntão f( F( - F( S a b são tas qu ab, ntão ( ( ( ( v ( v a a a a a F( a, b b b F( b F( b F( b a, F( a, F( a F( a a b. 0

11 Emplo. A varávl alatóra tm função d dstrbução acumulada F( 0, / 8, /, 5/8,, s s s s s ,,, 3, Dtrmnar ( a (a (c Da Usando a proprdad 5( da FDA : F(3 ( b Proprdad 5( da FDA tm -s qu pod - s mostrar qu a f ( 3, 3 ( b / 8, 3/8, 0, F( s s FDA : R c.c. / função d probabldad d é ( c 0,, {0,,,3}.Pla f (., 3, /. - - F( proprdad da -/ FDA, /.

12 Varávs alatóras contínuas (VAC Função dnsdad d probabldad Uma função f( é chamada função dnsdad d probabldad d uma VAC s. f (. f ( d. 3. S A 0, { ; a para todo b},. ntão A a b b a f ( d. Emplo. O tmpo d ralzação d uma tapa d um projto (m horas é uma varávl alatóra com função dnsdad 5, s, f ( 0, caso contráro. Vrfqu s f( é uma função dnsdad d probabldad. Calcul a probabldad qu o tmpo d ralzação sja mnor do qu 3 horas.

13 Prmro notamos qu f( 0, para todo. Falta vrfcar a condção (, ou sja a ára sob o gráfco d f( dv sr gual a. f ( d 5 0d d 0 d 5 d (5. A probabldad d qu o tmpo d ralzação sja mnor do qu 3 mnutos é a probabldad do vnto A {; 3}, ou sja, A f ( d 0d (5 d (

14 Obsrvação. S é uma VAC, ntão ( ( a ( a 0, b para a a todo a,, para b b, a para todo a. todos b a b com Função d dstrbução acumulada. é uma VAC com função dnsdad f(. A função d dstrbução acumulada (FDA d é F( f ( t dt, para todo Obs. S é um tmpo d vda, gralmnt utlzamos a função d confabldad (rlablty functon ou função d sobrvvênca (survval functon: R( P ( > F(. Emplo. Uma varávl alatóra tm função dnsdad f ( 5, 0, s caso, contráro.. Dtrmnar F(. a b,

15 Logo, a FDA d é 0, 9 (5 F( 8, s s s,,. F(

16 Obsrvação. A FDA d prmt o cálculo d probabldads d vntos na forma d ntrvalos E {; a b}, com a b. Isto é, E F(b F(a. Emplo. Consdr a FDA abao. Obtnha F( 9 0, (5 8, s,s s,,. Solução. 9 ( F( F(5 F(

17 Proprdads. 0 F(, para todo.. F( é uma função monótona não dcrscnt. 3. F( é uma função contínua para todo.. lm F( lm f ( t dt 0 lm F( lm 5. Do torma fundamntal do cálculo obtmos d f( F(. d f ( t dt. Emplo. Suponha qu o tmpo d vda d um procssador é uma varávl alatóra com F( k 0,, s 0, s 0. Dtrmnar (a o valor d k, (b, - (c f(. 7

18 Solução. (a Proprdad 3 d F(: F(0 0. k. F( 0, 0, s 0 k Logo, c.c. 0, ( b F( F( ( c Proprdad f ( d d F( 5 F( 0. d ( f( (, s 0, F( : ( 0, c.c. 0, 0,33. F( R( F( R(

19 Valor sprado varânca Valor sprado d uma varávl alatóra. é uma varávl alatóra com função d probabldad ou função dnsdad d probabldad f(. O valor sprado (ou sprança matmátca ou méda da varávl alatóra, dnotado por E( µ é dfndo como. é uma E(. é uma E( R varávl alatóra dscrta : ( varávl alatóra contínua : f f ( d, supondo qu o somatóro a ntgral stm. 9

20 Valor sprado d uma função d varávl alatóra Y h(, sndo h uma função d. O valor sprado d h( é dado por. é uma E( Y. é uma varávl alatóra contínua : E( Y R varávl alatóra dscrta : h( f ( h( f ( d. 0

21 Varânca d uma varávl alatóra. é uma varávl alatóra com função d probabldad ou função dnsdad d probabldad f( com méda E( µ. A varânca d, dnotada por Var( σ é dfnda como o valor sprado d ( - µ.. é uma Var(. é uma Var( varávl alatóra dscrta : varávl alatóra contínua : R ( ( µ µ f f ( ( d. Dsvo padrão. É a raz quadrada da varânca: D σ Var(.

22 Emplo. Suponha qu a dmanda dára d uma pça é uma varávl alatóra dscrta com função d probabldad f (, 6! 0,,, 3, c.c., Dtrmnar (a a dmanda sprada (b o dsvo padrão da dmanda. Solução. Gráfco d f(

23 Solução. (a Pla dfnção d valor sprado, tmos E( R f ( 6 6! ! 6! 9 9,. ( b ( Var( R ( ( µ 9 9 f ( 6! ( ! ( 9 9 6! 80 8, D σ ,99. Gráfco d f( com µ σ, µ µ σ

24 Moda, mdana méda (VAC f( Moda Mdana Méda f( Méda Mdana Moda Assmtra à drta: Moda Mdana Méda Assmtra à squrda: Moda > Mdana > Méda Smtra: Mdana Méda (s str.

25 Varávs alatóras ndpndnts Y são duas varávs alatóras. Dzmos qu Y são ndpndnts s, somnt s, ( F ( F Y ( Y ( y, y para todos sndo qu F F Y são as FDA s d Y. Y y, y Em partcular, s Y são duas varávs alatóras dscrtas, Y são ndpndnts s, somnt s, ( ( Y y Y y, para todos y. 5

26 Proprdads do valor sprado da varânca Y são duas varávs alatóras a b dos númros ras.. E( a. E( a 3. E( a. E 7. Var( a 8.S Y são varávs alatóras ndpndnts, ntão Var( a ± by 9.S Var( ( a ± by 5. Var( E( 6. Var( a 0. ae(. ±,, a. b a n Var(. a Var( são n varávs ndpndnts, ntão ae( ± b. ae( ± n µ b Var( be( Y.. Var( Y. Var( Var( n. 6

27 Emplo. O módulo d rsstênca (m N/mm d pças d madra é uma varávl alatóra com função dnsdad, s 0 0, f (, s 0 70, 050 0, c.c. (a Obtnha F(. (b Rprsnt grafcamnt f( F(. (c Calcul a probabldad d qu a rsstênca sja maor do qu 30 mnor do qu 60 N/mm. (d Calcul a méda o dsvo padrão do módulo d rsstênca. 7

28 Solução. Dnotamos módulo d rsstênca por. (a S 0, F( 0 s 70, F(. Para (0,0], F( y dy Para y [0,70], F( dy y 050 dy. 8

29 (b Gráfco d f( Gráfco d F( Dnsdad Probabldad acumulada Rsstênca (N mm (c Dvmos calcular Utlzando a função dstrbução acumulada obtmos F(60 F(30 0,95 0,3 0,63. Rsstênca (N mm 9

30 (b Solução gráfca Dnsdad Probabldad acumulada Rsstênca (N mm Rsstênca (N mm 30

31 (d Incamos calculando ( E f ( d d d ,7 N/mm No cálculo d var( utlzamos a rlação var( E( [E(], sndo qu ( ( 00 E f d d d 050 d modo qu var( σ var( / N,3 N/mm. 850 / 9 /mm., N /mm 3

32 Função dstrbução mpírca,,..., n : valors obsrvados d uma varávl alatóra. N(: númro d obsrvaçõs mnors do qu ou guas a. A função dstrbução mpírca é dada por F ( N( / n, para todo. Obs. ( F ( 0 para todo mn. ( F ( para todo MA. (3 O gráfco d F ( tm a forma d scada com saltos m cada um dos dfrnts valors d. ( A altura do salto no valor é gual à frqunca rlatva d. F ( (5 S todos os n valors form dfrnts, tmos n saltos com altura / n. (6 S são dos valors conscutvos na amostra ordnada (, F ( F ( para todo [,. 3

33 Emplos F ( F ( F ( Problmas. ( Encontrar F( tórca qu mlhor s ajusta à F (. ( Calcular, por mplo, 7, qu é dada por F(7. (3 Calcular o valor d qu corrspond a uma probabldad acumulada gual a p, ou sja, rsolvr a quação F( p, com solução F - (p p-ésmo quantl d. 33

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