Teoria Elementar da Probabilidade

Documentos relacionados
R X. X(s) Y Y(s) Variáveis aleatórias discretas bidimensionais

Elementos de Estatística e Probabilidades II

Teoria Elementar da Probabilidade. a) Cada experiência poderá ser repetida indefinidamente sob condições essencialmente inalteradas.

X = 1, se ocorre : VB ou BV (vermelha e branca ou branca e vermelha)

Eventos coletivamente exaustivos: A união dos eventos é o espaço amostral.

Notas de Aula de Probabilidade A

Departamento de Informática. Modelagem Analítica do Desempenho de Sistemas de Computação. Modelagem Analítica. Disciplina: Variável Aleatória

AEP FISCAL ESTATÍSTICA

INTRODUÇÃO À PROBABILIDADE. A probabilidade é uma medida da incerteza dos fenômenos. Traduz-se por um número real compreendido de 0 ( zero) e 1 ( um).

2. VARIÁVEIS ALEATÓRIAS

PROBABILIDADE - CONCEITOS BÁSICOS

Variáveis Aleatórias

Notas Processos estocásticos. Nestor Caticha 23 de abril de 2012

Introdução. Uma lâmpada nova é ligada e observa-se o tempo gasto até queimar. Resultados possíveis

Faculdade de Engenharia Optimização. Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu

1. ANÁLISE EXPLORATÓRIA E ESTATÍSTICA DESCRITIVA

AULA Espaços Vectoriais Estruturas Algébricas.

Q 1-1,5(Q3-Q1) < X i < Q 3 + 1,5(Q 3 -Q 1 ) Q 3 +1,5(Q 3 -Q 1 ) < X i < Q 3 +3(Q 3 -Q 1 ) Q 1 3(Q 3 -Q 1 ) < X i < Q 1 1,5(Q 3 -Q 1 )

Interpolação Segmentada

4 Critérios para Avaliação dos Cenários

7 - Distribuição de Freqüências

TABELAS E GRÁFICOS PARA VARIÁVEIS ALEATÓRIAS QUANTITATIVAS CONTÍNUAS

Estatística I Licenciatura MAEG 2006/07

DEFINIÇÃO - MODELO LINEAR GENERALIZADO

CAPÍTULO 2 DESCRIÇÃO DE DADOS ESTATÍSTICA DESCRITIVA

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 10.º Ano Versão 3

Mecânica Estatística. - Leis da Física Macroscópica - Propriedades dos sistemas macroscópicos

5 Implementação Procedimento de segmentação

Covariância na Propagação de Erros

Curso de extensão, MMQ IFUSP, fevereiro/2014. Alguns exercício básicos

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 10.º Ano Versão 1

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 10.º Ano Versão 2

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 10.º Ano Versão 4

Prof. Lorí Viali, Dr.

3 A técnica de computação intensiva Bootstrap

O problema da superdispersão na análise de dados de contagens

Se considerarmos, por exemplo, uma função f real de variável real,

CAPÍTULO 2 - Estatística Descritiva

É o grau de associação entre duas ou mais variáveis. Pode ser: correlacional ou experimental.

UNIDADE IV DELINEAMENTO INTEIRAMENTE CASUALIZADO (DIC)

2) Como há 6 tipos de peso, e estamos avaliando 2 peças, o espaço amostral será uma matriz 6 x 6:

Capítulo 2. APROXIMAÇÕES NUMÉRICAS 1D EM MALHAS UNIFORMES

Gráficos de Controle para Processos Autocorrelacionados

Redução dos Dados. Júlio Osório. Medidas Características da Distribuição. Tendência Central (Localização) Variação (Dispersão) Forma

O problema da superdispersão na análise de dados de contagens

2ª ACTIVIDADE ESCRITA DE MATEMÁTICA A 12.º C 2009 NOVEMBRO 20 Duração da prova: 45 minutos VERSÃO 1. Grupo I

58 Textos de Apoio de Análise Matemática IV 2003/2004. Tem-se assim uma decomposição da região rectangular R em mk rectângulos

UMA VALIDAÇÃO MATEMÁTICA PARA UM ALGORITMO QUE SIMULA MISTURAS DE DISTRIBUIÇÕES

Probabilidade: Diagramas de Árvore

PROVA DE ESTATÍSTICA & PROBABILIDADES SELEÇÃO MESTRADO/UFMG 2010/2011

3 Metodologia de Avaliação da Relação entre o Custo Operacional e o Preço do Óleo

The Correlated Equilibrium q Nathan Canen

Programa do Curso. Sistemas Inteligentes Aplicados. Análise e Seleção de Variáveis. Análise e Seleção de Variáveis. Carlos Hall

Classificação de Padrões

2 Incerteza de medição

Associação entre duas variáveis quantitativas

Cristina Caldeira 97. Tem-se assim uma decomposição da região Q em mkq paralelipípedos rectangulares

Cálculo Numérico BCC760 Interpolação Polinomial

Introdução a Combinatória- Aplicações, parte II

Prof. Lorí Viali, Dr.

Ao se calcular a média, moda e mediana, temos: Quanto mais os dados variam, menos representativa é a média.

8 - Medidas Descritivas

Estatística II Antonio Roque Aula 18. Regressão Linear

Os modelos de regressão paramétricos vistos anteriormente exigem que se suponha uma distribuição estatística para o tempo de sobrevivência.

18 e 20/Abr/2016 Aulas 12 e 13. Introdução à Física Estatística Postulados Equilíbrio térmico Função de Partição; propriedades termodinâmicas

UM PROBLEMA ECONOMÉTRICO NO USO DE VARIÁVEIS CLIMÁTICAS EM FUNÇÕES DE PRODUÇÃO AJUSTADAS A DADOS EXPERIMENTAIS

Variáveis indexadas, somatórios e produtórios

Termo-Estatística Licenciatura: 4ª Aula (08/03/2013)

Laboratório de Mecânica Aplicada I Estática: Roldanas e Equilíbrio de Momentos

Ao se calcular a média, moda e mediana, temos: Quanto mais os dados variam, menos representativa é a média.

Escola Secundária com 3º ciclo D. Dinis 10º Ano de Matemática A Estatística

FAAP APRESENTAÇÃO (1)

3.6. Análise descritiva com dados agrupados Dados agrupados com variáveis discretas

Capítulo 2 Estatística Descritiva Continuação. Prof. Fabrício Maciel Gomes

Faculdade de Engenharia Optimização. Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu

MODELOS DE REGRESSÃO PARAMÉTRICOS

PRESSUPOSTOS DO MODELO DE REGRESSÃO

Figura 8.1: Distribuição uniforme de pontos em uma malha uni-dimensional. A notação empregada neste capítulo para avaliação da derivada de uma

DECISÃO SOB INCERTEZA

Introdução a Processos Estocásticos:Exercícios

Resolução das Questões Objetivas

Capítulo 1. Exercício 5. Capítulo 2 Exercício

Estatística e Probabilidade

ANÁLISE EXPLORATÓRIA E ESTATÍSTICA DESCRITIVA

REGRESSÃO NÃO LINEAR 27/06/2017

UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Economia Análise de Dados e Probabilidade 2º Semestre 2008/2009 Exame Final 1ª Época. Grupo I (4 Valores)

Exercícios de CPM e PERT Enunciados

Nome: Nº: Estatística para Economia e Gestão Licenciaturas em Economia e Gestão. 2.º Semestre de 2008/2009

Medidas de Dispersão e Assimetria Desvio Médio Variância Desvio Padrão Medidas de Assimetria Coeficiente de Assimetria Exemplos.

Algarismos Significativos Propagação de Erros ou Desvios

3 Algoritmos propostos

Modelação com Variáveis Discretas

CORRELAÇÃO E REGRESSÃO

Análise de Regressão Linear Múltipla IV

Métodos Probabilísticos e Algébricos em Combinatória

É o grau de associação entre duas ou mais variáveis. Pode ser: correlacional. ou experimental.

5 Métodos de cálculo do limite de retenção em função da ruína e do capital inicial

D- MÉTODO DAS APROXIMAÇÕES SUCESSIVAS

Implementação Bayesiana

Transcrição:

10 Teora Elementar da Probabldade MODELOS MATEMÁTICOS DETERMINÍSTICOS PROBABILÍSTICOS PROCESSO (FENÓMENO) ALEATÓRIO - Quando o acaso nterfere na ocorrênca de um ou mas dos resultados nos quas tal processo se pode traduzr. Face à conjugação de um determnado número de condções, um resultado aleatóro pode ou não ocorrer. Exemplo 1: Lançamento ao ar de uma moeda equlbrada. Os resultados " SAI CARA " (F) ou " SAI COROA " (C) são aleatóros. Cada resultado aleatóro é a consequênca de númeras causas fortutas. Exemplo 2 : Lançamento de um dado e observação do resultado apresentado na face superor.

11 ASPECTOS PERTINENTES À CARACTERIZAÇÃO DE UMA EPERIÊNCIA ALEATÓRIA a) Cada experênca poderá ser repetda ndefndamente sob condções essencalmente nalteradas. b) Muto embora não sejamos capazes de afrmar que resultado partcular ocorrerá, seremos capazes de descrever o conjunto de todos os possíves resultados da experênca. c) Quando a experênca for executada repetdamente, os resultados ndvduas parecerão ocorrer de uma forma acdental. Contudo, quando a experênca for repetda um grande número de vezes, aparecerá uma regulardade. EPERIÊNCIAS ALEATÓRIAS, ESPAÇOS AMOSTRAIS E ACONTECIMENTOS EPERIÊNCIA ALEATÓRIA - Desgna uma stuação à qual estejam assocados, de forma não controlada, dos ou mas resultados possíves. Exemplos : Lançamento de uma moeda F-C ao ar uma vez ( resultados possíves : " SAI CARA " (F) ou " SAI COROA " (C) ).

12 Lançamento de uma moeda F-C ao ar tantas vezes quantas as necessáras até sar F ( conjunto nfnto numerável de resultados possíves : 1,2,3,...) O atraso de um comboo ( com uma nfndade de resultados possíves : [0, + [ ). ESPAÇO AMOSTRAL - Conjunto de todos os resultados possíves de uma experênca aleatóra. Exemplos : Consderando as experêncas aleatóras defndas anterormente temos: Espaço amostral : S = { F, C } Espaço amostral : S = {1, 2, 3, } Espaço amostral : S = {t : t 0 } Os espaços amostras podem ser dscretos ou contínuos, consoante os seus elementos sejam numeráves ou não. Os espaços dscretos podem ser fntos ou nfntos. O espaço amostral assocado a uma experênca aleatóra depende da forma como a experênca é avalada sto é, depende daqulo que estamos a observar. Exemplo : Consdere-se a experênca consttuída pelo lançamento ao ar da moeda F-C três vezes consecutvas.

13 Se o resultado for avalado pelo número de F obtdos (nº de vezes em que " SAI CARA"), o espaço amostral é consttuído pelo conjunto {0, 1, 2, 3}. Se o resultado for avalado pela sequênca de F e C então o espaço amostral é consttuído por oto resultados possíves. 1º lança/ 2º lança/ 3º lança/ F S FFF F C FFC C F FCF F C FCC C F CFF F C CFC C F CCF Árvore de resultados (utlzada na representação de resultados de experêncas sequencas) C CCC Dagrama de Venn Acontecmento - Conjunto de elementos de um espaço amostral, sto é, conjunto de resultados possíves assocados à realzação de uma experênca aleatóra. Acontecmento smples/composto Acontecmento certo/mpossível

14 CCF FFF A 1 FCC FCF A 2 CFC FFC CFF CCC A 1 - " Saída de duas caras " (acontecmento composto) A 2 - " Saída de três coroas " (acontecmento smples) Como os acontecmentos são conjuntos, podemos aplcarlhes as operações de reunão, ntersecção e complementardade, defnndo novos acontecmentos. S A B A B A B - acontecmento que ocorrerá sse A ou B (ou ambos) ocorrerem S A B A B A B - acontecmento que ocorrerá sse A e B ocorrerem S A A A - acontecmento complementar de A em S, ocorrerá sse A não ocorrer Dos acontecmentos dzem-se mutuamente exclusvos se não puderem ocorrer smultaneamente, sto é se A B =

15 Conceto de probabldade Defnção clássca Se uma experênca aleatóra tver N resultados mutuamente exclusvos e gualmente prováves e se um acontecmento A contver N A desses resultados ( N A N), então a probabldade do acontecmento A é dada por : NA numero de casos favoraves P ( A) = N numero de casos possves Defnção geométrca Permte ultrapassar uma lmtação da defnção clássca de probabldade e que resulta do pressuposto de que o número de resultados possíves assocados a cada experênca aleatóra é fnto. Então vem que: P ( A) = med A med S representando "med" uma medda de dmensão de uma qualquer regão ncluída num espaço amostral contínuo S de uma experênca aleatóra. Defnção frequencsta No decurso de N repetções de uma experênca aleatóra, um acontecmento A ocorre N A vezes (0 N A N). A frequênca relatva de ocorrênca desse acontecmento é: NA fa = N

16 Defne-se probabldade de A como o lmte de f A quando o número de repetções tende para nfnto: P( A) = lm f = lm N A N N N A Defnção axomátca Basea-se em propredades resultantes das defnções anterores e assenta nos três axomas seguntes: 0 P(A) 1 P(S) = 1 P (A B) = P(A) + P(B) se A e B mutuamente exclusvos Propredades: P(A) + P(A) = 1 P( ) = 0 P (A B) = P(A) + P(B) P(A B) para A e B quasquer A B P(A) P(B) Métodos de enumeração Regra da multplcação n 2 n 1 n 1.n 2 n 2 procedmento 1 procedmento 2

17 Regra da adção procedm. 1 procedm. 2 n 1 n 2 n 1 + n 2 Arranjos e Permutações Consderem-se n elementos dstntos. Pretende-se contar o número de maneras de escolher k elementos (0 k n) de entre esses n, consderando a sua ordem. Exstem: Se k = n vem: A n k = n n n! ( n k) A = n! = P n! Combnações Consderem-se novamente n elementos dstntos.o número de maneras de escolher k elementos (0 k n) de entre esses n, sem consder a sua ordem é: n C n k = k = n! k! n k! ( ) Permutações com alguns elementos repetdos Consderem-se novamente n elementos pertencentes a k espéces dstntas.o número de permutações possíves desses n elementos é dado por: n! n1! n2! n k! em que n + n + + n = n 1 2. k

18 Probabldade condconada e acontecmentos ndependentes Probabldade condconada, P( A B ) - probabldade de ocorrênca de um acontecmento A quando se admte que ocorreu um acontecmento B : ou P( A B) = ( B) P( B) P A P( A B) = P( A B) P( B) (com P(B) > 0) P(A) - probabldade a pror P(A B) - probabldade a posteror Dos acontecmentos dzem-se ndependentes sse: ( ) = ( ) ( ) P A B P A P B e portanto de um modo equvalente: ou ( ) P( A) P A B = (com P(B) > 0) ( ) P( B) P BA = (com P(A) > 0) Teorema de Bayes B 1 A B 3 B 5 B 2 B 4

19 ( ) P( B A) P B A P A B = = n P( A) = 1 ( ) P( B ) P( A B ) P( B ) em que B 1, B 2,, B n consttuem uma partção do espaço amostral S, sto é: B B =, j j n = 1 B = ( ) S P B > 0, O resultado : n ( ) = ( ) ( ) P A P A B P B =1 é o enuncado do teorema da probabldade total e obtémse a partr da decomposção de A em acontecmentos mutuamente exclusvos, sto é: ( ) ( ) ( ) A = A B1 A B2 A B n Varáves aleatóras Seja ε uma experênca aleatóra e S um espaço amostral assocado a essa experênca. Uma função, que assoce a cada elemento s ε S um número real (s), é uma varável aleatóra. Sobre um mesmo espaço amostral podem ser defndas dferentes funções (varáves aleatóras). Contrado mn o da aplcaçao dscreto v. a. dscreta contnuo v. a. contnua

20 É possível defnr varáves aleatóras mstas que correspondem à combnação dos concetos de varáves aleatóras dscretas e contínuas. O contradomíno da função corresponde ao domíno da varável aleatóra,r x, que de certo modo, poderemos consderar como um outro espaço amostral assocado à varável aleatóra e representando a característca numérca que nos nteressa. S A B s (s) R x Seja B um acontecmento no contradomíno R x. Nesse caso defne-se P(B) como: P(B) = P(A) em que A = { s ε S : (s) ε B } Notação: - varável aleatóra x - valor que a varável aleatóra assume Varáves aleatóras dscretas A varável aleatóra dz-se dscreta se o número de valores possíves para sto é, R x, for fnto ou nfnto numerável. Então { x 1, x 2, x 3, }.

21 Função de probabldade p (x) = P ( = x ) p ( x) ( ) p x se x = x = 0 se x x Propredades p (x ) 0, n = 1 p ( x) = 1 Função de dstrbução (ou de probabldade acumulada) ( ) = ( ) = ( ) F x P x p xk x k x Propredades F ( x ) é monótona crescente F (- ) = 0 F (+ ) = 1 P ( a < b) = F ( b ) - F ( a ) Nota: p (x j ) = F (x j ) - F (x j-1 ) Varáves aleatóras contínuas A varável aleatóra dz-se contínua se R, contradomíno de, for um ntervalo ou conjunto de ntervalos reas.

22 Função densdade de probabldade ( ) ( ) ( ) f x : P a b = f x dx Propredades f (x) 0, x R + f ( x ) dx = 1 Nota: f (x) dx = probabldade de [x, x + dx] P( = x) = 0 a b Função de dstrbução (ou de probabldade acumulada) ( ) ( ) ( ) F x = P x = f u du Propredades F (x) é monótona crescente : F (- ) = 0 x 2 > x 1 F (x 2 ) F (x 1 ) F (+ ) = 1 P ( a b ) = F ( b ) - F ( a ) F (x) 0, x d F ( x ) = f d x ( x ) x

23 CARACTERIZAÇÃO ADICIONAL DAS V. ALEATÓRIAS As dstrbuções de probabldade podem ser caracterzadas recorrendo a parâmetros que, de uma forma sntétca, dão nformação relevante sobre as propredades dessas dstrbuções. Os parâmetros habtualmente utlzados são o valor esperado e a varânca. Para analsar a relação entre duas varáves aleatóras recorremos também à covarânca e ao coefcente de correlação lnear. VALOR ESPERADO Varáves aleatóras dscretas Seja uma varável aleatóra dscreta, com valores possíves x 1, x 2,..., x n,.... Seja p ( x ) = P ( = x ), =1,2,..., n,.... O valor esperado de ( esperança matemátca de, expectânca de ou valor médo de ) é defndo do segunte modo: E ( ) x p ( x ) = =1

24 Se tomar apenas um número fnto (n) de valores então: ( ) = x p ( x ) n E. Esta expressão pode = 1 ser nterpretada como uma méda ponderada dos valores possíves de. Se todos os n valores possíves de forem gualmente prováves então E() é a méda artmétca smples dos valores que a varável aleatóra assume. O valor obtdo para E() pode não pertencer ao conjunto de valores efectvamente assumdos por. Do ponto de vsta físco E() pode nterpretar-se como a abcssa do centro de gravdade de uma dstrbução dscreta de massa untára sobre uma lnha recta. Se o número de valores possíves para for nfnto numerável, então o valor esperado E() exstrá se e só se a sére p ( x ) x for absolutamente =1 convergente, sto é, se p ( x ) < Notação usada: µ = E() x. =1

25 Varáves aleatóras contínuas Seja uma varável aleatóra contínua com função densdade de probabldade f ( x ). O valor esperado de é defndo como: E + ( ) = x f ( x ) dx O valor esperado E() só exstrá, se o ntegral for absolutamente convergente, sto é se: + x f ( x ) dx < Se ( x ) f só estver defnda como dferente de zero num dado ntervalo [ a, b ] então: E b ( ) = x f ( x ) dx a

26 PROPRIEDADES DO VALOR ESPERADO Seja uma varável aleatóra (dscreta ou contínua), a, b e c constantes e g() e h() duas funções reas de cujo valor médo exste. Então: ) E ( c) = c ) E ( µ ) = 0 ) E ( c ) = c E ( ) v) E [ g ( ) + h ( ) ] = E[ g ( ) ] + E[ h ( ) ] v)se g ( x ) h ( x ) para todo o x, então E[ g ( ) ] E[ h ( ) ] v) E ( a + b ) = a + b E ( ) v) V ( ) 0 v) V ( ) = 0 = µ. Nestas condções P ( µ ) = 1 é uma varável pseudo-aleatóra. x) V ( a b ) = b 2 V ( ) + ; σ a b = b σ 2 2 2 2 x) V ( ) = E ( ) [ E ( ) ] = E ( ) E ( ) + = e x) Se é uma varável aleatóra tal que ( ) = µ V 2 ( ) σ = então a varável aleatóra parâmetros E ( Z) = 0 e ( Z) 1 V =. E e µ Z = tem σ As propredades ) e v) podem resumr-se dzendo que o operador E é lnear.

27 FUNÇÃO GERADORA DE MOMENTOS Seja uma varável aleatóra dscreta ou contínua. Se exstr um número postvo h tal que se possa defnr a função: t G t = E e ( ) ( ) para t < h, então essa função desgna-se por função geradora de momentos da v.a.. Pode demonstrar-se que se esta função exstr, então é únca, contínua e dferencável em torno de t = 0. Esta função determna completamente a dstrbução de probabldades de, efectvamente: e pelo que: e G G ' d t t ( t ) = E ( e ) = E ( e ) '' d t d ' 2 t ( t ) = G ( t ) = E ( e ) d t ( 0) E ( ) G ' = '' 2 ( 0) E ( ) G = Assm teremos de um modo geral: ( ) r r d r ( 0) G ( t ) E ( ) G = r t = 0 =, r 1 d t

28 A INEQUAÇÃO DE MARKOV E CHEBISHEV Se conhecermos a dstrbução de probabldade de uma v.a., podemos calcular E() e Var(). Contudo o nverso não é verdadero. Isto é, o conhecmento de E() e Var() não permte reconsttur a dstrbução de probabldade de. Porém é possível estabelecer um lmte para a probabldade de varar num determnado ntervalo, de acordo com o teorema segunte e respectvos coroláros. TEOREMA: Seja uma v.a. (dscreta ou contínua) e h(x) uma função desta varável aleatóra, tal que h(x) é não E h x exstr, então: negatva. Se [ ( ) ] [ h ( x) C ] E [ h ( x) ] P, C > 0 DESIGUALDADE DE MARKOV: Caso seja uma v.a. não negatva, fazendo h(x) =, vem que: [ C ] C ( ) E C P, C > 0 h x = µ DESIGUALDADE DE CHEBISHEV: Sendo ( ) ( ) 2 e C 2 2 = k σ ( k > 0), temos que: P ou de modo equvalente: P [ µ k σ ] 1 2 [ µ < k σ ] > 1 1 2 k k

29 A desgualdade de Chebyshev pode também aparecer sob a segunte forma: P [ µ C ] 2 σ C A partr desta desgualdade podemos conclur que, se a V() for pequena, a maor parte da dstrbução de probabldade de estará concentrada na vznhança de E(). O segunte teorema resulta também da nequação de Chebshev: TEOREMA: Admtamos que V()=0. Então: [ = µ ] 1 P = 2 = Esta mesma conclusão é obtda se E()=0 e E ( ) 0 2 = uma vez que neste caso V ( ) E ( ) 0 =.