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Rechenweg von Verteilung zur Verteilungsfunktion |
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kreide
Aktiv  Dabei seit: 30.04.2008 Mitteilungen: 2525
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 |     Themenstart: 2012-07-31 15:19
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Hallo,
angenommen X1 und X2 sind reellwertige ZVs mit Werten in {1,...,6}. Vergleichbar mit dem Werfen zweier Würfel, wobei X1 immer der Wurf mit dem nidrigerem Wert ist. Wie kommt man zur Verteilung P(X1≤x1,X2≤x2)=2F(min{x1,x2})F(x2)-F(min{x1,x2})2?
Mir fielen dazu zwei Dinge ein die Ein-Ausschluß-Formel und die der bedingten Wahrscheinlichkeit. Mit beiden komm ich nicht auf die gewünschte Form. Danke schonmal im Vorraus.
[ Nachricht wurde editiert von kreide am 31.07.2012 15:20:31 ]
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Buri
Senior  Dabei seit: 02.08.2003 Mitteilungen: 34695
Aus: Dresden
 |     Beitrag No.1, eingetragen 2012-08-02 20:14
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Hi kreide,
wie immer ist es hilfreich, die Original-Formulierung des Problems wiederzugeben, und nicht mit deinen eigenen Fragen in einem Satz zu verbinden.
Zum Beispiel ist nichts über die Bedeutung der Funktion F gesagt.
Vermutlich ist folgendes gemeint:
Es werden zwei unabhängige Versuche mit der Ergebnismenge {1,2,3,4,5,6} durchgeführt, deren Ergebnisse nach derselben Verteilungsfunktion F verteilt sind.
X1 ist das kleinere der beiden Versuchsergebnisse, X2 das andere.
Gesucht ist die gemeinsame Verteilung P(X1≤x1, X2≤x2) des Zufallsvektors (X1,X2).
Beachte, dass, wenn diese Formulierung stimmt, die Zufallsvariablen X1 und X2 keineswegs unabhängig sind, und dass ihre einzeln genommenen Verteilungen nicht gleich sind, also insbesondere nicht mit F übereinstimmen.
Solltest du bestätigen, dass die Aufgabe so lautet oder so lauten könnte, dann können wir weiter überlegen.
Gruß Buri
[ Nachricht wurde editiert von Buri am 02.08.2012 20:15:23 ]
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kreide
Aktiv  Dabei seit: 30.04.2008 Mitteilungen: 2525
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 |     Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2012-08-05 14:22
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Hallo Buri,
hier der orginale Wortlaut,
Consider two real-valued random variables X1 and
X2 which shall give us two numbers out of {1, 2, . . . , 6}. These numbers are the outcome of
a more or less simple experiment or procedure. Assume that X1 is communicated to us and
we may enter a bet on X2 . The question is, how much information can be gained from the
observation of X1 , or formulated in a different way, what is the interrelation or dependence of
these two random variables (rvs).
...
if X1 is always the number of the smaller throw and X2
the larger one. Then we have a strict monotonic relation between these two, namely X1 ≤ X2 .
...
Observe that each rv is fully described by its cumulative distribution function
(cdf) Fi (x) := P (Xi ≤ x) (the so-called marginals).
...
It is not difficult to deduce the joint
distribution function,
P (X1 ≤ x1 , X2 ≤ x2 ) = 2F (min{x1 , x2 })F (x2 ) - F (min{x1 , x2 })2 .
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Buri
Senior  Dabei seit: 02.08.2003 Mitteilungen: 34695
Aus: Dresden
 |     Beitrag No.3, eingetragen 2012-08-05 14:44
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Hi kreide,
danke, aber diese Aufgabenstellung gefällt mir gar nicht.
Sie ist unklar und fehlerhaft.
Zum Beispiel heißt es Fi (mit i = 1 und 2) und dann plötzlich F.
Ich werde mal die Aufgabe in der Formulierung durchrechnen, die ich im Beitrag #1 vorgeschlagen habe.
Gruß Buri
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kreide
Aktiv  Dabei seit: 30.04.2008 Mitteilungen: 2525
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 |     Beitrag No.4, vom Themenstarter, eingetragen 2012-08-05 14:52
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danke, aber diese Aufgabenstellung gefällt mir gar nicht.
Sie ist unklar und fehlerhaft.
Das liegt evtl. daran das ich bestimmte Punkte bei der Zusammenfassung ausgelassen habe, deswegen hier der Link zum PDF
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Buri
Senior  Dabei seit: 02.08.2003 Mitteilungen: 34695
Aus: Dresden
 |     Beitrag No.5, eingetragen 2012-08-05 15:16
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2012-08-05 14:52 - kreide in Beitrag No. 4 schreibt:
Das liegt evtl. daran das ich bestimmte Punkte bei der Zusammenfassung ausgelassen habe ... Hi kreide,
ja, so ist es. An dem Abschnitt "1. Introduction" habe ich nichts auszusetzen, es ist erkennbar, dass nacheinander verschiedene Situationen betrachtet werden.
Ferner bestätigen diese Ausführungen, dass meine Auffassung aus Beitrag #1 richtig ist, der Autor meint dasselbe wie ich.
 
Ich bezeichne mit W_1 und W_2 die Ergebnisse der beiden Versuche, es sind unabhängige Zufallsvariablen mit Werten in menge(1,2,3,4,5,6) und derselben Verteilungsfunktion F. Diese Funktion lautet F(x)=sum(p_j,j=1,x) für x=0,1,2,3,4,5,6, wobei p_j=\IP(X=j) für j=1,2,3,4,5,6 die Einzelwahrscheinlichkeiten sind. Der Zufallsvektor (X_1\,X_2) entsteht aus (W_1\,W_2), indem man W_1 und W_2 der Größe nach ordnet. Es gibt zwei Möglichkeiten: W_1<=W_2 und W_1>W_2\.. Nun berechne ich die gemeinsame Verteilung: \IP(X_1<=x_1\.,X_2<=x_2) =\IP(W_1<=x_1\.,W_1<=W_2<=x_2)+\IP(W_2<=x_1\.,W_2<W_1<=x_2) =sum(p_k*sum(p_j,j=1,min{x_1\,k}),k=1,x_2)+sum(p_j*sum(p_k,k=1,min{x_1\,j-1}),j=1,x_2) =fdef(sum(p_k*sum(p_j,j=1,k),k=1,x_1)+sum(p_k*sum(p_j,j=1,x_1),k=x_1+1,x_2)+sum(p_j*sum(p_k,k=1,j-1),j=1,x_1)+sum(p_j*sum(p_k,k=1,x_1),j=x_1+1,x_2), wenn x_1<x_2;sum(p_k*sum(p_j,j=1,k),k=1,x_2)+sum(p_j*sum(p_k,k=1,j-1),j=1,x_2), wenn x_1>=x_2) =fdef(sum(p_k*F(k),k=1,x_1)+sum(p_k*F(x_1),k=x_1+1,x_2)+sum(p_j*F(j-1),j=1,x_1)+sum(p_j*F(x_1),j=x_1+1,x_2), wenn x_1<x_2;sum(p_k*F(k),k=1,x_2)+sum(p_j*F(j-1),j=1,x_2), wenn x_1>=x_2) =fdef(2*(F(x_2)-F(x_1))*F(x_1)+sum(p_k*(F(k)+F(k-1)),k=1,x_1), wenn x_1<x_2;sum(p_k*(F(k)+F(k-1)),k=1,x_2), wenn x_1>=x_2) Wegen p_k=F(k)-F(k-1) läßt sich die Summe umformen zu sum(F(k)^2-F(k-1)^2,k), und damit ergibt sich =fdef(2*(F(x_2)-F(x_1))*F(x_1)+F(x_1)^2, wenn x_1<x_2;F(x_2)^2, wenn x_1>=x_2),
und nun bleibt nur noch nachzurechnen, ob das mit der behaupteten Formel übereinstimmt. Es stimmt wirklich.
Irrtümer, Rechen- und Schreibfehler sind vorbehalten.
Die Formel gilt wahrscheinlich auch allgemeiner für beliebige Verteilungen F, auch stetige, und weil der vorliegende Beweis dann nicht funktioniert (statt Summen muß man Stieltjes-Integrale betrachten), erhebt sich die Frage nach einem anderen, allgemeineren und möglicherweise kürzeren Beweis.
Gruß Buri
[ Nachricht wurde editiert von Buri am 05.08.2012 16:50:52 ]
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Buri
Senior  Dabei seit: 02.08.2003 Mitteilungen: 34695
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 |     Beitrag No.6, eingetragen 2012-08-05 19:11
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2012-08-05 15:16 - Buri in Beitrag No. 5 schreibt:
... erhebt sich die Frage nach einem anderen, allgemeineren und möglicherweise kürzeren Beweis. Hi kreide,
auch das ist mir noch eingefallen.
 
\IP(X_1<=x_1\.,X_2<=x_2) =\IP(min{W_1\,W_2\.}<=x_1\.,max{W_1\,W_2\.}<=x_2) =fdef(\IP((W_1<=x_2)\and(W_2<=x_2))-\IP((x_1<W_1<=x_2)\and(x_1<W_2<=x_2)), wenn x_1<x_2;\IP(W_1<=x_2\and W_2<=x_2), wenn x_1>=x_2) =fdef(F(x_2)^2-(F(x_2)-F(x_1))^2, wenn x_1<x_2;F(x_2)^2, wenn x_1>=x_2), und das führt zum gleichen Ergebnis wie im Beitrag \#5. Man kann aus der Formel übrigens die Randverteilungen der Zufallsvariablen X_1 und X_2 ablesen: \IP(X_1<=x)=2F(x)-F(x)^2 ist die Verteilung von X_1 und \IP(X_2<=x)=F(x)^2 ist die Verteilung von X_2\..
Gruß Buri
[ Nachricht wurde editiert von fed am 05.08.2012 19:15:08 ]
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kreide
Aktiv  Dabei seit: 30.04.2008 Mitteilungen: 2525
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 |     Beitrag No.7, vom Themenstarter, eingetragen 2012-08-06 16:24
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Hallo Buri,
wie ergibt sich die Gleichheit von
 
=\IP(W_1<=x_1\.,W_1<=W_2<=x_2)+\IP(W_2<=x_1\.,W_2<W_1<=x_2) =sum(p_k*sum(p_j,j=1,min{x_1\,k}),k=1,x_2)+sum(p_j*sum(p_k,k=1,min{x_1\,j-1}),j=1,x_2)
meine Überlegungen:
 
Der Fall W_1<=W_2 =\IP(W_1<=x_1\.,W_1<=W_2<=x_2) =\IP(W_1<=x_1)\IP(W_1<=W_2<=x_2) (Unabhängigkeit) Jetzt nahm ich an \IP(W_1<=W_2<=x_2) entspräche F(x_2)=sum(p_k,k=1,x_2), falls dem so ist, warum entspricht \IP(W_1<=x_1) gleich sum(p_j,j=1,min{x_1\,k})?
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Buri
Senior  Dabei seit: 02.08.2003 Mitteilungen: 34695
Aus: Dresden
 |     Beitrag No.8, eingetragen 2012-08-06 20:55
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2012-08-06 16:24 - kreide in Beitrag No. 7 schreibt:
wie ergibt sich die Gleichheit von ...
meine Überlegungen:
... (Unabhängigkeit) Hi kreide,
die Unabhängigkeit ist an der Stelle als Begründung völlig falsch, und diese Gleichung gilt auch nicht.
Meine Umformung ergibt sich, indem ich alle möglichen Fälle durchnummeriere, und habe die Variablen j und k für die Werte der Zufallsvariablen W1 und W2 benutzt.
Schließlich wird die Summe über alle günstigen Fälle gebildet, also über die Fälle, wo die mit P(...) eingeklammerte Aussage wahr ist.
Gruß Buri
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kreide
Aktiv  Dabei seit: 30.04.2008 Mitteilungen: 2525
Aus:
 |     Beitrag No.9, vom Themenstarter, eingetragen 2012-08-06 23:25
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Meine Umformung ergibt sich, indem ich alle möglichen Fälle durchnummeriere, und habe die Variablen j und k für die Werte der Zufallsvariablen W1 und W2 benutzt.
Schließlich wird die Summe über alle günstigen Fälle gebildet, also über die Fälle, wo die mit P(...) eingeklammerte Aussage wahr ist.
Danke Buri jetzt verstehe ich die Funktion. Ich habe noch Fragen zu deinem 2ten Lösungsweg.
 
fdef(\IP((W_1<=x_2)\and(W_2<=x_2))-\IP((x_1<W_1<=x_2)\and(x_1<W_2<=x_2)), wenn x_1<x_2;\IP(W_1<=x_2\and W_2<=x_2), wenn x_1>=x_2) habe ich mir wieder anhand deiner Beschreibung der günstigen Fälle erklärt. Hast du für die Gleichheit \IP(min{W_1\,W_2\.}<=x_1\.,max{W_1\,W_2\.}<=x_2) =fdef(\IP((W_1<=x_2)\and(W_2<=x_2))-\IP((x_1<W_1<=x_2)\and(x_1<W_2<=x_2)), wenn x_1<x_2;\IP(W_1<=x_2\and W_2<=x_2), wenn x_1>=x_2) noch eine andere Beschreibung? Denn ich weiß nicht wie man die Terme ineinader umformt. Im nächsten Schritt wendest du die Unabhängigkeit an und setzt bspw. \IP((W_1<=x_2)\and(W_2<=x_2))=F(x_2)F(x_2)? Das geht in diesem Fall weil in der Zerlegung \IP((W_1<=x_2)\and(W_2<=x_2))-\IP((x_1<W_1<=x_2)\and(x_1<W_2<=x_2)), wenn x_1<x_2, nicht berücksichtigt werden muss das W_1<=W_2 wie es bei \IP(W_1<=x_1\.,W_1<=W_2<=x_2) der Fall war.
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Buri
Senior  Dabei seit: 02.08.2003 Mitteilungen: 34695
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 |     Beitrag No.10, eingetragen 2012-08-07 08:26
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2012-08-06 23:25 - kreide in Beitrag No. 9 schreibt:
... Hast du für die Gleichheit ... noch eine andere Beschreibung? Hi kreide,
ja. Es ist ein wenig Rechnen mit Ereignissen.
 
Sei E=menge((W_1\,W_2) | (min{W_1\,W_2\.}<=x_1)\and(max{W_1\,W_2\.}<=x_2)) das gewünschte Ereignis und G=menge((W_1\,W_2) | (W_1<=x_2)\and(W_2<=x_2)). Dann gilt einerseits E\subseteq G und andererseits G \\ E=menge((W_1\,W_2) | (x_1<W_1<=x_2)\and(x_1<W_2<=x_2)). Also gilt \IP(E)=\IP(G)-\IP(G \\ E),
und eben dies habe ich hingeschrieben.
Gruß Buri
[ Nachricht wurde editiert von fed am 07.08.2012 08:26:46 ]
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kreide
Aktiv  Dabei seit: 30.04.2008 Mitteilungen: 2525
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 |     Beitrag No.11, vom Themenstarter, eingetragen 2012-08-07 11:58
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Danke nochmal, aber von der Beschreibung her ist da jetzt kein weiterer Zwischenschritt oder andere Beschreibung dazugekommen. Es beschreibt ja wieder auf die gleiche Art das Gesamte minus das was zuviel ist.
[ Nachricht wurde editiert von kreide am 07.08.2012 11:58:59 ]
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