• Ei tuloksia

1 Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Esitiedot Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Lisätiedot Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Mitä opimme? –1/2 Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Mitä opimme? –2/2 Normaalijakaumasta johdettuja jakaum

N/A
N/A
Info
Lataa
Protected

Academic year: 2022

Jaa "1 Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Esitiedot Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Lisätiedot Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Mitä opimme? –1/2 Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia: Mitä opimme? –2/2 Normaalijakaumasta johdettuja jakaum"

Copied!
10
0
0

Kokoteksti

(1)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

Johdatus todennäköisyyslaskentaan

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 2

Johdanto χ2-jakauma F-jakauma t-jakauma

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 3

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia:

Mitä opimme? – 1/2

Tutustumme tässä luvussa seuraaviin normaalijakaumasta(ks. lukua Jatkuvia jakaumia) johdettuihin jakaumiin:

χ2-jakauma F-jakauma t-jakauma

Tarkastelun kohteena ovat seuraavat χ2-, F- ja t-jakaumien ominaisuudet:

(i) Jakauman määrittely

(ii) Odotusarvo, varianssija standardipoikkeama (iii) Tiheysfunktion kuvaaja

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 4

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia:

Mitä opimme? – 2/2

Lisäksi tarkastelemme todennäköisyyksien määräämistäχ2-, F- ja t- jakaumista.

Koska χ2-, F- ja t-jakaumien tiheysfunktioiden integraalifunktioita ei tunneta, χ2-, F- ja t-jakaumiin liittyvien todennäköisyyksien määräämisessä on käytettävä jotakin numeerista menetelmää.

Siksi useimmissa tilastotieteen ja todennäköisyyslaskennan oppikirjoissa on valmiit taulukot, joissa on taulukoituna χ2-, F- ja t- jakaumien kertymäfunktioiden arvoja ja niihin liittyviä toden- näköisyyksiä.

χ2-, F- ja t-jakaumientiheysfunktioiden lausekkeetjohdetaan luvussa Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat.

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia:

Esitiedot

Esitiedot: ks. seuraavia lukuja:

Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat Kertymäfunktio

Jakaumien tunnusluvut Jatkuvia jakaumia

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia:

Lisätiedot

χ2-, F- ja t-jakaumientiheysfunktioiden lausekkeiden johtaminen vaatii satunnaismuuttujan 2. potenssinsekä riippumattomien satunnaismuuttujien summanja osamäärän jakaumien määräämistä; ks. lisätietoja luvusta

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

Huomautus:

Tarkoitamme satunnaismuuttujien riippumattomuudellasitä, että yhdenkään satunnaismuuttujan saamat arvot eivät riipu siitä, mitä arvoja muut satunnaismuuttujat saavat; käsite täsmennetään luvussa Kaksiulotteiset todennäköisyysjakaumat.

(2)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 7

>> Johdanto χ2-jakauma F-jakauma t-jakauma

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 8

Avainsanat χ2-jakauma F-jakauma

Jakaumien määritteleminen t-jakauma

Johdanto

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 9

Johdanto

Jakaumien määritteleminen normaalijakauman avulla

• Useat tilastotieteen keskeiset todennäköisyysjakaumat voidaan määritellänormaalijakauman avulla.

• Tällaisia ovat esimerkiksi χ2-, F- ja t-jakaumat, joilla on keskeinen rooli otosjakaumien teoriassa, estimoinnissaja testauksessa(ks. esim. lukuja Otos ja otosjakaumat, Estimointija

Tilastollisten hypoteesien testaus).

• Tarkastelemme seuraavien jakaumien määrittelemistä ja ominaisuuksia:

χ2-jakauma F-jakauma t-jakauma

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 10

Johdanto

>> χ2-jakauma F-jakauma t-jakauma

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

Avainsanat χ2-jakauma Normaalijakauma Odotusarvo Standardipoikkeama Standardoitu normaalijakauma Tiheysfunktio

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta Vapausasteet

Varianssi

χ2-jakauma

χ2-jakauma

χ2-jakauman määritelmä 1/2

• Olkoot Xi, i= 1, 2, … , n riippumattomia,standardoitua normaalijakaumaa N(0,1) (ks. lukuaJatkuvia jakaumia) noudattavia satunnaismuuttujia.

• Tällöin

1 2

~ N(0,1) , 1, 2, , , , ,

i n

X i n

X X X

=

(3)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 13

χ2-jakauma

χ2-jakauman määritelmä 2/2

• Olkoon

N(0,1)-jakautuneiden, riippumattomiensatunnais- muuttujien Xi, i= 1, 2, … , n neliösumma.

• Tällöin satunnaismuuttuja Xnoudattaa χ2-jakaumaa (Khiin neliö -jakaumaa)n:llä vapausasteella.

• Merkintä:

X∼χ2(n)

2 1 n

i i

X X

=

=

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 14

χ2-jakauma

χ2-jakauman vapausasteet

• χ2-jakauman vapausasteiden lukumääränviittaa yhteenlaskettavien lukumääräänχ2-jakauman määrittelevässä neliösummassa.

• Vapausasteiden lukumääränon χ2-jakauman muodon määrääväparametri.

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 15

χ2-jakauma

Odotusarvo, varianssi ja standardipoikkeama

• Olkoon X∼χ2(n).

Odotusarvo:

Varianssija standardipoikkeama:

E( )X =n

Var( ) D ( ) 22

D( ) 2

X X n

X n

= =

=

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 16

χ2-jakauma

Tiheysfunktion kuvaaja

• Kuva oikealla esittää χ2-jakauman

χ2(n)

tiheysfunktiotavälillä [0, 10], kun vapausasteiden lukumäärällänon seuraavat arvot:

(i) n= 1 (ii) n= 2 (iii) n= 5

• Jakauman odotusarvo:

E( )X =n

0 0.2 0.4 0.6

0 2 4 6 8 10

χ2(n) χ2(1)

χ2(2) χ2(5)

χ2-jakauma

Tiheysfunktion ja sen kuvaajan ominaisuuksia

• χ2-jakauman tiheysfunktio f(x) on positiivinenkaikille positiivisille argumentin arvoille:

f(x) > 0 , x> 0

• Jos vapausasteiden lukumäärä n= 1, 2

niin tiheysfunktio on monotonisesti laskevakaikille x≥0.

• Jos vapausasteiden lukumäärä n≥3

niin tiheysfunktio on yksihuippuinenja sillä on maksimi pisteessäx> 0.

χ2-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta 1/2

• Todennäköisyydet voidaan määrätä χ2-jakaumasta jakauman kertymäfunktionavulla.

• Olkoon X∼χ2(n).

• Olkoon satunnaismuuttujan X kertymäfunktio FChi(x; n) = Pr(X≤x)

• Huomautus 1:

MerkinnälläFChi(x; n) on haluttu korostaa χ2-jakauman riippuvuutta sen vapausasteiden lukumäärästän.

• Huomautus 2:

χ2-jakauman tiheysfunktion integraalifunktiota ei tunneta, joten χ2-jakauman kertymäfunktion määräämiseen on

(4)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 19

χ2-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta 2/2

Kaikkienχ2-jakaumaan liittyvien tapahtumien todennäköisyydet saadaan todennäköisyyksistä

Pr(X≤x) = FChi(x;n)

todennäköisyyslaskennan laskusääntöjenavulla.

• Esimerkiksi

Pr(a X≤ ≤b)=FChi( )bFChi( )a

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 20

χ2-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta: Taulukot 1/2

• χ2-jakauman taulukotsisältävät tavallisesti argumentin x arvojataulukoituna useille vapausasteiden lukumäärille n, mutta vain muutamille kertymäfunktion FChiarvoille.

• Siten taulukot mahdollistavat seuraavan tehtävän ratkaisemisen (taulukkokohtaisin rajoituksin):

Määrääx, kun todennäköisyys Pr(X≤x) = FChi(x;n) on annettu.

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 21

χ2-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta: Taulukot 2/2

• Koska χ2-jakaumaa käytetään tavallisesti väliestimoinnin tai testauksenyhteydessä, χ2-jakauman taulukoihin on yleensä taulukoitu sellaisia argumentinxarvoja, jotka vastaavat todennäköisyyden

Pr(X≤x) = FChi(x;n) komplementtitodennäköisyyttä

p= Pr(X≥x) = 1 −FChi(x;n)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 22

• Kuva oikealla esittää χ2-jakauman

χ2(10)

tiheysfunktiotavälillä [0, 35].

χ2-jakauman taulukoista saadaan:

χ2-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta: Esimerkki

Alueen pinta-ala Pr(3.940 18.307)

(18.307;10) (3.940;10) 0.95 0.05 0.9

Chi Chi

A X F

F

=

=

=

=

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

0 5 10 15 20 25 30 35

χ2(10)

3.940 18.307

0.05 0.05

A= 0.9

χ2-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen χ2-jakaumasta: Ohjelmat

• Olkoon X∼χ2(n).

• Monet tietokoneohjelmatmahdollistavat seuraavien tehtävien ratkaisemisen ilman χ2-jakauman taulukoiden asettamia rajoituksia:

(i) Määrää todennäköisyys Pr(X≤x) = FChi(x;n) kun xon annettu.

(ii) Määrääx, kun todennäköisyys Pr(X≤x) = FChi(x;n) on annettu.

Johdanto χ2-jakauma

>> F-jakauma t-jakauma

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

(5)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 25

Avainsanat χ2-jakauma F-jakauma Normaalijakauma Odotusarvo Standardipoikkeama Standardoitu normaalijakauma Tiheysfunktio

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta Vapausasteet

Varianssi

F-jakauma

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 26

F-jakauma

F-jakauman määritelmä 1/2

• Olkoot Yi, i= 1, 2, … , mja Xi, i= 1, 2, … , n

riippumattomia,standardoitua normaalijakaumaa N(0,1) (ks. lukuaJatkuvia jakaumia) noudattavia satunnaismuuttujia.

• Tällöin

ja edelleen

1 2 1 2

~ N(0,1) , 1,2, , , ~ N(0,1) , 1, 2, , , , , , , , ,

i i

m n

Y i m X i n

Y Y Y X X X

= =

… …

… …

2 2 2 2

1 1

~ ( ) , ~ ( )

m n

i i

i i

Y Y m X X n

Y X

χ χ

= =

= =

∑ ∑

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 27

F-jakauma

F-jakauman määritelmä 2/2

• Olkoon

jossa

• Tällöin satunnaismuuttuja Fnoudattaa FisherinF- jakaumaa m:llä ja n:llä vapausasteella.

• Merkintä:

FF(m, n) 1 1

Y n Y

F m X m X n

= = ⋅

2 2

~ ( ) , ~ ( ) ,

Y χ m X χ n YX

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 28

F-jakauma

F-jakauman vapausasteet

F-jakauman vapausasteiden lukumääristäensimmäinen(m) viittaa yhteenlaskettavien lukumäärään F-jakauman määrittelevän lausekkeen osoittajassa.

F-jakauman vapausasteiden lukumääristätoinen(n) viittaa yhteenlaskettavien lukumäärään F-jakauman määrittelevän lausekkeen nimittäjässä.

• Vapausasteiden lukumäärät mja novat F-jakauman muodon määrääviäparametreja.

F-jakauma

Odotusarvo, varianssi ja standardipoikkeama

• Olkoon F∼F(m, n).

Odotusarvo:

Varianssija standardipoikkeama:

E( ) , 2

2

F n n

=n >

2 2

2

2 2

2 ( 2)

Var( ) D ( ) , 4

( 2) ( 4)

2 ( 2)

D( ) , 4

( 2) ( 4) n m n

F F n

m n n

n m n

F n

m n n

= = + − >

− −

= + − >

− −

F-jakauma

F-jakauman ominaisuuksia

• Olkoon F∼F(m, n).

• Tällöin myös 1/Fon F-jakautunut, mutta vapausastein nja m:

1~ ( , )F n m F

(6)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 31 0

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0 1 2 3 4

F-jakauma

Tiheysfunktion kuvaaja

• Kuva oikealla esittää F-jakauman

F(m, n)

tiheysfunktiotavälillä [0, 5], kun vapausasteiden lukumäärilläm ja non seuraavat arvot:

(i) m= 10, n= 40 (ii) m= 40, n= 10 (iii) m= 40, n= 40

• Jakauman odotusarvo:

E( ) , 2

2

F n n

=n >

F(m, n)

F(10, 40) F(40, 40)

F(40, 10)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 32

F-jakauma

Tiheysfunktion ja sen kuvaajan ominaisuuksia

F-jakauman tiheysfunktio f(x) on positiivinenkaikille positiivisille argumentin arvoille:

f(x) > 0 , x> 0

• Jos osoittajanvapausasteiden lukumäärä m= 1, 2

niin tiheysfunktio on monotonisesti laskevakaikille x≥0.

• Jos osoittajanvapausasteiden lukumäärä m≥3

niin tiheysfunktio on yksihuippuinenja sillä on maksimi pisteessäx> 0.

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 33

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta 1/2

• Todennäköisyydet voidaan määrätä F-jakaumasta jakauman kertymäfunktionavulla.

• Olkoon F∼F(m, n).

• Olkoon satunnaismuuttujan F kertymäfunktio FF(x; m, n) = Pr(F≤x)

• Huomautus 1:

MerkinnälläFF(x; m, n) on haluttu korostaa F-jakauman riippuvuutta sen vapausasteiden lukumääristämja n.

• Huomautus 2:

F-jakauman tiheysfunktion integraalifunktiota ei tunneta, joten F-jakauman kertymäfunktion määräämiseen on käytettävä jotakin numeerista menetelmää.

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 34

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta 2/2

Kaikkien F-jakaumaan liittyvien tapahtumien todennäköisyydet saadaan todennäköisyyksistä

Pr(F≤x) = FF(x; m, n)

todennäköisyyslaskennan laskusääntöjenavulla.

• Esimerkiksi

Pr(a F b≤ ≤ )=F bF( )−F aF( )

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta:

Taulukot 1/4

F-jakauman taulukotsisältävät tavallisesti argumentin x arvojataulukoituina useille vapausasteiden lukumäärille mja n, mutta vain muutamille kertymäfunktion FFarvoille.

• Siten taulukot mahdollistavat seuraavan tehtävän ratkaisemisen (taulukkokohtaisin rajoituksin):

Määrääx, kun todennäköisyys Pr(F≤x) = FF(x; m, n) on annettu.

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta:

Taulukot 2/4

• Koska F-jakaumaa käytetään tavallisesti väliestimoinnin tai testauksenyhteydessä,F-jakauman taulukoihin on yleensä taulukoitu sellaisia argumentinxarvoja, jotka vastaavat todennäköisyyden

Pr(F≤x) = FF(x; m, n) komplementtitodennäköisyyttä

p= Pr(F≥x) = 1 −FF(x; m, n).

(7)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 37

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta:

Taulukot 3/4

• Monet F-jakauman taulukot sisältävät todennäköisyyksiä p= Pr(F≥x) = 1 −FF(x; m, n)

vastaavia argumentin arvoja vain, kun pon “pieni”.

• “Suuriin”p:n arvoihin liittyvät argumentin xarvot saadaan tällöin käyttämällä hyväksi sitä, että 1/F~ F(n, m).

• Olkoon

Fm,nF(m, n) ja p= Pr(Fm,na) Fn,mF(n, m) ja p= Pr(Fn,mb)

• Tällöin a 1

=b

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 38

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta:

Taulukot 4/4

• Oletukset:

Fm,nF(m, n) Fn,mF(n, m) p= Pr(Fm,na)

= Pr(Fn,mb)

• Tällöin:

• Perustelu:

Todetaan ensin, että

Toisaalta:

Yhdistämällä tulokset saadaan:

a 1

=b

( )

( )

( )

( )

( )

, ,

, , ,

Pr 1 Pr 1 Pr 1/

1 Pr 1/

Pr 1/

m n

m n

n m

n m

n m

p F a

F a

F a

F a

F a

=

= −

= −

= −

=

( , )

Pr n m

p= F b 1/

b= a

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 39

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta:

Esimerkki

Alueen pinta-ala Pr(0.3815 1.993)

(1.993;10,60) (0.3815;10,60) 0.95 0.05 0.9

F F

A F F

F

= ≤ ≤

=

=

=

• Kuva oikealla esittää F-jakauman

F(10, 60)

tiheysfunktiotavälillä [0, 4].

F-jakauman taulukoista saadaan:

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 1 2 3 4

F(10, 60) 0.05

A= 0.9 0.05

0.3815 1.993

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 40

F-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen F-jakaumasta:

Ohjelmat

• Olkoon F∼F(m, n).

• Useat tietokoneohjelmatmahdollistavat seuraavien tehtävien ratkaisemisen ilman F-jakauman taulukoiden asettamia rajoituksia:

(i) Määrää todennäköisyys Pr(F≤x) = FF(x; m, n) kun xon annettu.

(ii) Määrääx, kun todennäköisyys Pr(F≤x) = FF(x; m, n) on annettu.

Johdanto χ2-jakauma F-jakauma

>>t-jakauma

Normaalijakaumasta johdettuja jakaumia

Avainsanat χ2-jakauma F-jakauma Normaalijakauma Odotusarvo Standardipoikkeama Standardoitu normaalijakauma t-jakauma

Tiheysfunktio Todennäköisyyksien

määrääminen t-jakaumasta Vapausasteet

Varianssi

t-jakauma

(8)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 43

t-jakauma

t-jakauman määritelmä 1/2

• Olkoot Yja Xi, i= 1, 2, … , n riippumattomia,

standardoitua normaalijakaumaa N(0,1) (ks. lukuaJatkuvia jakaumia) noudattavia satunnaismuuttujia.

• Tällöin

ja edelleen

1 2

~ N(0,1) , ~ N(0,1) , 1,2, , , , , ,

i n

Y X i n

Y X X X

=

2 2

1

~ ( )

n i i

X X n

Y X

χ

=

=

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 44

t-jakauma

t-jakauman määritelmä 2/2

• Olkoon

jossa

• Tällöin satunnaismuuttuja tnoudattaa Studentin t- jakaumaa n:llä vapausasteella.

• Merkintä:

tt(n) 1 t Y

nX

=

~ N(0,1) , ~ 2( ) ,

Y X χ n YX

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 45

t-jakauma

t-jakauman vapausasteet

t-jakauman vapausasteiden lukumääränviittaa

yhteenlaskettavien lukumäärään t-jakauman määrittelevän lausekkeen nimittäjässä.

• Vapausasteiden lukumääränon t-jakauman muodon määrääväparametri.

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 46

t-jakauma

Odotusarvo, varianssi ja standardipoikkeama

• Olkoon t∼t(n).

Odotusarvo:

Varianssija standardipoikkeama:

E( ) 0,t = n>1

Var( ) D ( )2 , 2 2

D( ) , 2

2

t t n n

n

t n n

n

= = >

= >

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

t-jakauma

Tiheysfunktion kuvaaja

• Kuva oikealla esittää t-jakauman

t(n)

tiheysfunktiotavälillä [−4, +4], kun vapausasteiden lukumäärällä non seuraavat arvot:

(i) n= 1 (ii) n= 3 (iii) n= 100

• Jakauman odotusarvo:

• Kuvaan on piirretty myös standardoidun normaalijakauman N(0, 1) tiheysfunktion kuvaaja.

E( ) 0 ,t= n>1

t(n) ja N(0,1)

t(3) t(100)

N(0,1)

t(1)

t-jakauma

Tiheysfunktion ja sen kuvaajan ominaisuuksia 1/2

t-jakauman tiheysfunktio f(x) on kaikkialla positiivinen:

f(x) > 0 kaikille x

• Tiheysfunktio on yksihuippuinen.

• Tiheysfunktio saa maksimiarvonsapisteessä 0.

• Tiheysfunktio on symmetrinensuoran x = 0 suhteen:

f(−x) = f(+x) kaikillex

(9)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 49

t-jakauma

Tiheysfunktion ja sen kuvaajan ominaisuuksia 2/2

t-jakauman tiheysfunktio muistuttaa standardoidun normaalijakauman N(0, 1) tiheysfunktiota, mutta on sitä paksuhäntäisempi.

t-jakauman tiheysfunktio muistuttaa standardoidun normaalijakauman N(0, 1) tiheysfunktiota sitä voimakkaammin mitä suurempi on vapaus- asteiden lukumäärä n(ks. tarkemmin >).

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 50

t-jakauma

t-jakauma jaF-jakauma

• Olkoon t∼t(n).

• Tällöin

• Olkoon F~ F(1, n).

• Tällöin ( ) Ft n

2~ (1, )

t F n

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 51

t-jakauma

t-jakauma ja normaalijakauma 1/2

t-jakauma lähestyy standardoitua normaalijakaumaa, kun vapausasteidenlukumäärä nkasvaa.

• Olkoon t∼t(n).

• Tällöin

missäΦon standardoidun normaalijakaumanN(0, 1) kertymäfunktio.

lim Pr( ) ( )

n t z z

→+∞ ≤ = Φ

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 52

t-jakauma

t-jakauma ja normaalijakauma 2/2

• Koska t-jakauma lähestyy vapausasteiden lukumäärän nkasvaessa standardoitua normaalijakaumaa N(0, 1), voidaan t-jakaumaan liittyvät todennäköisyydet määrätä suurilla vapausasteiden luvuilla standardoidun normaalijakauman avulla.

Normaalijakauma-approksimaatio t-jakaumalle on kohtuullinen jo, kun n= 30, ja riittävä useimpiin tarkoituksiin, kun n> 100.

• Esimerkki:

Edellä esitetyssä kuvassa ei t(100)- ja N(0,1)-jakaumien tiheysfunktioiden kuvaajia pysty erottamaan toisistaan (ks. <).

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta 1/2

• Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta voidaan tehdä jakauman kertymäfunktionavulla.

• Olkoon t∼t(n).

• Olkoon satunnaismuuttujan t kertymäfunktio Ft(x; n) = Pr(t≤x)

• Huomautus 1:

MerkinnälläFt(x; n) on haluttu korostaa t-jakauman riippuvuutta sen vapausasteiden lukumäärästän.

• Huomautus 2:

t-jakauman tiheysfunktion integraalifunktiota ei tunneta, joten t-jakauman kertymäfunktion määräämiseen on

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta 2/2

Kaikkientapahtumien todennäköisyydet saadaan todennäköisyyksistä

Pr(t≤x) = Ft(x;n)

todennäköisyyslaskennan laskusääntöjenavulla.

• Esimerkiksi

Pr(a t b≤ ≤ )=F bt( )−F at( )

(10)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 55

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta:

Taulukot 1/3

t-jakauman taulukotsisältävät tavallisesti argumentin x arvojataulukoituna useille vapausasteiden lukumäärille n, mutta vain muutamalle kertymäfunktion Ftarvolle.

• Siten taulukot mahdollistavat seuraavan tehtävän ratkaisemisen (taulukkokohtaisin rajoituksin):

Määrääx, kun todennäköisyys Pr(t≤x) = Ft(x;n) on annettu.

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 56

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta:

Taulukot 2/3

• Koska t-jakaumaa käytetään tavallisesti väliestimoinnin tai testauksenyhteydessä,t-jakauman taulukoihin on yleensä taulukoitu sellaisia argumentinxarvoja, jotka vastaavat todennäköisyyden

Pr(t≤x) = Ft(x;n) komplementtitodennäköisyyttä

p= Pr(t≥x) = 1 −Ft(x;n)

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 57

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta:

Taulukot 3/3

• Monissa t-jakauman taulukoissa on taulukoitu todennäköisyyksiä

vain, kun x≥0.

• Tällöin todennäköisyydet Pr(t≤ −x) saadaan soveltamalla t-jakauman tiheysfunktion symmetrisyyttä suoran x= 0 suhteen:

Pr( ) 1 t( ; ) p= t x≥ = −F x n

( )

Pr 1 Pr( )

1 Pr( )

Pr( )

t x t x

t x t x p

≤ − = − ≥ −

= − ≤

= ≥

=

TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 58

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta:

Esimerkki

Alueen pinta-ala Pr( 1.812 1.812)

( 1.812;10) ( 1.812;10) 0.95 0.05 0.9

t t

A t F

F

= ≤ ≤ +

= +

=

=

• Kuva oikealla esittää t-jakauman

t(10)

tiheysfunktiotavälillä [0, 4].

t-jakauman taulukoista saadaan:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

t(10)

A= 0.9

−1.812 +1.812

0.05 0.05

t-jakauma

Todennäköisyyksien määrääminen t-jakaumasta:

Ohjelmat

• Olkoon t∼t(n).

• Monet tietokoneohjelmatmahdollistavat seuraavien tehtävien ratkaisemisen:

(i) Määrää todennäköisyys Pr(t≤x) = Ft(x;n) kun xon annettu.

(ii) Määrääx, kun todennäköisyys Pr(t≤x) = Ft(x;n) on annettu.

Viittaukset

LIITTYVÄT TIEDOSTOT

Kahta

Voidaanko ajatella, että rahanheiton tulos on otos jakaumasta, jossa.. klaavoja

luottamusvälin määräämiseksi, kun luottamusvälin pituus on määrätty (2.19) Testi perusjoukon odotusarvolle, kun otos on normaalijakaumasta (2.20) Testi perusjoukon odotusarvolle,

Tarkoitamme satunnaismuuttujien riippumattomuudella sitä, että yhdenkään satunnaismuuttujan saamat arvot eivät riipu siitä, mitä arvoja muut satunnaismuuttujat saavat;

• Johdamme tässä luvussa tavallisimpien diskreettien ja jatkuvien todennäköisyysjakaumien (ks. lukuja Diskreettejä jakaumia ja Jatkuvia jakaumia ) momenttiemäfunktiot..

Tarkoitamme satunnaismuuttujien riippumattomuudella sitä, että yhdenkään satunnaismuuttujan saamat arvot eivät riipu siitä, mitä arvoja muut satunnaismuuttujat saavat;

11 Yhteiskunnallinen ryhmä ja mi- kä tahansa yhteisö on olemassa sen vuoksi, että se tyydyttää niihin keräytyneiden ihmisten tarpeita, sen vuoksi että se on

The Extrinsic Object Construction must have approximately the meaning'the referent ofthe subject argument does the activity denoted by the verb so much or in