Statistica.

Schede di studio e quiz

Lezione 13Macroargomento 2 · Variabili aleatorie

Lezione 13. Esercitazione sulle variabili aleatorie assolutamente continue

In questa lezione

  1. Che cosa dice la formula di trasferimento?
  2. Quanto valgono valor medio e varianza delle leggi continue principali?
  3. Come si calcolano i conti principali?
  4. Come si trova la costante di una densità e il suo valor medio?
  5. Che cosa succede quando un momento è infinito?
  6. Quali sono le trappole tipiche per i concetti di questa lezione?
  7. Quiz della lezione (10 domande)

1. Che cosa dice la formula di trasferimento?

Se XX è assolutamente continua con densità fXf_X e gg è misurabile: E[g(X)]=∫Rg(s) fX(s) ds,E[g(X)]=\int_{\mathbb R}g(s)\,f_X(s)\,ds, quando l'integrale di g+fXg^+f_X o di g−fXg^-f_X è finito. È l'analogo di E[g(X)]=∑xg(x)pX(x)E[g(X)]=\sum_xg(x)p_X(x) per le discrete.

Dimostrazione in tre passi (come per la linearità):

  1. gg a scala: E[∑ciχAi(X)]=∑ciP(X∈Ai)=∑ci∫AifXE[\sum c_i\chi_{A_i}(X)]=\sum c_iP(X\in A_i)=\sum c_i\int_{A_i}f_X.
  2. g≥0g\ge0: si approssima dal basso con funzioni a scala gn↑gg_n\uparrow g e si usa la convergenza monotona.
  3. gg qualsiasi: si scrive g=g+−g−g=g^+-g^-.

2. Quanto valgono valor medio e varianza delle leggi continue principali?

Si usa Var[X]=E[X2]−E[X]2\mathrm{Var}[X]=E[X^2]-E[X]^2.

LeggeE[X]E[X]E[X2]E[X^2]Var[X]\mathrm{Var}[X]
Uniforme [a,b][a,b]a+b2\dfrac{a+b}2a2+ab+b23\dfrac{a^2+ab+b^2}3(b−a)212\dfrac{(b-a)^2}{12}
Esponenziale Exp(λ)\mathrm{Exp}(\lambda)1λ\dfrac1\lambda2λ2\dfrac2{\lambda^2}1λ2\dfrac1{\lambda^2}
Normale N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2)μ\muσ2+μ2\sigma^2+\mu^2σ2\sigma^2
Gamma Γ(α,λ)\Gamma(\alpha,\lambda)αλ\dfrac\alpha\lambdaα(α+1)λ2\dfrac{\alpha(\alpha+1)}{\lambda^2}αλ2\dfrac\alpha{\lambda^2}

Momenti della Gamma. E[Xk]=α(α+1)⋯(α+k−1)λkE[X^k]=\dfrac{\alpha(\alpha+1)\cdots(\alpha+k-1)}{\lambda^k}. Con α=1\alpha=1 si ritrovano quelli dell'esponenziale.

Uniforme, momenti. E[Xn]=bn+1−an+1(n+1)(b−a)E[X^n]=\dfrac{b^{n+1}-a^{n+1}}{(n+1)(b-a)}.

3. Come si calcolano i conti principali?

CalcoloTecnica
E[X]E[X] esponenzialePer parti: ∫0∞xλe−λxdx=∫0∞e−λxdx=1λ\int_0^\infty x\lambda e^{-\lambda x}dx=\int_0^\infty e^{-\lambda x}dx=\frac1\lambda
E[X]E[X] normaleSi scrive x=(x−μ)+μx=(x-\mu)+\mu: il primo pezzo è dispari e si annulla
Var\mathrm{Var} normaleCambio s=(x−μ)/(2σ)s=(x-\mu)/(\sqrt2\sigma) e per parti: ∫s2e−s2ds=π2\int s^2e^{-s^2}ds=\frac{\sqrt\pi}2
E[X]E[X] GammaPer parti, o Γ(α+1)=αΓ(α)\Gamma(\alpha+1)=\alpha\Gamma(\alpha)

4. Come si trova la costante di una densità e il suo valor medio?

Esercizio 1. fX(x)=c x∣log⁡x∣f_X(x)=c\,x|\log x| su (0,2](0,2].

  1. Primitiva per parti: ∫xlog⁡x dx=x22log⁡x−x24\int x\log x\,dx=\frac{x^2}2\log x-\frac{x^2}4.
  2. ∫01xlog⁡x=−14\int_0^1x\log x=-\frac14 e ∫12xlog⁡x=2log⁡2−34\int_1^2x\log x=2\log2-\frac34, quindi ∫02x∣log⁡x∣=2log⁡2−12\int_0^2x|\log x|=2\log2-\frac12.
  3. c=(2log⁡2−12)−1≈1,128c=\big(2\log2-\frac12\big)^{-1}\approx1{,}128.
  4. E[X]=c(83log⁡2−23)=43E[X]=c\big(\frac83\log2-\frac23\big)=\frac43.
  5. E[log⁡X]=(2log⁡2−1)24log⁡2−1≈0,084E[\log X]=\dfrac{(2\log2-1)^2}{4\log2-1}\approx0{,}084 (sostituzione x=esx=e^s).

5. Che cosa succede quando un momento è infinito?

DensitàCostanteE[X]E[X]E[X2]E[X^2]
c(1+x2)2\dfrac{c}{(1+x^2)^2}c=2πc=\frac2\pi0 (funzione dispari)1
c(1+x2)3/2\dfrac{c}{(1+x^2)^{3/2}}c=12c=\frac120 (funzione dispari)+∞+\infty

Nel secondo caso x2fX(x)∼12∣x∣x^2f_X(x)\sim\frac1{2|x|} all'infinito, che non è integrabile. È una v.a. con valor medio finito ma varianza infinita.

Per la prima densità xnfX(x)∼xn−4x^nf_X(x)\sim x^{n-4}: i momenti di ordine n≥3n\ge3 non esistono (finiti).

Regola pratica. Se fX(x)∼∣x∣−pf_X(x)\sim|x|^{-p} all'infinito, E[∣X∣n]<∞E[|X|^n]<\infty se e solo se n<p−1n<p-1.

6. Quali sono le trappole tipiche per i concetti di questa lezione?

7. Quiz della lezione (10 domande)

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