Uitwerking Tentamen Inleiding Kansrekening 11 juni 2015, uur Docent: Prof. dr. F. den Hollander

Vergelijkbare documenten
Hertentamen Inleiding Kansrekening 5 juli 2017, 14:00 17:00 Docent: Prof. dr. F. den Hollander

Tentamen Inleiding Kansrekening 16 juni 2017, 14:00 17:00 Docent: Prof. dr. F. den Hollander

Uitwerking Hertentamen Inleiding Kansrekening 6 juli 2015, uur Docent: Prof. dr. F. den Hollander

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit Wiskunde en Informatica

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit Wiskunde en Informatica

Tentamen Inleiding Kansrekening wi juni 2010, uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit Wiskunde en Informatica

Tentamen Voortgezette Kansrekening (WB006C)

Tentamen Inleiding Kansrekening 25 juni 2009, uur Docent: F. den Hollander

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit Wiskunde en Informatica

Kansrekening en stochastische processen 2DE18

Tentamen Kansrekening (NB004B)

Cursus Statistiek Hoofdstuk 4. Statistiek voor Informatica Hoofdstuk 4: Verwachtingen. Definitie (Verwachting van discrete stochast) Voorbeeld (1)

Tentamen Inleiding Kansrekening 11 augustus 2011, uur

Tentamen Kansrekening en Statistiek (2WS04), woensdag 30 juni 2010, van uur.

b) Uit Bayes volgt, gebruik makend van onderdeel a) P (T V )P (V ) P (T ) = (0.09)(0.07)

Kansrekening en stochastische processen 2DE18

Kansrekening en stochastische processen 2S610

Gezamenlijke kansverdeling van twee stochasten

Tentamen Kansrekening en Statistiek (2WS04), dinsdag 17 juni 2008, van uur.

Radboud Universiteit Nijmegen Heyendaalse weg 135

Set 3 Inleveropgaven Kansrekening (2WS20) Opgaven met sterretjes zijn lastiger dan opgaven zonder sterretje.

OefenDeeltentamen 2 Kansrekening 2011/ Beschouw een continue stochast X met kansdichtheidsfunctie cx 4, 0 x 1 f X (x) = f(x) = 0, anders.

Tentamen Kansrekening en Statistiek MST 14 januari 2016, uur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Kansrekening en statistiek wi2105in deel I 29 januari 2010, uur

Het tentamen heeft 25 onderdelen. Met ieder onderdeel kan maximaal 2 punten verdiend worden.

Deze week: Verdelingsfuncties. Statistiek voor Informatica Hoofdstuk 5: Verdelingsfuncties. Bernoulli verdeling. Bernoulli verdeling.

Tentamen Inleiding Kansrekening 12 augustus 2010, uur Docent: F. den Hollander

Kansrekening en statistiek WI2105IN deel I 4 november 2011, uur

Bekijk nog een keer het stelsel van twee vergelijkingen met twee onbekenden x en y: { De tweede vergelijking van de eerste aftrekken geeft:

Voorbeeld 1. Statistiek voor Informatica Hoofdstuk 3: Stochastische Variabelen en Verdelingen. Voorbeeld 2A. Voorbeeld 1 (vervolg)

Examen Statistiek I Feedback

WI1708TH Analyse 2. College 5 24 november Challenge the future

Statistiek voor A.I. College 6. Donderdag 27 September

Schrijf boven elk vel je naam, studentnummer en studierichting (W, N of I). Het is toegestaan een (grafische) rekenmachine te gebruiken.

Vandaag. Onderzoeksmethoden: Statistiek 2. Basisbegrippen. Theoretische kansverdelingen

UitwerkingenOefenQuiz Kansrekening 2009

Overzicht Fourier-theorie

Opgaves Hoofdstuk 3: Toevalsveranderlijken en Distributiefuncties

Technische Universiteit Delft. ANTWOORDEN van Tentamen Gewone differentiaalvergelijkingen, TW2030 Vrijdag 30 januari 2015,

Tentamen Statistische methoden MST-STM 8 april 2010, 9:00 12:00

Voorbehouden voor de correctoren Vraag 1 Vraag 2 Vraag 3 Vraag 4 Vraag 5 Totaal. Toets Kansrekenen I. 28 maart 2014

Statistiek voor Natuurkunde Opgavenserie 1: Kansrekening

Kansrekening en Statistiek

Set 2 Inleveropgaven Kansrekening (2WS20)

Introductie tot traditionele herverzekering

Wiskundige Technieken 1 Uitwerkingen Tentamen 4 november 2013

Hoofdstuk 5. Toevalsveranderlijken en waarschijnlijkheidsdistributies. Marnix Van Daele. Vakgroep Toegepaste Wiskunde en Informatica Universiteit Gent

Hertentamen WISN102 Wiskundige Technieken 2 Di 17 april 13:30 16:30

Kansrekening en stochastische processen 2S610

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE Afdeling Kwantitatieve Economie

Tentamen Mathematische Statistiek (2WS05), dinsdag 3 november 2009, van uur.

Deze week: Schatten. Statistiek voor Informatica Hoofdstuk 6: Schatten. Voorbeeld Medicijnentest. Statistische inferentie

Deeltentamen 2 Algemene Statistiek Vrije Universiteit 18 december 2013

VU University Amsterdam 2018, juli 11.

Statistiek voor A.I. College 4. Donderdag 20 September 2012

Tentamen Functies en Reeksen

Deze week: Steekproefverdelingen. Statistiek voor Informatica Hoofdstuk 7: Steekproefverdelingen. Kwaliteit van schatter. Overzicht Schatten

Toegepaste Wiskunde 2: Het Kalman-filter

Medische Statistiek Kansrekening

De Wachttijd-paradox

Je mag Zorich deel I en II gebruiken, maar geen ander hulpmiddelen (zoals andere boeken, aantekeningen, rekenmachine etc.)!

TENTAMEN ANALYSE 1. dinsdag 3 april 2007,

. Dan geldt P(B) = a d. 3 8

Kansrekening en Statistiek

Formules uit de cursus Waarschijnlijkheidsrekenen en statistiek

P (X n+1 = j X n = i, X n 1,..., X 0 ) = P (X n+1 = j X n = i). P (X n+1 = j X n = i) MARKOV KETENS. Definitie van Markov keten:

Oefenopgaven Grondslagen van de Wiskunde A

module SC 12 Inleiding Risicotheorie donderdag 7 november uur

III.2 De ordening op R en ongelijkheden

Hoofdstuk 7 : Continue distributies als stochastische modellen. Marnix Van Daele. Vakgroep Toegepaste Wiskunde en Informatica Universiteit Gent

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Wiskunde en Informatica

Zo geldt voor o.o. continue s.v.-en en X en Y dat de kansdichtheid van X + Y gegeven wordt door

Kansrekening en Statistiek

3. Bepaal de convergentie-eigenschappen (absoluut convergent, voorwaardelijk convergent, divergent) van de volgende reeksen: n=1. ( 1) n (n + 1)x 2n.

Department of Mathematics Exam: Voortgezette biostatistiek / Biomedische wiskunde VU University Amsterdam 2017, Juni 7

= P(B) = 2P(C), P(A B) = 1 2 en P(A C) = 2 5. d. 31

UNIVERSITEIT TWENTE Faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica

Relevante vragen , eerste examenperiode

VU University Amsterdam 2018, Maart 27

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

Hoofdstuk 4: Aanvullende Begrippen (Extra Oefeningen)

168 HOOFDSTUK 5. REEKSONTWIKKELINGEN

Tussentoets Analyse 1

Inleiding Applicatie Software - Statgraphics

Je hebt twee uur de tijd voor het oplossen van de vraagstukken. µkw uitwerkingen. 12 juni 2015

Huiswerk Hints&Tips Analyse 2, College 26

Definities, stellingen en methoden uit David Poole s Linear Algebra A Modern Introduction - Second Edtion benodigd voor het tentamen Matrix Algebra 2

Kanstheorie, -rekenen en bekende verdelingen

1 WAAM - Differentiaalvergelijkingen

HERTENTAMEN WISKUNDIGE BEELDVERWERKINGSTECHNIEKEN

20 OKTOBER y 2 xy 2 = 0. x y = x 2 ± 1 2. x2 + 8,

Statistiek voor A.I. College 9. Donderdag 11 Oktober

VU University Amsterdam 2019, maart 28.

Inleiding Applicatie Software - Statgraphics. Beschrijvende Statistiek

Tentamen Statistische methoden MST-STM 1 juli 2010, 9:00 12:00

Statistiek voor A.I.

Wiskundige Technieken

Transcriptie:

Uitwerking Tentamen Inleiding Kansrekening juni 25,. 3. uur Docent: Prof. dr. F. den Hollander () [6] Zij F een gebeurtenissenruimte. Laat zien dat voor elke B F de verzameling G {A B : A F} opnieuw een gebeurtenissenruimte is. Volgens Definitie. van het boek moeten we laten zien dat G: () niet leeg is; (2) gesloten is onder het nemen van complementen; (3) gesloten is onder het nemen van aftelbare verenigingen. Eigenschap () geldt omdat F niet leeg is. Eigenschap (2) geldt omdat Ω\(A B) (Ω\A) (Ω\B) en F aan eigenschappen (2) en (3) voldoet. Eigenschap (3) geldt omdat i(a i B) ( ia i ) B en F aan eigenschap (3) voldoet. (2) [7] Een zuivere dobbelsteen wordt 3 keer gegooid. Zij A ij de gebeurtenis dat worp i en worp j dezelfde uitkomst opleveren. Laat zien dat A ij, i < j 3, paarsgewijs onafhankelijk zijn, maar niet onafhankelijk. Zij X m de uitkomst van worp m. Dan hebben we A ij {X i X j }. Voor i < j 3 geldt dat P(A ij ) P(X i X j ) 6 P(X i X j u) u 6 ( 6 )2. 6 Voor i < j 3 en k < l 3 met (i, j) (k, l) geldt dat P(A ij A kl ) P(X i X j, X k X l ) u P(X X 2 X 3 ) 6 ( 6 )3 ( 6 )2, dus is er paarsgewijze onafhankelijkheid (zie Definitie.38 van het boek). Anderzijds geldt ook dat P(A 2 A 23 A 3 ) P(X X 2 X 3 ) ( 6 )2, dus is er geen tripelgewijze onafhankelijkheid. (3) [8] Zij X een stochast met een continue cumulatieve kansverdelingsfunctie F X. Geef formules voor de cumulatieve kansverdelingsfuncties van de volgende stochasten:

(a) sin X. (b) F X (X). (a) Zij Y sin X. Dan F Y (y) P(Y y) P(sin X y) volgens Definitie 5.2 van het boek. Er geldt, [ y (, ], F Y (y) j Z FX (b(y) + 2πj) F X (a(y) + 2πj) ], y (, ),, y [, ), met a(y) < b(y) de twee waarden in [, 2π) waarvoor sin a(y) sin b(y) y. De bewering is evident voor y (, ] en y [, ) (inclusief de randwaarden omdat F X continu is). Voor y (, ) geldt dat sin x y dan en slechts dan als x j Z [a(y) + 2πj, b(y) + 2πj]. (b) Zij Y F X (X). Dan F Y (y) P(Y y) P(F X (X) y) P(X u(y)) F X (u(y)) met u(y) sup{u R: F X (u) y}. Als F X strikt stijgend op R is, dan is u de inverse functie horend bij de functie F X, en geldt dat F X (u(y)) y voor alle y (, ). We vinden dan dus dat F Y (y) y, m.a.w. de stochast Y is uniform verdeeld op (, ). Als F X niet strikt stijgend op R is, dan geldt hetzelfde omdat F X rechtscontinu is. Dit is met behulp van approximatie eenvoudig af te leiden. Merk op dat het eindresultaat niet van de keuze van F X afhangt. (4) [6] X is een stochast met cumulatieve kansverdelingsfunctie F X. Geef de cumulatieve kansverdelingsfuncties van de volgende drie stochasten: (a) X + max{, X}. (b) X min{, X}. (c) X X + + X. (a) Schrijf F X +(x) P(X + x) P(max{, X} x). Er geldt {, x (, ), F X +(x) F X (x), x [, ). Deze bewering is evident voor x (, ). Voor x [, ) geldt P(max{, X} x) P(max{, X} x, X ) + P(max{, X} x, X > ) P(X ) + P(X x, X > ) P(X x). 2

(b) Het bewijs verloopt analoog. Er geldt {, x (, ), F X (x) F X ( x), x [, ). Er geldt F X (x) F X +(x) F X (x). Deze bewering is evident voor x (, ), want dan zijn beide termen. Voor x [, ) hebben we F X (x) P( X x) P( x X x) P(X x) P(X > x) F X (x) [ F X ( x)]. (5) [8] Een machine gaat kapot na T dagen, waarbij T kansmassafunctie f T heeft. Gegeven dat de machine na t dagen nog werkt, bereken het gemiddeld aantal dagen na dag t dat de machine nog blijft werken wanneer f T gelijk is aan: (a) f T (s) /N, s {,..., N}, N N. (b) f T (s) ( 2 )s, s N. (a) De gevraagde conditionele verwachting is gelijk aan (zie Definitie 6.68 van het boek) E(T t T > t) E((T t)+ ) st+ (s t)f T (s) P(T > t) st+ f T (s) N st+ (s t) (N t)[ + (N t)] 2 N st+ N t (b) Nu geldt (N t + ), < t < N. 2 E(T t T t) st+ (s t)( 2 )s st+ ( 2 )s u u( 2 )u u ( 2. )u 2 Dit is de verwachting van de geometrische verdeling met parameter 2 Voorbeeld 2.36 van het boek). (6) [8] X,..., X n zijn onafhankelijke stochasten, waarbij X k Bernoulli verdeeld is met parameter p k (, ). 3 (zie

(a) Bereken de verwachting en de variantie van de som n k X k. (b) Laat zien dat voor vaste verwachting de variantie maximaal is dan en slechts dan wanneer alle p k aan elkaar gelijk zijn. (a) Noteer S n n k X k. Dan geldt (zie p. 5 van het boek) E(S n ) Var(S n ) E(X k ) k p k, k Var(X k ) k p k ( p k ). (b) Zij K de stochast die met kans n de waarde p k, k n, aanneemt. Met behulp van Jensen s ongelijkheid (Stelling 7.67 van het boek) volgt dan dat n k p 2 k E(K 2 ) E(K) 2 k ( n ) 2 p k, waarbij het gelijkteken geldt dan en slechts dan wanneer K constant is, d.w.z. p k p voor alle k n en zekere p (, ). De laatste ongelijkheid kan gelezen worden als k n Var(S n) ( ) 2 n E(S n) n E(S n), en dus is voor vaste verwachting de variantie maximaal dan en slechts dan wanneer alle p k aan elkaar gelijk zijn. (7) [8] Voor welke waarden van C zijn de volgende functies kansdichtheidsfuncties? (a) f(x) C/ x( x), x (, ). (b) f(x) C exp[ x exp( x)], x R. Hint: Gebruik transformatie van variabelen. (a) Transformeer van x naar θ via x sin 2 θ. Omdat dx dθ sin 2 θ cos 2 θ, vinden we Cdx π/2 2C sin θ cos θ dθ x( x) sin θ cos θ 4 π/2 2 sin θ cos θ en 2Cdθ πc.

Derhalve is C /π. Merk op dat we hier te maken hebben met de BETAverdeling met parameters s t (zie p. 69 van het boek). De waarde van 2 C die bij deze kansverdeling hoort is gelijk aan Γ()/Γ( 2 )2 /π. Transformeer van x naar y e x. Omdat dy dx e x y, geldt dy dx C e x e x ( y) C y e y C dy e y C. R (8) [8] X en Y hebben gezamenlijke kansdichtheidsfunctie f X,Y (x, y) λ 2 e λy, x y. (a) Bereken f X (x), de marginale kansdichtheidsfunctie van X. (b) Bereken f Y X (y x) f X,Y (x, y)/f X (x), de conditionele kansdichtheidsfunctie van Y gegeven X x. (a) Bereken (zie p. 88 van het boek) f X (x) f X,Y (x, y) dy R en f X (x) elders. (b) Er volgt dat en f Y X (y x) elders. x λ 2 e λy dy λe λx, x, f Y X (y x) λ2 e λy λe λx λe λ(y x), x y, (9) [8] X is standaard normaal verdeeld, d.w.z. f X (x) (2π) /2 exp[ 2 x2 ], x R. Laat zien dat voor elke c > de stochast { X, X < c, Y X, X c, opnieuw standaard verdeeld is, en bereken de covariantie van X en Y. Schrijf (zie p. 67 van het boek) { P(X (x, x + dx]), x ( c, c), f Y (x)dx P(Y [x, x + dx)) P(X ( x dx, x]), x R\( c, c). De eerste regel is gelijk aan f X (x)dx, de tweede f X ( x)dx. Omdat f X (x) f X ( x) voor alle x R, volgt dat het rechterlid gelijk is aan F X (x) voor alle 5

x R. De covariantie van X en Y is gelijk aan (zie Stelling 5.58 en p. 5 van het boek) E(XY ) E(X) E(Y ) dx xy(x) f X (x), met y(x) x als x < c en y(x) x als x c. De integraal is gelijk aan dx x 2 f X (x) dx x 2 f X (x) ( c,c) 2 R\( c,c) R\( c,c) R dx x 2 f X (x) 4 De integraal kan niet in gesloten vorm worden uitgerekend. c dx x2 2π e 2 x2. () [8] X en Y zijn onafhankelijk en exponentieel verdeeld met parameters λ X (, ) en λ Y (, ). Zij U min{x, Y }, V max{x, Y } en W V U. (a) Bereken P(X Y ). (6) Laat zien dat U en W onafhankelijk zijn. (a) De gezamenlijke kansdichtheidsfunctie van het paar X, Y is (zie Voorbeeld 5.6 en p. 88 van het boek) f X,Y (x, y) λ X e λ Xx λ Y e λ Y y, x, y, en f X,Y (x, y) elders. Hieruit leiden we af dat P(X Y ) dx dy f X,Y (x, y) { x y} (b) Schrijf uit R F U,W (u, w) P(U u, W w) R dx λ X e λ Xx dx λ X e (λ X+λ Y )x x dy λ Y e λ Y y λ X λ X + λ Y. P ( min{x, Y } u, max{x, Y } min{x, Y } w ) u dx w+x x dy f X,Y (x, y) + 6 u dy w+y y dx f X,Y (x, y).

De eerste integraal is gelijk aan u dx λ X e λ Xx [ e λ Y x e λ Y (w+x) ] λ X λ X + λ Y [ e (λ X +λ Y )u ] [ e λ Y w ], de tweede integraal (verwissel λ X, λ Y en x, y) u dy λ Y e λ Y y [ e λ Xy e λ X(w+y) ] λ Y λ X + λ Y [ e (λ X +λ Y )u ] [ e λ Xw ]. We vinden dus dat F U,W (u, w) [ ] e (λ X +λ Y )u ( ) λ X [ e λ Y w ] + λ X [ e λ Y w ]. λ X + λ Y Omdat dit het product is van twee functies die alleen van u, respectievelijk, alleen van w afhangen, geldt volgens Stellingen 3.6 en 6.3 van het boek dat U en W onafhankelijk zijn. () [6] Bereken de kansgenererende functie van de negatieve binomiale verdeling f(k) ( k n ) p n ( p) k n, k n, n+,..., met parameters p (, ) en n N. Hint: Gebruik de identiteit ( n ) l l ( x) l ( x) n, n N, x [, ]. De kansgenererende functie wordt gegeven door ( ) k G(s) s k f(k) s k p n ( p) k n n k kn ( ) k (ps) n [s( p)] n k n kn ( ) n ps ( ) k p n ( p) n k, p n kn waar we de nieuwe variable p ( p)s invoeren. De laatste som is gelijk aan vanwege de normalisatie van de negatieve binomiale verdeling (zie p. 27 7

van het boek): ( ) k f(k) p n ( p) k n p n n k kn ( n p n l l ( ) n + l ( p) l l l ) [ ( p)] l p n [ ( p)] n. Hier gebruiken we de identiteit ( ) n + l (n + l )(n + l 2) n l l! We vinden dus dat l n( n ) ( n l + ) ( ) l! ( ) n ps G(s). ( p)s ( ) n ( ) l. l Merk op dat dit de n-de macht is van de kansgenererende functie van de geometrische verdeling f GEO (k) p( p) k, k, 2,..., met parameter p (, ). Dat komt omdat een een negatief bionomiaal verdeelde stochast de som is van n onafhankelijke copieën van een geometrisch verdeelde stochast (zie Voorbeeld 2.22 van het boek). (2) [6] Zij X n de maximum worp uit n N worpen met een zuivere dobbelsteen. Laat zien dat (X n ) n N een Markovketen is, en bereken de overgangskansen P(X n+ j X n i), i, j 6. Zij W i de uitkomst van worp i. Dan geldt X n max{w,..., W n }. Derhalve X n+ max{x n, W n+ }, en dus, j < i, P(X n+ j X n i) P(max{i, W n+ } j) i, j i, 6, j > i. 6 Merk op dat de rijsommen van deze matrix tot optellen (zie Propositie 2.3 van het boek). (3) [8] Een deeltje voert een stochastische wandeling uit op de hoekpunten van een vierkant. Bij elke stap heeft het: kans om te pauzeren en voor elk van 4 de twee aangrenzende hoekpunten kans 3 om naar dat hoekpunt te springen. 8 8

(a) Bereken het gemiddeld aantal stappen voordat het deeltje terugkeert naar waar het start. (b) Bereken het gemiddeld aantal stappen voordat het deeltje het diagonaal tegenoverliggende hoekpunt bereikt. (a) Vanwege de symmetrie van het vierkant volstaat het om te kijken naar de afstand van het deeltje tot zijn startpunt. Dat is een Markovketen op de toestandsruimte S {,, 2} met overgangskansen p p p 22 4, p p 2 3 4, p p 2 3 8. Zij E x het gemiddeld aantal stappen voordat het deeltje bereikt startend in x {,, 2}. Dan gelden de drie relaties E, E p ( + E ) + p ( + E ) + p 2 ( + E 2 ), E 2 p 2 ( + E ) + p 22 ( + E 2 ). De oplossing is E, E 4, E 2 6. Het gemiddeld aantal stappen 3 voordat het deeltje terugkeert naar als het start in is gelijk aan p ( + ) + p ( + E ) 4. Merk op dat dit aansluit bij Stelling 2.83, die zegt dat de gemiddelde terugkeertijd naar toestand i S gelijk is aan /π i, met π (π i ) i S de stationaire verdeling ( invariante verdeling). Voor de stochastische wandeling op het vierkant is die gelijk aan (,,, ), voor de gereduceerde Markovketen 4 4 4 4 (,, ). 4 2 4 (b) Het gemiddeld aantal stappen voordat het deeltje 2 bereikt vanuit is, vanwege symmetrie, gelijk aan het gemiddeld aantal stappen voordat het deeltje bereikt vanuit 2. Dat laatste is gelijk aan E 2. (4) [5] Laat zien dat intercommunicerende toestanden van een Markovketen dezelfde periode hebben. Dit is het eerste onderdeel van Stelling 2.75 van het boek. Gegeven twee toestanden i en j zodanig dat i j. Dan bestaan er m, n N zodanig dat p ij (m)p ji (n) α >. In het bijzonder geldt dat p ii (m + r + n) p ij (m)p jj (r)p ji (n) αp jj (r) voor alle r N. Door r te kiezen volgt dat 9

d i m+n (d i is een deler van m+n), waar d i de periode van i is. Nu redeneren we als volgt. Voor alle r N geldt d i r d i m + r + n p ii (m + r + n) p jj (r) d j r. Derhalve d i d j. Door i en j te verwisselen vinden we ook dat d j d i, en dus concluderen we dat d i d j.