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Aufgabe: f(x) = {      x/42 + x+1   für x∈ [-2;0]

                        1-3/2x          für x∈ [0;2/3]

                            0                sonst

Soll in eine definierte Verteilungsfunktion F(x) umgerechnet werden.


Problem/Ansatz: Hallo an Alle, mein Problem ist wie ich diese Formel

F(x) = ∑ xi ≤ x f(xi)  → F(x) = P (X ≤ x) = ∑(xi-x) P (X = xi)  anwenden soll? Das mit dem Integral ist mir nicht ganz verständlich, kann mir das bitte jemand erklären. Als Rechnung.  Danke für die Mühe

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Fehlen in der Darstellung von f(x) irgendwo Klammern?

4 Antworten

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Aloha :)

Uns ist folgende Wahrscheinlichkeitsdichte bekannt:$$f(x)=\left\{\begin{array}{cl}\frac {x^2}{4}+x+1 & \text{für }x\in[-2;0]\\[1ex]1-\frac32x & \text{für } x\in\left[0;\frac23\right]\\[1ex]0 & \text{sonst}\end{array}\right.$$

Die gesuchte Verteilungsfunktion \(F(x)\) gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Zufallsvariable \(X\) einen Wert kleiner als \(X\) annimmt: \(F(X)=P(x<X)\).

Für \(x<-2\) ist die Dichtefunktion \(f(x)=0\), also ist \(F(x<-2)=0\).

Für \(\pink{x\in[-2;0]}\) brauchen wir daher \(f(x)\) nur zu integrieren:$$\small F(x)=\int\limits_{-2}^x\left(\frac{t^2}{4}+t+1\right)dt=\frac14\int\limits_{-2}^x(t+2)^2dt=\frac14\left[\frac13(t+2)^3\right]_{t=-2}^x=\pink{\frac{1}{12}(x+2)^3}$$

Die Wahrscheinlichkeit, dass die Zufallsvariable \(X\) einen negativen Wert \(x\in[-2;0]\) annimmt ist also \(P(X<0)=F(0)=\frac{2^3}{12}=\frac{8}{12}\).

Dies müssen wir bei der Verteilungsfunktion für \(\green{x\in[0;\frac23]}\) beachten:$$\small F(x)=\frac{8}{12}+\int\limits_{0}^{x}\left(1-\frac32t\right)dt=\frac{8}{12}+\left[t-\frac34t^2\right]_{t=0}^x=\frac{8}{12}+x-\frac34x^2=\green{\frac{8+12x-9x^2}{12}}$$

Damit können wir die Verteilungsfunktion vollständig angeben:$$F(x)=\left\{\begin{array}{cl}0 & \text{für }x<-2\\[1ex]\frac{1}{12}(x+2)^3 & \text{für }x\in[-2;0]\\[1ex]\frac{1}{12}(8+12x-9x^2) & \text{für }x\in\left[0;\frac23\right]\\[1ex]1 & \text{für}x\ge\frac23\end{array}\right.$$

Ab \(x\ge\frac23\) ist die Verteilungsfunktion dann \(F(x)=1\).

~plot~ 0*(x<-2)+1/12*(x+2)^3*(x>-2)*(x<0)+1/12*(8+12x-9x^2)*(x>0)*(x<2/3)+1*(x>2/3) ; [[-3|2|-0,1|1,1]] ~plot~

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Du musst f(x) nur integrieren in den jeweiligen Intervallen.

a) x^3/12 +x^2/2+x +C [-2;0]

b) x- 3x^2 +C [0;2/3]

c) 0 +C , sonst

Ich gehe davon aus, du meinst: x^2/4  und (3/2)*x

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Ich gehe davon aus, du meinst: (x/4)2


blob.png


Ich hingegen strebe an, negative Wahrscheinlichkeiten und Wahrscheinlichkeitsdichten zu vermeiden. Denn sie überfordern mich.

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schreibe 1/4 x2 anstatt x/42

Ich nehme an, so steht es auch im Original, denn sonst würde es nicht aufgehen.

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\(\displaystyle \int \limits_{-2}^{0}\left(\frac{1}{4} x^{2}+x+1\right) d x+\int \limits_{0}^{2/3}\left(1-\frac{3}{2} x\right) d x = 1\)

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Abschnittsweise Integrieren

f1(x) = 1/4·x^2 + x + 1
F1(x) = 1/12·x^3 + 1/2·x^2 + x + c mit F(-2) = 0 → c = 2/3
F1(x) = 1/12·x^3 + 1/2·x^2 + x + 2/3

f2(x) = 1 - 3/2·x
F2(x) = - 3/4·x^2 + x + c mit F2(0) = F1(0) --> c = 2/3
F2(x) = - 3/4·x^2 + x + 2/3

Skizze

blob.png

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