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Aufgabe:

Aufgabe zu stetigen Zufallsgrößen.

Gegeben ist nur der dargestellte Graph als Trapez (nicht maßstäblich!)

blob.png


Zu ermitteln sind die Dichtefunktion f(x), Verteilungsfunktion F(x), der Parameter "w", der Erwartungswert EX und die Streuung D2 X


Mein Ansatz wäre folgender:

die Intervallgrenzen liegen bei -t ≤x≥ +t

Ich würde die Flächenformel des Trapez als Grundlage für die Dichtefunktion nutzen.

f(x) = \( \frac{1}{2} \) *(a+c) *h und mir irgendwie die definierte Eigenschaft der Dichtefunktion zu nutze machen:  \(\int\limits_{a}^{b} \) f(x) dx = 1    - Fläche unter der Dichtefunktion f(x) im Intervall - t bis +t ist 1 

Das ist eine schwierige Aufgabe für mich, kann mir jemand auf die Sprünge helfen und erklären?

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Aloha :)

Der Anstieg von \(f(x)\) ist eine Gerade mit Startpunkt \((-t|0)\) und Endpunkt \((-\frac{1}{2}t|w)\). Würde man diese Gerade bis zur \(y\)-Achse verlängern, würde sie diese in der Höhe \(2w\) schneiden. Daher ist die Geradengleichung:$$f(x)=\frac{w-0}{-\frac{1}{2}t-(-t)}x+2w=\frac{2w}{t}\,x+2w\quad;\quad x\in\left[-t\bigg|-\frac{1}{2}t\right]$$

Im Bereich \(x\in\left[-\frac{1}{2}t\bigg|\frac{1}{2}t\right]\) ist \(f(x)=w\).

Im Bereich \(x\in\left[\frac{1}{2}t\bigg|t\right]\) fällt die Dichtefunktion linear ab, wie sie zuvor linear angestiegen ist:$$f(x)=-\frac{2w}{t}\,x+2w\quad;\quad x\in\left[\frac{1}{2}t\bigg|t\right]$$

Die gesamte Fläche unter der Dichtefunktion beträge \(\frac{3}{2}tw\). Der Kehrwert \(\frac{2}{3tw}\) dient daher als Normierungsfaktor, sodass wir die Dichtefunktion wie folgt zusammenfassen können

$$f(x)=\left\{\begin{array}{ccl}0 & \text{falls} & x<-t\\\frac{4}{3t}\left(1+\frac{x}{t}\right)&\text{falls} & -t\le x<-\frac{t}{2}\\[0.5ex]\frac{2}{3t}&\text{falls} &-\frac{t}{2}\le x\le\frac{t}{2}\\[0.5ex]\frac{4}{3t}\left(1-\frac{x}{t}\right)&\text{falls}&\phantom{-}\frac{t}{2}<x\le t\\0 & \text{falls} & x>t\end{array}\right.$$

~plot~ 4/6*(1+x/2)*(-2<=x)*(x<=-1) ; 2/6*(-1<=x)*(x<=1) ; 4/6*(1-x/2)*(1<=x)*(x<=2) ; [[-2,5|2,5|0|0,4]] ~plot~

Damit kannst du nun weiterrechnen:

1) Die Verteilungsfunktion ist nun:\(\quad F(x)=\int\limits_{-t}^x f(y)dy\quad;\quad x\in[-t|t]\)

2) Der Parameter \(w\) ist beliebig, aber positiv, weil er durch die Normierung wegfällt.

3) Der Erwartungswert ist:\(\quad\mu=\int\limits_{-t}^t xf(x)dx\)

4) Die Varianz ist:\(\quad V=\left(\int\limits_{-t}^t x^2f(x)dx\right)-\mu^2\)

Die Freude am Ausrechnen möchte ich dir aber nicht nehmen ;)

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\( \frac{1}{2} \) *(a+c) *h\)

Einsetzen von

        \(a = 2t,c = \frac{2}{3}t, h=w\)

ergibt einen Flächeninhalt von

        \(\frac{1}{2} \cdot\left(2t+\frac{2}{3}t\right) \cdot w\).

Also muss

        \(\frac{1}{2} \cdot\left(2t+\frac{2}{3}t\right) \cdot w = 1\)

sein. Löse diese Gleichung um \(w\) zu bestimmen.

Die Dichtefunktion ist

        \(f(x)=\begin{cases}0&x < -t\\\frac{w-0}{-\frac{1}{3}t - (-t)}\cdot\left(x - \left(-t\right)\right)&-t\leq x < -\frac{1}{3}t\\w&-\frac{1}{3}t \leq x < \frac{1}{3}t\\\frac{0-w}{t -\frac{1}{3}t}\cdot\left(x - t\right)&\frac{1}{3}t \leq x < t\\0&t\leq x\end{cases}\)

Die Verteilungsfunktion

        \(F(x) = \int\limits_{-\infty}^{x}f(z)\,\mathrm{d}z\)

wird ebenfalls abschnittsweise definiert.

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DAnke, ich versuchs nachzuvollziehen.

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