Funzioni che generano momenti: 13 fatti importanti

Funzione generatrice di momenti    

La funzione generatrice del momento è una funzione molto importante che genera i momenti della variabile casuale che coinvolgono media, deviazione standard e varianza ecc., quindi con l'aiuto solo della funzione generatrice del momento, possiamo trovare i momenti base così come i momenti superiori. In questo articolo noi vedrà le funzioni di generazione del momento per le diverse variabili casuali discrete e continue. Poiché la funzione di generazione del momento (MGF) è definita con l'aiuto delle aspettative matematiche indicate da m (t) come

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e usando la definizione di aspettativa per la variabile casuale discreta e continua questa funzione sarà

gif.latex?M%28t%29%3D%5Cleft%5C%7B%5Cbegin%7Barray%7D%7Bll%7D%20%5Csum %7Bx%7D%20e%5E%7Bt%20x%7D%20p%28x%29%20%26%20%5Ctext%20%7B%20if%20%7D%20X%20%5Ctext%20%7B%20is%20discrete%20with%20mass%20function%20%7D%20p%28x%29%20%5C%5C%20%5Cint %7B

che sostituendo il valore di t come zero genera rispettivi momenti. Questi momenti dobbiamo raccogliere differenziando questa funzione generatrice di momenti ad esempio per primo momento o media che possiamo ottenere differenziando una volta come

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Questo dà il suggerimento che la differenziazione è intercambiabile sotto l'aspettativa e possiamo scriverla come

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ed

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se t=0 i momenti precedenti saranno

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ed

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In generale possiamo dire che

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quindi

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Funzione generatrice del momento della distribuzione binomiale||Funzione generatrice del momento della distribuzione binomiale||MGF della distribuzione binomiale||Media e varianza della distribuzione binomiale utilizzando la funzione generatrice del momento

La funzione generatrice del momento per la variabile casuale X che è distribuzione binomiale seguirà la funzione di probabilità della distribuzione binomiale con i parametri n e p come

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che è il risultato del teorema binomiale, ora differenziando e ponendo il valore di t=0

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che è il mezzo o il primo momento della distribuzione binomiale allo stesso modo il secondo momento sarà

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quindi la varianza della distribuzione binomiale sarà

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che è la media e la varianza standard della distribuzione binomiale, allo stesso modo anche i momenti più alti possiamo trovare usando questa funzione generatrice di momenti.

Funzione generatrice di momenti di Poisson distribuzione||Poisson funzione generatrice del momento di distribuzione||MGF of Poisson distribuzione||Media e varianza della distribuzione di Poisson utilizzando la funzione generatrice di momenti

 Se abbiamo la variabile casuale X che è distribuita da Poisson con il parametro Lambda, allora la funzione generatrice del momento per questa distribuzione sarà

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ora differenziando questo darà

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questo da

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che dà la media e la varianza per la distribuzione di Poisson stessa che è vera

Funzione generatrice del momento della distribuzione esponenziale||Esponenziale funzione generatrice del momento di distribuzione||MGF of Esponenziale distribuzione||Media e varianza di Esponenziale distribuzione usando la funzione generatrice di momenti

                La funzione generatrice del momento per la variabile casuale esponenziale X seguendo la definizione è

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qui il valore di t è inferiore al parametro lambda, ora differenziando questo darà

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che fornisce i momenti

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chiaramente

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Quali sono la media e la varianza della distribuzione esponenziale.

Funzione generatrice del momento della distribuzione normale||Normal funzione generatrice del momento di distribuzione||MGF of Normal distribuzione||Media e varianza di Normale distribuzione usando la funzione generatrice di momenti

  La funzione generatrice di momenti per le distribuzioni continue è uguale a quella discreta quindi la funzione generatrice di momenti per la distribuzione normale con funzione di densità di probabilità standard sarà

questa integrazione possiamo risolverla aggiustando come

%202%7D%20%5Cend%7Barray%7D

poiché il valore dell'integrazione è 1. Quindi la funzione generatrice dei momenti per la variabile normale standard sarà

%202%7D

da questo possiamo ricavare per ogni variabile aleatoria normale generale la funzione generatrice dei momenti usando la relazione

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così

%202%7D%20%5C%5C%20%26amp%3B%3De%5E%7B%5Cleft%5C%7B%5Cfrac%7B%5Csigma%5E%7B2%7D%20t%5E%7B2%7D%7D%7B2%7D+%5Cmu%20t%5Cright%5C%7D%7D%20%5Cend%7Baligned%7D

così la differenziazione ci dà

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così

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quindi la varianza sarà

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Funzione generatrice del momento di Somma di variabili casuali

I Funzione generatrice di momenti della somma delle variabili casuali dà proprietà importante che è uguale al prodotto della funzione generatrice dei momenti delle rispettive variabili casuali indipendenti cioè per le variabili casuali indipendenti X e Y quindi la funzione generatrice dei momenti per la somma della variabile casuale X+Y è

Funzione generatrice di momenti
MGF DI SOMMA

qui le funzioni generatrici di momento di ciascuna X e Y sono indipendenti dalla proprietà dell'aspettativa matematica. In successione troveremo la somma delle funzioni di generazione del momento di diverse distribuzioni.

Somma di variabili casuali binomiali

Se le variabili casuali X e Y sono distribuite per distribuzione binomiale con i parametri (n,p) e (m,p) rispettivamente, allora la funzione generatrice dei momenti della loro somma X+Y sarà

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dove i parametri per la somma sono (n+m,p).

Somma di variabili casuali di Poisson

La distribuzione per la somma delle variabili casuali indipendenti X e Y con rispettive medie che sono distribuite dalla distribuzione di Poisson la possiamo trovare come

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Dove

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è la media della variabile casuale di Poisson X+Y.

Somma di variabili casuali normali

     Considera l'indipendente normali variabili casuali X e Y con i parametri

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quindi per la somma delle variabili casuali X+Y con parametri

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quindi la funzione generatrice dei momenti sarà

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che è una funzione generatrice di momenti con media e varianza additiva.

Somma del numero casuale di variabili casuali

Per trovare la funzione di generazione del momento della somma del numero casuale di variabili casuali assumiamo la variabile casuale

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dove le variabili casuali X1,X2, … sono sequenze di variabili casuali di qualsiasi tipo, che sono indipendenti e identicamente distribuite allora la funzione generatrice del momento sarà

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Che dà la funzione generatrice dei momenti di Y sulla differenziazione come

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quindi

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allo stesso modo la differenziazione due volte darà

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che danno

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quindi la varianza sarà

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Esempio di variabile casuale Chi-quadrato

Calcola la funzione generatrice dei momenti della variabile casuale Chi-quadrato con n gradi di libertà.

Soluzione: si consideri la variabile casuale Chi-quadrato con n gradi di libertà per

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la sequenza delle variabili normali standard allora la funzione generatrice del momento sarà will

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così dà

%202%7D%20%5Cend%7Baligned%7D

la densità normale con media 0 e varianza σ2 integra a 1

%202%7D

che è la funzione generatrice del momento richiesta di n gradi di libertà.

Esempio di variabile casuale uniforme

Trova la funzione generatrice di momento della variabile casuale X che è distribuita in modo binomiale con i parametri n e p dati i condizionale variabile casuale Y=p sull'intervallo (0,1)

Soluzione: trovare la funzione generatrice dei momenti della variabile casuale X data Y

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utilizzando la distribuzione binomiale, sin Y è la variabile casuale Uniforme sull'intervallo (0,1)

gif.latex?%5Cbegin%7Barray%7D%7Bl%7D%20E%5Cleft%5Be%5E%7Bt%20X%7D%5Cright%5D%3D%5Cint %7B0%7D%5E%7B1%7D%5Cleft%28p%20e%5E%7Bt%7D+1 p%5Cright%29%5E%7Bn%7D%20d%20p%20%5C%5C%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Be%5E%7Bt%7D 1%7D%20%5Cint %7B1%7D%5E%7Be%5E%7Bt%7D%7D%20y%5E%7Bn%7D%20d%20y%5C%5C%20%3D%5Cfrac%7B1%7D%7Bn+1%7D%20%5Cfrac%7Be%5E%7Bt%28n+1%29%7D 1%7D%7Be%5E%7Bt%7D

Funzione generatrice del momento articolare

La funzione generatrice del momento congiunto per il numero n di variabili casuali X1,X2,…,Xn

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dove1,t2,……Tn sono i numeri reali, dalla funzione generatrice del momento congiunta possiamo trovare la funzione generatrice del momento individuale come

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Teorema: Le variabili casuali X1,X2,…,Xn sono indipendenti se e solo se la funzione generatrice di mementi congiunta

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Dimostrazione: Assumiamo che le variabili casuali date X1,X2,…,Xn sono indipendenti allora

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Supponiamo ora che la funzione generatrice del momento articolare soddisfi l'equazione

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  • per dimostrare le variabili casuali X1,X2,…,Xn sono indipendenti abbiamo il risultato che la funzione generatrice del momento comune fornisce in modo univoco la distribuzione congiunta (questo è un altro risultato importante che richiede una dimostrazione) quindi dobbiamo avere una distribuzione congiunta che mostra che le variabili casuali sono indipendenti, quindi la condizione necessaria e sufficiente è dimostrata.

Esempio di funzione generatrice del momento articolare

1.Calcula la funzione di generazione del momento articolare della variabile casuale x+y e x-y

Soluzione: Poiché la somma delle variabili casuali X+Y e la sottrazione delle variabili casuali XY sono indipendenti come per le variabili casuali indipendenti X e Y, la funzione generatrice del momento congiunta per queste sarà

%202%7D%20%5C%5C%20%26amp%3B%3De%5E%7B2%20%5Cmu%20t+%5Csigma%5E%7B2%7D%20t%5E%7B2%7D%7D%20e%5E%7B%5Csigma%5E%7B2%7D%20s%5E%7B2%7D%7D%20%5Cend%7Baligned%7D

poiché questa funzione generatrice di momenti determina la distribuzione congiunta, quindi da questo possiamo avere X+Y e XY sono variabili casuali indipendenti.

2. Considera per l'esperimento il numero di eventi contati e non contati distribuiti per distribuzione di Poisson con probabilità pe media λ, mostra che il numero di eventi contati e non contati sono indipendenti con rispettive medie λp e λ(1-p).

Soluzione: considereremo X come il numero di eventi e Xc il numero di eventi contati quindi il numero di eventi non contati è XXc,la funzione di generazione del momento articolare genererà il momento

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e dalla funzione generatrice dei momenti della distribuzione binomiale

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e togliere le aspettative da questi darà

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Conclusione:

Utilizzando la definizione standard di funzione generatrice di momenti sono stati discussi i momenti per le diverse distribuzioni come binomiale, poisson, normale ecc. e la somma di queste variabili casuali è stata ottenuta con la funzione generatrice di momenti discreta o continua per quelle e la funzione generatrice di momenti congiunta Esempi adatti, se hai bisogno di ulteriori letture, passa attraverso i libri.

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