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Teoría de la Probabilidad: Concepto de Probabilidad y Experimentos Aleatorios, Apuntes de Estadística

Este documento introduce el concepto de probabilidad y los experimentos aleatorios. Se explica que un fenómeno determinista es predictible, mientras que un fenómeno aleatorio no lo es. Se define la probabilidad como la medida de la incertidumbre y se distinguen experimentos aleatorios y deterministas. Además, se presenta el concepto de espacio muestral y sucesos aleatorios, y se definen diferentes tipos de operaciones con sucesos. Finalmente, se presentan dos enfoques para calcular probabilidades: clásico y frecuencialista.

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 08/06/2021

lore-zapatero
lore-zapatero 🇪🇸

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TEMA 4: TEORÍA DE LA PROBABILIDAD.
¿Qué es la probabilidad?
Fenmeno determinista es aquel que, cuando se reproduce en las mismas condiciones,
podemos predecir con certeza cul va a ser el resultado.
Fenmeno aleatorio es el que en cada manifestacin, aunque se produzca bajo idnticas
condiciones, el resultado no se puede predecir con certeza y slo es conocido tras su
realizacin. Este tipo de fenmenos aleatorios son el objeto de la Estadstica y la
incertidumbre que implican hasta que se plasman en una observacin es la esencia de
la misma.
Para conseguir reducir esa incertidumbre, a cada posible suceso se le asigna un indicador
de las posibilidades que tiene de acontecer y se denomina probabilidad.
La probabilidad es la medida de la incertidumbre.
Experimento aleatorio:
Es aquel que al repetirlo bajo las mismas condiciones:
Se conocen previamente los posibles resultados.
No podemos predecir el resultado. Incertidumbre.
Si los resultados pueden ser distintos y no se sabe cul de ellos aparecer el
experimento se denominar aleatorio y los correspondientes resultados se llamarn
aleatorios.
Si el resultado es siempre el mismo diremos que es cierto o seguro, siendo un
experimento determinista.
Experimento aleatorio: proceso de observar un fenómeno vuyos resultados son
inciertos (fenómeno aleatorio o azar)
Espacio muestral:
Denominaremos espacio muestral al conjunto de todos los posibles resultados de un
experimento aleatorio, E,
llamando a cada uno de los elementos suceso o comportamiento elemental.
Si el experimento consiste, por ejemplo, en lanzar una moneda al aire:
Una sola vez, el espacio muestral E es [c, +]
Si la moneda se lanza dos veces E [cc, c+, +c, ++]
Conjunto de todos los resultados posibles de un experimento aleatorio.
Suceso aleatorio:
Un suceso es un subconjunto del espacio muestral, es decir, un conjunto de sucesos
elementales. Por ejemplo el suceso S = {s1, s2, s3} . Siempre se cumple que S Ω
Un conjunto S1 es un subconjunto de otro conjunto S ( ) si cada elemento de S1
pertenece a S y no todos los
elementos de S pertenecen a S1.
Dos conjuntos S1 y S2 son iguales (S1=S2) si cada elemento de S1 pertenece a S2 y cada
elemento de S2 pertenece a S1. Cuando un conjunto S no contiene ningn elemento se
denomina conjunto vaco
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TEMA 4: TEORÍA DE LA PROBABILIDAD.

¿Qué es la probabilidad? Fenó meno determinista es aquel que, cuando se reproduce en las mismas condiciones, podemos predecir con certeza cuá l va a ser el resultado. Fenó meno aleatorio es el que en cada manifestació n, aunque se produzca bajo idé nticas condiciones, el resultado no se puede predecir con certeza y só lo es conocido tras su realizació n. Este tipo de fenó menos aleatorios son el objeto de la Estadí stica y la incertidumbre que implican hasta que se plasman en una observaci ó n es la esencia de la misma. Para conseguir reducir esa incertidumbre, a cada posible suceso se le asigna un indicador de las posibilidades que tiene de acontecer y se denomina probabilidad. La probabilidad es la medida de la incertidumbre. Experimento aleatorio: Es aquel que al repetirlo bajo las mismas condiciones:

  • Se conocen previamente los posibles resultados.
  • No podemos predecir el resultado. Incertidumbre. Si los resultados pueden ser distintos y no se sabe cuá l de ellos aparecerá el experimento se denominará aleatorio y los correspondientes resultados se llamará n aleatorios. Si el resultado es siempre el mismo diremos que es cierto o seguro , siendo un experimento determinista. Experimento aleatorio: proceso de observar un fenómeno vuyos resultados son inciertos (fenómeno aleatorio o azar) Espacio muestral: Denominaremos espacio muestral al conjunto de todos los posibles resultados de un experimento aleatorio, E , llamando a cada uno de los elementos suceso o comportamiento elemental. Si el experimento consiste, por ejemplo, en lanzar una moneda al aire:
  • Una sola vez, el espacio muestral E es [c, +]
  • Si la moneda se lanza dos veces E [cc, c+, +c, ++] Conjunto de todos los resultados posibles de un experimento aleatorio. Suceso aleatorio: Un suceso es un subconjunto del espacio muestral , es decir, un conjunto de sucesos elementales. Por ejemplo el suceso S = {s 1 , s 2 , s 3 }. Siempre se cumple que S ⊂ Ω Un conjunto S 1 es un subconjunto de otro conjunto S ( ) si cada elemento de S 1 pertenece a S y no todos los elementos de S pertenecen a S 1. Dos conjuntos S 1 y S 2 son iguales (S 1 =S 2 ) si cada elemento de S 1 pertenece a S 2 y cada elemento de S 2 pertenece a S 1. Cuando un conjunto S no contiene ningú n elemento se denomina conjunto vací o

Suceso aleatorio como cada uno de los resultados posibles de un experimento aleatorio. TIPOS DE SUCESOS: Se define suceso aleatorio como cada uno de los resultados posibles de un experimento aleatorio. Operaciones con sucesos: En las operaciones con sucesos es útil recurrir a los diagramas de Venn para la visualización.

  • Diferencia: A – B. Se realiza A pero no B.
  • Unión: A U B. Se realiza A o B. Se verifica de los dos sucesos. Si E= [1,2,3,4,5,6]; y dos sucesos A= [1,2,3,4] y B= [3,4,5] A U B = {1,2,3,4,5}
  • Intersección: A ∩ B. Sucesos Compatibles A ∩ B  0. Se realiza A y B simultáneamente. Sucesos Incompatibles A ∩ B = 0. No se pueden realizar simultáneamente. A y B son incompatibles o disjuntos. Si E= [1,2,3,4,5,6]; y dos sucesos A= [1,2,3,4] y B= [3,4,5] A ∩ B = {3,4,}
  • Inclusión: A ⊂ B (A incluido en B). Siempre que se realiza A, se realiza B.
  • Complementarios: Ā = A* = Ac es el suceso compuesto por los elementos de E que no pertenecen a S. A + Ā = 1 A U Ā = E A ∩ Ā = Ø El complementario de Ā es el suceso.

A medida que aumenta el n ú mero de veces que lanzamos la moneda en cada experimento, la frecuencia relativa se aproxima estrechamente a un valor. Partiendo de esta constancia empí rica, la teorí a frecuentista admite que aumentando indefinidamente en cada experimento el nú mero de veces que se arroja la moneda, en el lí mite llegamos a un nú mero considerado como la probabilidad de obtener cara con esta moneda concreta. Luego, en cuanto a la definició n frecuentista de la probabilidad podemos decir que si n es la frecuencia absoluta del suceso S y N el n ú mero total de veces que se repite el experimento aleatorio, entonces: *Propiedades de las frecuencias: o La frecuencia relativa de un suceso está comprendida entre 0 y 1. o Si un suceso S es la unió n de un nú mero finito de sucesos disjuntos, su frecuencia absoluta (n) es la suma de las frecuencias absolutas de cada uno de los n sucesos, ni, y pasado a frecuencias relativas:

  • Enfoque axiomático: Los axiomas son proposiciones asumidas como ciertas y no demostradas dentro del marco de una teorí a concreta al ser evidentes. Las restantes proposiciones de la teor ía son deducidas de manera ló gica a partir de los axiomas adoptados. En el experimento del dado el espacio muestral es E es [1, 2, 3, 4, 5, 6], y se pueden plantear preguntas como ¿qué probabilidad hay de sacar el nú mero 5? Siendo el nú mero 5 uno de los sucesos elementales del espacio muestral. Sin embargo hay muchas preguntas en las que se formulan sucesos compuestos: (nú mero par), (nú mero distinto de 5), (ningú n nú mero del 1 al 6),...Ninguno de los anteriores sucesos figuran en el espacio muestral E aunque si proceden de ellos. La consecuencia de esto es que el nú mero de sucesos que pueden plantearse en un experimento aleatorio es superior al de sucesos elementales que integran E y se pueden plantear mediante las operaciones de unió n, intersecció n y complementariedad (incluyendo el suceso vací o y el suceso seguro). Esta colecció n de sucesos se designa por la letra Ω. El par (E, Ω) recibe el nombre de espacio probabilizable o medible. EJEMPLO 1: El espacio muestral E=[ blanco, azul, negro ] y la colecció n Ω que puede generarse es: [ ], [blanco] , [azul] , [negro] , [blanco, azul] , [blanco, negro] , [azul, negro] , [blanco, azul, negro]

EJEMPLO 2: Si el espacio muestral E=[ 1,2,3,4], Ω es: [ ], [1] , [2] , [3] , [4] , [1,2] , [1,3] , [1,4] , [2,3] , [2,4] , [3,4] [1,2,3] , [1,2,4] , [1,3,4] , [2,3,4] [1,2,3,4] Axiomática de Kolmogorov: Consta de 3 axiomas: Los 3 conceptos (E, Ω, P) se conoce como espacio de probabilidad. Teoremas del cálculo de probabilidades: A partir de la axiomática de Kolmogorov se deducen una serie de teoremas que explican la estructura del cálculo de probabilidades.

  • Teorema 1 : la probabilidad del suceso imposible es cero: P(Ø) = 0 P(Ø) = 1 – P(E) = 1 – 1 = 0
  • Teorema 2 : la probabilidad de la unión de n sucesos disjuntos S 1 ,…Sn, es giual a la suma de sus probabilidades: Un dado está construido de tal forma que las probabilidades de sus puntuaciones son: P(1)= 0,1, P(2)=0,2, P(3)= 0,3, P(4)= 0,01, P(5)= 0,02, P(6)= 0,37. Calculamos la probabilidad de que al arrojar el dado una vez el nú mero sea par. P(par)= P(2 o 4 o 6)= P(2)+P(4)+P(6) = 0,2+0,01+0,37 = 0,
  • Teorema 3 : La probabilidad de la unión de dos sucesos cualesquiera. 𝑷𝑨∪𝑩 =𝑷𝑨 +𝑷𝑩 −𝑷(𝑨∩𝑩)
  • Teorema 4 : Si un suceso A está contenido en B se verifica que: 𝑨 ⊂ 𝑩 𝑷(𝑨) ≤ 𝑷(𝑩)
  • Teorema 5 : La probabilidad del suceso complementario de un suceso A, A (con raya encima) es: 𝑷(𝑨 ) = 𝟏 − 𝑷(𝑨)