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Probabilità e Statistica, Appunti di Probabilità e Statistica

Le differenze tra probabilità e statistica. La probabilità fornisce gli strumenti matematici per passare dalla popolazione totale a un campione, mentre la statistica fa l'opposto, partendo dal campione per arrivare alla popolazione totale. Vengono presentati i concetti di spazio campionario, sigma algebra, eventi, proprietà della probabilità e variabili aleatorie. Viene inoltre introdotta la formula di Bayes e l'effetto di indipendenza tra eventi. Il testo è arricchito da esempi e formule matematiche.

Tipologia: Appunti

2022/2023

In vendita dal 10/05/2023

michela-antonini
michela-antonini 🇮🇹

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differenza tra probabilità e statistica !
PROBABILITÀ: Dare gli strumenti rigorosi matematici per passare dalla popolazione totale a un campione!
STATISTICA: Fa l’opposto della probabilità, basandosi sulle proprietà della probabilità permette di partire da un
campione per arrivare alla popolazione totale !
!
!
Modello probabilistico: matematicamente ci viene dato attraverso !
la TRIPLETTA DI KOMOGORON !
!
SPAZIO CAMPIONARIO: insieme di tutti i possibili risultati dell’esperimento casuale. !
è finito se contiene un numero finito di casi
è non numerabile se è un intervallo di numeri reali o una regione di !
#esperimento: due lanci successivi della moneta !
!
!
#esperimento: tempo di usura del macchinario !
###intervallo non numerabile (non riusciamo a contare gli elementi) !
uno spazio di omega viene indicato con omega piccolo e viene chiamato REALIZZAZIONE (ciò
che si realizza effettivamente) !
!
SIGMA ALGEBRA: classe di sottoinsiemi di omega !
EVENTI: elementi di effe, proposizione che siamo in grado di dire se è vera o falsa in base al risultato
dell’esperimento !
se w appartiene al sottoinsieme allora l’evento si è realizzato !
se w non appartiene al sottoinsieme allora l’evento non si è realizzato !
!
#se si realizza l’evento A E l’evento B ######intersezione
!se si realizza l’evento A OPPURE l’evento B # ## # # unione
!se A NON si realizza ########complementare
!se A è incompatibile a B #######disgiunti
!
!leggi di MORGAN
!
!PROPRIETÀ DI SIGMA ALGEBRA
1. Sia lo spazio campionario completo che l’insieme vuoto devono appartenere ad effe
2. Se A appartiene a effe allora anche il suo complementare deve appartenere ad A
3. Se un certo numero di sottoinsiemi appartiene a effe allora anche l’unione e l’intersezione dei sottoinsiemi
deve appartenere a effe #######vale anche se la successione è infinita !
PROBABILITÀ: funzione che prendendo un evento gli associa 0 o 1!
#assiomi che la definiscono:
1. La probabilità dello spazio campionario è sempre uguale a 1 — ## SPAZIO CERTO !
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Anteprima parziale del testo

Scarica Probabilità e Statistica e più Appunti in PDF di Probabilità e Statistica solo su Docsity!

differenza tra probabilità e statistica

  • PROBABILITÀ : Dare gli strumenti rigorosi matematici per passare dalla popolazione totale a un campione
  • STATISTICA : Fa l’opposto della probabilità, basandosi sulle proprietà della probabilità permette di partire da un

campione per arrivare alla popolazione totale

Modello probabilistico: matematicamente ci viene dato attraverso

la TRIPLETTA DI KOMOGORON

  • SPAZIO CAMPIONARIO: insieme di tutti i possibili risultati dell’esperimento casuale.

è finito se contiene un numero finito di casi

è non numerabile se è un intervallo di numeri reali o una regione di

esperimento: due lanci successivi della moneta

esperimento: tempo di usura del macchinario

intervallo non numerabile (non riusciamo a contare gli elementi)

uno spazio di omega viene indicato con omega piccolo e viene chiamato REALIZZAZIONE (ciò

che si realizza effettivamente)

  • SIGMA ALGEBRA: classe di sottoinsiemi di omega

EVENTI: elementi di effe, proposizione che siamo in grado di dire se è vera o falsa in base al risultato

dell’esperimento

‣ se w appartiene al sottoinsieme allora l’evento si è realizzato

‣ se w non appartiene al sottoinsieme allora l’evento non si è realizzato

se si realizza l’evento A E l’evento B intersezione

se si realizza l’evento A OPPURE l’evento B unione

se A NON si realizza complementare

se A è incompatibile a B disgiunti

leggi di MORGAN

PROPRIETÀ DI SIGMA ALGEBRA

1. Sia lo spazio campionario completo che l’insieme vuoto devono appartenere ad effe 2. Se A appartiene a effe allora anche il suo complementare deve appartenere ad A 3. Se un certo numero di sottoinsiemi appartiene a effe allora anche l’unione e l’intersezione dei sottoinsiemi

deve appartenere a effe vale anche se la successione è infinita

  • PROBABILITÀ: funzione che prendendo un evento gli associa 0 o 1

assiomi che la definiscono:

  1. La probabilità dello spazio campionario è sempre uguale a 1 — SPAZIO CERTO

PROBABILITA

popolazione campo

statistica

R

F

IP

ma

se x

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x

y

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ETF o.o

Ci O o 1 Ci 1

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A IP r L

cardinalità: insieme degli elementi

  1. Prendendo una qualsiasi successione di eventi di effe a due a due disgiunti ( )

allora la probabilità dall’unione è la somma delle singole probabilità

PROPRIETÀ DELLA PROBABILITÀ

1. La probabilità dell’insieme vuoto è zero

  1. Prendendo due insiemi disgiunti la probabilità dell’unione è uguale alla sommatoria delle singole probabil.

in generale (2):

3. Fissato un evento A (conosciamo la probabilità di A) 4. A implica B (se accade A di sicuri accade anche B) —inclusione 5. Prendiamo due eventi distinti A e B 6. Prendendo due eventi A e B

Esempio: spazio campionario composto da solo due eventi

definizione della funzione: bisogna calcolare le singole probabilità

In generale: se omega è finito allora l’insieme delle parti è l’insieme di tutti i sottoinsiemi di omega

  • per definire la probabilità è sufficiente conoscere

Quindi la probabilità di E è l’unione disgiunta di tutti gli elementi di omega:

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È sufficiente conoscere la probabilità di uno

dei su de elementi per definire la funzione

REGOLA DI MOLTIPLICAZIONE:

prendiamo due eventi A e B (entrambi non trascurabili)

formula delle probabilità totali (o legge delle alternative)

esempio:

condizionando il lancio della moneta:

regola generale delle probabilità totali (partendo dalla partizione di omega)

definizione: partizione di omega

è una famiglia di insiemi tale che l’intersezione è l’insieme vuoto e ricoprono tutto omega

formula delle probabilità totali in generale:

Fissata la tripletta, sia una partizione di omega tale che

regola della moltiplicazione generalizzata:

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tiro una moneta se mi esce testa pesco una pallina

dalla prima urna, se esce croce pesco dalla seconda

Applico la regola della moltiplicazione a un insieme più grande

FORMULA DI BAYERS

Riprendendo l’esempio della moneta e delle urne: voglio trovare un modo per ricondurmi al risultato della moneta

andando a ritroso

in generale: sia la tripletta uno spazio probabilistico + sia una partizione di eventi

esempio:

EFFETTO DI INDIPENDENZA

definizione: dati due eventi A e B si dicono indipendenti se

attenzione: due eventi disgiunti sono indipendenti solo se uno dei due ha probabilità nulla

osservazione se allora

se ho 3 eventi: diciamo che A, B, C sono indipendenti se:

  • A è indipendente da B
  • B è indipendente da C
  • A è indipendente da C

definizione di indipendenza: siano n eventi diciamo che sono indipendenti se qualsiasi

sottoinsieme di indici

VARIABILI ALEATORIE:

Sono delle funzioni che vanno fa uno spazio campionario a uno più grande (indicate con la lettera maiuscola)

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**N.B. *** continuo da qui l’osservazione fatta sulle due precedenti proprietà

Data una funzione che soddisfa le prime due proprietà allora:

Definito lo spazio sia X una variabile aleatoria definisco la funzione

si dice funzione di RIPARTIZIONE

Se X è aleatoria discreta allora ho un modo più semplice per scrivere la funzione di ripartizione:

Esempio delle due monete:

Proprietà della funzione di ripartizione

3 la funzione non è continua però esistono delle priorità di continuità da destra o da sinistra

la funzione è continua da destra

nel caso discreto

dimostrazione

3

Esser

esempio

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Se voglio calcolare la probabilità che la

somma sia 8 basta sommare tutti gli elementi

di V intersecato a B

Tale condizione definisce

una variabile aleatoria

Sono sicura per forza che, essendo una funzione

non decrescente è continua da destra, esiste il

limite che tende a xo da sinistra

Se conosco una singola funzione di ripartizione so calcolare tutte le

probabilità che mi interessano facendo la differenza tra i valori della funzione

Nota bene: sia X una V.a. discreta con funzione di ripartizione Fx

VALORE ATTESO DI UNA VARIABILE ALEATORIA o MEDIA ( caso discreto)

  1. se V è finito:

esempio:

il valore atteso della variabile aleatoria non è necessariamente un valore assunto dalla variabile stessa

  1. Se V è numerabile:

se è assolutamente convergente

altrimenti

Proprietà di

2. linearità della media

esempio: (lancio la menta due volte e ogni volta che esce testa mi danno 3€)

3. Sia X:

g(x) è una variabile aleatoria

Variabile aleatoria:

Descritta completamente da densità o funzione di ripartizione

Le sue caratteristiche: valore atteso, varianza (spiegano come si comporta una variabile aleatoria)

VARIANZA DI UNA VARIABILE ALEATORIA X ( DISCRETA )

Sia X una variabile aleatoria discreta con si dice varianza di X la quantità:

e si calcola come

Per essere definita dev’essere assolutamente convergente

Proprietà di varianza:

1. È necessariamente positiva 2. Modo più semplice per scriverla

I 3

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C’è solo un salto e

vale esattamente 1

valori assunti dalla

variabile aleatoria X

proprietà della variabile geometrica:

dimostrazione: è equivalente a dire

Perché sappiamo che:

voglio dimostrare che:

variabile di Poisson

fissato e V =

Densità discreta:

Valore atteso:

Varianza:

viene utilizzata per modellizzare gli eventi rari

fissato k

variabile aleatoria ipergeometrica

Densità discreta:

Valore atteso:

VETTORI ALEATORI: tale vettore aleatorio si dice discreto se entrambe le componenti sono discrete

Oppure (definizione più generale):

EI

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Se gli eventi sono tanti la probabilità

che avvengono è molto bassa

X approssima una v.a.

binomiale Xn per n grande

insiemi al più numerabili tali che

densità congiunta discreta: è la funzione

proprietà:

densità marginali: sia (X,Y) una v.a. discreta con densità congiunta si chiamano densità marginali le seguenti

funzioni e definite come segue

VARIABILI ALEATORIE CONTINUE: si dice assolutamente continua se esiste una funzione

detta densità continua tale che

esempio

proprietà della densità:

differenze fondamentali tra v.a. continue e discrete

  1. interpretazione della densità

IV

V IP XEVI L IPC Eva

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Pca EX E b

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Varianza:

Funzione di ripartizione:

variabile esponenziale: modellizza il tempo di vita di un qualsiasi oggetto non soggetto a usura

Densità discreta:

Valore atteso:

Varianza:

Funzione di ripartizione:

Proprietà dell’assenza di memoria (dimostrazione)

variabile normale (o gaussiana) :

X si dice variabile aleatoria gaussiana di parametri

Densità discreta:

proprietà della variabile aleatoria normale

Var X b

a

a

x

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b

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Vortex Vartoztu

02 Vai z

02

La densità la ricavo sempre

derivando la funzione di ripartizione

quantile di coda destra di ordine di

normale STANDARD

Densità discreta:

Valore atteso:

Varianza:

Funzione di ripartizione

proprietà della normale standard

quantile di coda destra di ordine

per la normale

VETTORI ALEATORI CONTINUI:

def. sia si dice densità continua BIDIMENSIONALE (congiunta) se

Def. definisco (X,Y) vettore aleatorio continuo se esiste una funzione densità continua

proprietà dei vettori aleatori continui:

1. X è una v.a. continua di cui conosco la densità:

3 X Nin

a

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Fx

A

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P

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L

y 8

y dy

Non si può scrivere

in maniera esplicita

ma esistono delle

tavole (della

normale standard)

Se la covarianza è positiva le variabili sono positivamente correlate

Se la covarianza è negativa le variabili sono negativamente correlate

Se la covarianza è uguale a 0 le variabili non sono correlate

Proprietà della covarianza:

1 simmetria

dimostrazione 10

def. siano X,Y variabili aleatorie continue

definisco il coefficiente di correlazione

allora esistono a, b tali che

dimostrazione

5 se X e Y sono indipendenti allora la covarianza è uguale a zero

dimostrazione 13

v

a continue

car x 4 x mx

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p

x

y

o con cx.ms

o

Var

x

4 Varca

varca 2 con Cx 4

Mx

TEEN

My

IEExt

mx

My

Varcata ETA U Ax

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y

my

acx

uxscy.mg

varco varca zcovcx.us

EEx.gs muy

Cor

x

y E

Ex 93

any

many muy

0

Esempio: età e numero di scale che si

salgono senza fermarsi. Più aumenta

una più diminuisce l’altra

nota bene: se la covarianza è nulla non è detto che siano indipendenti

VETTORI N-DIMENSIONALI ALEATORI

n variabili aleatorie discrete o continue, diciamo che le variabili aleatorie sono indipendenti se

somme di variabili aleatorie indipendenti e notevoli

Per induzione potremmo dimostrare che

3. Siano

In generale

TEOREMI LIMITE:

Def. si dice successione di variabili aleatorie indipendenti e identicamente distribuite se:

1 qualsiasi sottogruppo di variabili aleatorie è una famiglia di variabili aleatorie indipendenti

2 hanno tutte la stessa legge hanno quindi stessa varianza e stessa media

Legge dei grandi numeri (formulazione debole)

Sia una successione di variabili aleatorie i.i.d. con media e varianza

allora possiamo definire

In generale non ha una legge nota

many many

0

x XN

EE

tw

f

czii

Lacza Lacan

Hai aw eri

x X2 3

conoscoeaeegge

W xitxztxsceeg.ge

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a

Benny

a

legge

diritta

Wax x e o 1,

SCO

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pt

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p

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i Pax o a 1 ipex i Xa c ap

g

P

x

I

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PCW x O Hx

0.1.

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Xo ti Ben Cps

ti i _n indio

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nonvazepertureee

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complementare

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Ging

PCI xn mi

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gigoopcixn.nl

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0

ELENI N Varcen

gr

Xu

L

exit tw FIN

Indipendenti

Indipendenti

Media pesata dei risultati

degli esperimenti

STATISTICA INFERENZIALE

presa una popolazione rappresentabile da una v.a. X di cui conosciamo alcune caratteristiche

esempio: X è esponenziale ma non conosco il parametro. La statistica estraendo un campione casuale e usando i

valori ottenuti dal campione stima le caratteristiche mancanti.

def. data una popolazione X con funzione di ripartizione si dice campione casuale di taglia n una n-pula

di una variabile aleatoria iid con legge

La statistica usa i dati per:

  • cercare possibili valori di
  • validare modelli con assegnato

STIMATORI:

Si chiama stimatore di parametro una funzione del campione

usata per fare inferenza di

N.B. osservo il campione inserisco i valori ottenuti nella funzione

esempio: ho una moneta truccata di cui non conosco

stimatore corretto

stimatore distorto

Stimatori speciali (media e varianza campionaria):

Sia campione da distribuzione con media e varianza incognite

scelgo come stimatore di

scelgo come stimatore di

proprietà della media campionaria

Fx

Cx tw Fx

o

o

Cx xn

O

Cx xD

xi.az

_xD

e no _a

ottengoeastimaace

valoreincognito

PER

LIETTE

Ber

x xn Xi

Bercy

zxitxg.i.tw

H

x _xD

stimatore

amen

mia

3

Caixa

tu

sax xo

media

bias

e

o OCA o nonostante

N O

LEO x

xn o

μ

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i

xi xD Fx μ

o

e

a

M

Xo

È

i

mediacampionaria

è

n

O 5

È

Cx Io

no

no

ampio

netti

con crisi iid

correnopeau

2 ELENI LEE ht HN

I

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Exo

ng

μ

stimatore

2 Var In 02in

errore

quadratica medio

percacesseacigranainumeri

KE

o lim

ns.olPCxw

u E Io

campione di una variabile aleatoria iid

stimatore consistente

per il teorema del limite centrale

proprietà della varianza campionaria

Stimatore consistente

uno stimatore è consistente se

ERRORE QUADRATICO MEDIO

errore medio di uno stimatore:

Chi quadro di grado n

Densità discreta:

Valore atteso:

Varianza:

* non è simmetrico quindi il quantile di coda destra e sinistra sono diversi *

t-di student

Densità discreta:

Valore atteso:

Varianza:

Quantili:

CASO PARTICOLARE

campione normale

xn a Niu

no

San

2

n 2

iI

Xi Xa

a

Isee

vacce atteso

I SI

02

E

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figo

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Xo

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0

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x xD 01 IET

Cxn.xw

III

L

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zia ZE zar

È

zia

variabile

aleatoria

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O

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In

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12

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Istantedi

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normalizzazione

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42

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stimatore corretto