Simula 04.ppt [Modo de Compatibilidade] - pucrs.br · Lognormal Normal Pareto ... exponencial de...

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1 Prof. Lorí Viali, Dr. [email protected] http://www.pucrs.br/famat/viali/ Prof. Lorí Viali, Dr. – Faculdade de Matemática - Departamento de Estatística - PUCRS Prof. Lorí Viali, Dr. – Faculdade de Matemática - Departamento de Estatística - PUCRS Beta Cauchy Erlang Exponencial F (Snedekor) Gama Gumbel Laplace Logística Lognormal Normal Pareto Qui-quadrado - χ 2 Student -t Uniforme Weibull Prof. Lorí Viali, Dr. – Faculdade de Matemática - Departamento de Estatística - PUCRS Prof. Lorí Viali, Dr. – Faculdade de Matemática - Departamento de Estatística - PUCRS A distribuição Beta apresenta normalmente duas expressões. Uma denominada de fórmula geral e outra de forma padrão. A forma padrão definida no em [0; 1] é mais utilizada.

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  • 11

    Prof. Lor Viali, [email protected]

    http://www.pucrs.br/famat/viali/

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Beta

    Cauchy

    Erlang

    Exponencial

    F (Snedekor)

    Gama

    Gumbel

    Laplace

    Logstica

    Lognormal

    Normal

    Pareto

    Qui-quadrado - 2

    Student - t

    Uniforme

    Weibull

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A distribuio Beta apresenta

    normalmente duas expresses. Uma

    denominada de frmula geral e outra de

    forma padro. A forma padro definida

    no em [0; 1] mais utilizada.

  • 22

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    A expresso geral da fdp Beta dada

    por:

    >

    = ++

    c.c. 0

    0, e bx a se )ab(),(B

    x)-(ba)-(x)x(f 1

    1-1

    =

    1

    0

    1-1 dxx)-(1x),(B

    Onde:

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    A funo Beta foi

    introduzida pela primeira

    vez por Euler.

    =

    1

    0

    1-1 dxx)-(1x),(B

    Leonhard

    Euler(1707 - 1783)

    ),(B),(B = = /1)1,(B

    )(

    )()(),(B

    +

    =

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    A funo densidade de probabilidade

    da Beta padro dada por:

    >

    =

    c.c. 0

    0, e 1x 0 se ),(B

    x)-(1x)x(f

    1-1

    )(

    )().(dxx)-(1x),(B

    1

    0

    1-1+

    ==

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    Os parmetros de > 0 e > 0 so

    os de forma. Os valores a e b

    representam os extremos da

    distribuio. No formato padro a = 0

    e b = 1.

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    Para a descrio de tempos para

    completar tarefas no planejamento e

    projeto de sistemas. Usada extensivamente

    em PERT/CPM.

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    0,00

    0,30

    0,60

    0,90

    1,20

    1,50

    1,80

    2,10

    2,40

    2,70

    0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

    B(0; 0)

    B(1; 1)

    B(2;2)

    B(1; 2)

    B(2: 1)

    B(5; 2)

  • 33

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    0,00

    0,30

    0,60

    0,90

    1,20

    1,50

    1,80

    2,10

    2,40

    2,70

    0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

    B(0; 1)

    B(1; 0)

    B(0; 2)

    B(2; 0)

    B(3; 1)

    B(1; 3)

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    Determinar a representao grfica da

    B(0,5; 0,5).

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    No existe uma expresso

    analtica para F(x) genrica. Se a e b

    so inteiros, uma expanso Binomial

    pode ser utilizada para obter F(x).

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    )X(E +

    ==

    A expectncia ou valor esperado da

    Distribuio Beta dada por:

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    A Varincia da Distribuio da Beta

    dada por:

    )()1(

    V(X) 2

    2

    +++

    ==

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    Considerando uma B(; ),

    determinar:

    (1) A moda;(2) A mediana;(3) A assimetria;(4) A curtose;(5) O coeficiente de variao.

  • 44

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    1 se modalA

    1 e 1

    1 e 1 1

    1 e 1

    1 e 1 0

    1 e 1 se 1 e 0

    1 e 1 se 2

    1

    o

    o

    o

    o

    ==

    =>

    =

  • 55

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    A distribuio de Cauchy

    tambm denominada de

    Lorentziana a distribuio do

    quociente de variveis normais

    padro independentes.

    Baron

    Augustin Louis Cauchy

    (1789 -1857)

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    Entre os fsicos ela conhecida

    como distribuio de Lorentz ou de

    Breit-Wigner. Ela importante por que

    a soluo de uma equao diferencial

    que descreve a ressonncia forada.

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    A expresso geral da distribuio de

    Cauchy :

    0 , x

    1

    1)x(f

    2>

    +

    =

    ou

    0 , ])x([

    )x(f22

    >+

    =

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    Os parmetros so que de

    localizao e que o de escala.

    Se = 0 e = 1, ento tem-se a

    distribuio de Cauchy Padro.

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    A funo densidade de

    probabilidade da Cauchy Padro

    dada por:

    R x para )e1(

    1)x(f

    x 2

    +=

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    -0,1

    0,1

    0,3

    0,5

    0,7

    -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

    C(-1; 0,5)

    C(0; 1)

    C(1,5; 1)

    C(2; 2)

  • 66

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    A FD da Cauchy :

    0 R, x para -x

    arctg 1

    2

    1)x(F >

    +=

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    0,0

    0,5

    1,0

    -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

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    A distribuio de Cauchy no tem

    valor esperado, i.e. mdia.

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    A distribuio de Cauchy no

    apresenta varincia.

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    Considerando uma C(; ),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose;

    (5) O coeficiente de variaoProf. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    == oo

    Essa distribuio no apresenta

    momentos finitos. A mdia e o desvio

    padro podem ser assumidos como

    sendo e respectivamente.

  • 77

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    Gerar 10000 valores de uma

    C(1; 2). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

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    )]}5,0u([tg{) ;(C +

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    +

    +

    =

    +

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    Expectncia ou Valor esperado

    Varincia

    2n ,2n

    n)X(E >

    =

    )4 - )(n2 - m(n

    )2 - n(m n2 = Var(X)2 +

    m o grau deliberdade donumerador e n dodenominador

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    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    0 3 6 9 12 15

    F(1, 3) - F(2, 5) - F(5, 10) - F(20, 20)

  • 1010

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    O que tabelado a percentil 95%

    ou 99% - rea direita de cada curva

    (uma para cada par de valores

    numerador, denominador) igual a 5% e

    1%, isto , x tal que P[F(m, n) x] = 5%

    ou P[F(m, n) x] = 1%.

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    Gerar 1000 valores de uma

    F(3; 2). Apresentar os resultados de

    forma tabular e grfica, calculando

    todas as principais medidas.

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    A gerao de uma F(m, n) feita

    atravs da relao com a distribuio

    Qui-Quadrado.

    =

    =

    =

    =2n

    2m

    2n

    2m

    n

    1i

    2i

    m

    1i

    2i

    m

    n

    n

    m

    Zn1

    Zm

    1

    ~)n,m(F

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    dxex)n( x01n =

    Para se definir a Distribuio

    Gama necessrio definir inicialmente

    a Funo Gama.

    para n > 0

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    Se n um inteiro positivo, ento:

    (n) = (n - 1)(n - 1)

    A funo Gama recursiva, isto :

    G(n) = (n 1)!

  • 1111

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    1dxe)1( 0x ==

    E uma vez que :

    A funo gama uma

    generalizao do Fatorial.

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    2

    1=

    Verificar, ainda, que:

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    c.c. 0

    0 x se e)x()r(

    )x(f x1r

    =

    >

    =

    Uma vez definida a Funo Gama,

    pode-se definir, ento, a Distribuio

    Gama:

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    Onde os parmetros r > 0 e

    > 0 so denominados de

    parmetro de forma (r) e

    parmetro de escala ().

    Se r for inteiro ento a

    distribuio Gama denominada

    de distribuio de Erlang.

    AgnerKrarupErlang(1878 1929)

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    Existe uma relao bastante

    prxima entre a Gama e a

    Exponencial. Se r = 1, a

    distribuio gama se reduz a uma

    exponencial.

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    Se uma varivel aleatria X a soma

    de r variveis independentes e

    exponencialmente distribudas cada uma

    com parmetro , ento X tem uma

    densidade Gama com parmetros r e .

  • 1212

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    0,00

    0,20

    0,40

    0,60

    0,80

    1,00

    0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

    G(1; 1)

    G(1; 2)

    G(1; 3)

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    0,00

    0,10

    0,20

    0,30

    0,40

    0,50

    0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

    G(2; 1)

    G(3; 1)

    G(5; 1)

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    A funo F(x) dada por:

    0 x se 0

    0 x sedu eu)( (r)

    -1

    )x(Fu-1-r

    x

    >=

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    Se r um inteiro positivo a FDA pode

    ser integrada por partes fornecendo:

    0 x se /k!x)( e1)x(Fk1r

    0k

    x >=

    =

    que a soma dos termos de uma Poisson

    com mdia x. Assim a FDA da Poisson

    pode ser usada para avaliar a Gama.

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    A vida de equipamento eletrnico dada

    por Y = X1 + X2 + X3 + X4, a soma das vidas

    de seus componentes. Os componentes so

    independentes, cada um tendo tempo de falha

    exponencial com mdia entre falhas de 4

    horas. Qual a probabilidade de que o

    sistema opere pelo menos 24 horas sem

    falhas?

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    Como r = 4, ento a FDA da Gama

    dada por:

    0 x se /k!(x/4) e1)x(F k3

    0k

    4/x >==

    que a soma dos termos de uma Poisson

    com mdia x = 24/4 = 6.

  • 1313

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    %12,15

    )/k!6 e(

    )24(F1)24Y(P

    k3

    0k

    6

    =

    ==

    ==>

    =

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    0,00

    0,20

    0,40

    0,60

    0,80

    1,00

    0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

    G(2; 1)

    G(3; 1)

    G(5; 1)

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    rdx)x(f.x)X(E ===

    +

    A expectncia ou valor esperado de

    uma Distribuio Gama dada por:

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    A Varincia da Distribuio Gama

    dada por:

    r V(X) 2

    2 ==

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    Gerador

    Para gerar valores de uma VAC

    Gama, uma possibilidade utilizar o

    seguinte algoritmo:

    (i) Gerar r nmeros aleatrios:

    u1, u2, ..., ur.

    (ii) Calcular Li = -ln(1- ui) para i = 1,

    2, ..., r.

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    (iii) Somar todos os Li, isto , fazer S

    = Soma dos Li;

    (iv) Determinar S/ como um valor da

    distribuio G(r, ).

    Esse algoritmo vale para valores

    de r inteiros e no muito eficiente

    para r grande, mas o mais simples.

  • 1414

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    )ln(1

    ),(1

    =

    r

    i

    iUrE

    Resumindo: uma maneira de gerar

    valores de uma G(, r) dado por:

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    A distribuio de Gumbel

    tambm conhecida como

    distribuio de Valores

    Extremos, log-Weibull ou

    Fisher-Tippet. Seu nome

    uma homenagem a Emil J.

    Gumbel.

    Leonard

    Henry Caleb Tippett

    (1902 -1985)

    Emil Julius

    Gumbel(1891 - 1966)

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    A distribuio tem duas formas.

    Uma baseada no menor extremo e a

    outra no maior. Elas so denominadas

    de casos mnimo e mximo

    respectivamente.

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    A distribuio utilizada na

    Indstria em aplicaes de Controle de

    Qualidade. Nas cincias ambientais

    utilizada para modelar valores extremos

    associados com enchentes e

    precipitaes pluviomtricas.

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    A expresso da distribuio deGumbel (caso mnimo) :

    0 e-exp-x

    exp 1

    )x(f-x

    >

    =

    A expresso da distribuio deGumbel (caso mnimo) :

    0 e-exp-x

    exp 1

    )x(f-x

    >

    =

  • 1515

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    Os parmetros so que de

    localizao e que o de escala.

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    Se = 0 e = 1 ento a distribuio

    de Gumbel assume a forma:

    ==

    -xy onde R y para ee)y(f e-y

    y

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    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

    G(-0,5; 0,5)

    G(0; 1)

    G(0,5; 1,5)

    G(1: 2)

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    -0,1

    0,0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

    G(-0,5; 0,5)

    G(0; 1)

    G(0,5; 1,5)

    G(1: 2)

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    A FD da Distribuio de Gumbel :

    0 para eexp1)x(Fx

    >

    =

    ==

    -x y onde e1)x(F e

    y

    ou

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    0,00,10,20,3

    0,40,50,6

    0,70,80,91,0

    -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

    G(-1; 01,)

    G(-0,5; 0,5)

    G(0; 1)

    G(0,5; 1,5)

    G(1; 2)

  • 1616

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    0,00,1

    0,20,3

    0,40,50,6

    0,70,8

    0,91,0

    -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

    G(-1; 01,)

    G(-0,5; 0,5)

    G(0; 1)

    G(0,5; 1,5)

    G(1; 2)

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    =+== )1( E(X) '

    onde (1) a derivada de (n) quando

    n = 1, isto , (1) = -0,577216 = =

    constante de Euler.

    A expectncia ou valor esperado da

    distribuio de Gumbel dado por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Varincia da Distribuio de

    Gumbel dada por:

    6)(

    V(X) 2

    2 ==

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    Considerando uma G(; ),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose;

    (5) O coeficiente de variao

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    =+= 3665,0))]2[ln(ln(e

    1395,1

    6.

    6

    )(

    404114,22

    3

    32

    31 =

    =

    =

    =

    4632,36

    =o

    4,5

    6)(

    20

    )(3

    2 2

    4

    42

    42 =

    =

    =

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    Gerar 10000 valores de uma

    G(-2; 2). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

  • 1717

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    +

    u1

    1lnln);(G

    Valores da distribuio de Gumbel

    podem ser gerados atravs do mtodo

    da inverso:

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    A distribuio de Laplace

    se origina da diferena entre

    duas VA exponenciais IID.

    um movimento Browniano

    avaliado em um tempo

    aleatrio exponencialmente

    distribudo.

    Pierre

    Simon Marquis de Laplace

    (1749 -1827)

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    A distribuio conhecida tambm

    pelo nome de Exponencial Dupla,

    embora esse nome tambm seja

    aplicado a distribuio de valores

    extremos. conhecida ainda por

    Exponencial de Dupla Cauda e

    Exponencial Bilateral.

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    A expresso da distribuio de

    Laplace :

    0 2

    e

    -xexp

    21

    )x(f

    x

    >

    =

    =

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    Os parmetros so que de

    localizao e que o de escala.

  • 1818

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    Se = 0 e = 1 ento a distribuio

    de Laplace assume a forma

    R x para 2

    e)x(fx

    =

    Essa distribuio , s vezes,denominada de primeira lei do Erro dePoisson.

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    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

    La(-1; 0,5)

    La(0; 1)

    La(1,5; 1)

    La(2; 2)

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    A FD da Distribuio de Laplace :

    x se -x

    exp 2

    11

    x se -x

    exp 2

    1

    )x(F

    >

    =

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    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

    La(-1; 0,5)

    La(0; 1)

    La(1,5; 1)

    La(2; 2)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    E(X) ==

    A Expectncia da distribuio de

    Laplace dada por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A varincia da distribuio de

    Laplace dada por:

    2 V(X) 22 ==

  • 1919

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma Lp(; ),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose;

    (5) O coeficiente de variaoProf. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    oe ===

    03 =

    64 =

    =

    = 2

    2 2

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    Gerar 10000 valores de uma

    La(-2; 2). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

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    |)u|21ln()Usgn();(L

    Onde U uma uniforme no

    intervalo [-0,5; 0,5]

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    A expresso da fdp da Log-Normal dada por:

    ( )0 0, x se

    2

    xlnexp

    2x

    1)x(f

    2

    2>

    =

    0 0, x se xln

    2

    1exp

    x2

    1)x(f

    2

    22>

    =

    Ou

  • 2020

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    O modelo apresenta um parmetro

    de localizao e um de escala .

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    -0,2

    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    1,4

    1,6

    1,8

    2,0

    0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8

    LN(0; 1/8)

    LN(0, 1/4)

    LN(0; 1/2)

    LN(0; 1)

    LN(0; 3/2)

    LN(0; 10)

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    A FD de Distribuio Log-Normal :

    0 0, x se )xln(

    G)x(F >

    =

    Onde G a FD da N(; )

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    0,0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1,0

    x 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

    R(0,5)

    R(1)

    R(1,5)

    R(2)

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    )2/exp( E(X) 2+==

    A expectncia ou valor esperada da

    Distribuio da Log-Normal dada

    por:

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    A varincia da distribuio Log-

    Normal dada por:

    )2exp()22exp( V(X) 222 ++==

  • 2121

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma LN(, ),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose;

    (5) O coeficiente de variaoProf. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    )1)exp()2exp( 221 +=

    1)exp( 2 =

    )exp( 2o =

    3)2exp(3)3exp(2)4exp( 2222 =+=

    )exp(e =

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Gerar 10000 valores de uma

    LN(0, 1). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A gerao de valores dessa

    distribuio feito atravs do mtodo

    da convoluo:

    =6Uexp)exp(),(LN

    12

    1ii

    2

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    A distribuio Logstica apresenta

    normalmente duas expresses. Uma

    denominada de frmula geral e outra de

    forma padro.

  • 2222

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    A distribuio Logstica

    derivada do trabalho de Verhulst,

    Professor de Anlise na

    Faculdade Militar Belga. Ele a

    utilizou para modelar o

    crescimento da populao na

    Blgica no incio de 1800.

    Pierre

    Franois Verhulst(1804 - 1849)

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    A expresso geral da fdp Logstica

    dada por:

    0 R, x para ]e1[

    e)x(f/)x( 2

    /)x(1

    >+

    =

    =

    +

    =

    xy R, x para

    ]e1[

    e)/1()y(fy 2

    y

    ou

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    Os parmetros so que de

    localizao e que o de escala.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A funo densidade de probabilidade

    da Logstica padro dada por:

    R x para ]e1[

    e)x(fx 2

    x

    +=

    R x para ]e1[

    1)x(f

    x 2

    +=

    Ou

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    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

    L(0;1)

    L(-1; 2)

    L(-1; 0,5)

    L(2; 2)

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    Suponha que X tem uma

    distribuio de Pareto com

    = 1. Mostre que

    Y = ln(X - 1) tem uma distribuio

    Logstica Padro.

  • 2323

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    A FD da Logstica :

    0 R, x para e1

    e)x(F)/-(x

    )/-(x>

    +=

    0 R, x para e1

    1)x(F

    )/-(x->

    +=

    ou

    -x

    y R, y para e1

    1)y(F

    y-

    =

    +=

    ou ainda:

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    0,0

    0,5

    1,0

    -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

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    )X(E ==

    A expectncia ou valor esperado da

    Distribuio Logstica dada por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Varincia da Distribuio

    Logstica dada por:

    3

    V(X) 2

    22 ==

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma L(; ),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose;

    (5) O coeficiente de variaoProf. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    oe ===

    03 =

    2,45/64 ==

    =

    =3

    3

    22

  • 2424

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Gerar 10000 valores de uma

    L(-2; 5). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    +

    u1

    uln);(L

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    A distribuio foi

    introduzida por De Moivre em

    um artigo em 1733. O seu

    resultado foi estendido por

    Laplace no seu livro Teoria

    Analtica das Probabilidades de

    1812.

    Abraham DE MOIVRE

    (1667 - 1754)

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    Laplace utilizou a

    normal na anlise de erros

    de experimentos. O

    mtodo dos mnimos

    quadrados foi introduzido

    por Legendre em 1805.

    Pierre-Simon, Marquis de LAPLACE(1749 - 1827)

    Adrien Marie LEGENDRE(1752 - 1833)

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    Ele foi justificado porGauss, supondo umadistribuio normal doserros, em 1809 que alegouque j utilizava o mtododesde 1794. Hoje ela tambm conhecida comodistribuio de Gauss-Moivre-Laplace.

    Carl Friedrich GAUSS

    (1777 - 1855)

  • 2525

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    =

    x,e..2

    1)x(f

    2x.

    2

    1

    Uma varivel aleatria X tem uma

    distribuio normal se sua fdp for do

    tipo:

    0 e - com >

  • 2626

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    =

    z ,e.2

    1)z(

    .2

    z2

    A fdp da varivel Z dada por:

    uma vez que = 0 e = 1.

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    0,0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

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    O que tabelado a FDA da

    varivel Z, isto :

    )z( due.2

    1

    du)u()zZ(P

    z-

    .2

    u2

    z-

    =

    =

    ==

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    0,0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1,0

    -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

    z

    )z(

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    == )X(E

    A expectncia ou valor esperado da

    Distribuio Beta dada por:

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    A Varincia da Distribuio Normal

    dada por:

    = 2 V(X)

  • 2727

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    Considerando uma N(; ),

    determinar:

    (1) A moda;(2) A mediana;(3) A assimetria;(4) A curtose;(5) O coeficiente de variao.

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    == eo

    01 =

    0ou 32 =

    =

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    Gerar 10000 valores de uma

    N(10, 2). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

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    Um dos possveis mtodos de

    gerao de valores da normal pela

    convoluo:

    12

    k

    2

    kU

    )1,0(N

    k

    1ii

    =Fazendo

    k = 12,

    tem-se:

    6U)1,0(N12

    1ii

    =

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    A Distribuio de

    Pareto tambm conhecidacomo Exponencial Dupla,Hiperblica ou Lei do Poder. usada para modelar tempode CPU e tamanho dearquivos na Internet.

    Vilfredo

    Federigo Samaso PARETO

    (1848 - 1923)

  • 2828

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    Distribuies scio-econmicas

    com grandes caudas direita. Tamanho

    de populaes, ocorrncia de fenmenos

    naturais, preos de aes, renda pessoal,

    etc.

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    A funo densidade de probabilidade

    de Pareto dada por:

    >

    =+

    c.c. 0

    0, , x se x)x(f1)(-

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    Os parmetros de locao, > 0

    representa o menor valor possvel da

    varivel. O parmetro > 0

    representa a forma da distribuio.

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    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0

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    Suponha que a renda de uma

    determinada populao tenha uma

    distribuio de Pareto com parmetro de

    forma igual a 3 e parmetro de escala igual a

    1000. Determine o percentual da populao

    que tem renda entre 2000 e 4000.

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    %94,1064

    7

    64

    1

    8

    1

    4

    1

    2

    1

    2000

    10001

    4000

    10001

    )2000(F)4000(F)4000X2000(P

    3333

    ===

    =

    =

    =

    ==

  • 2929

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    A funo F(x) dada pela seguinte

    expresso relativamente simples:

    x se 0

    x se x

    -1)x(F

    ==

    A expectncia ou valor esperado de

    uma distribuio de Pareto dada por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A varincia da distribuio de

    Pareto dada por:

    2 se )1()2(

    V(X) 2

    22 >

    ==

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    Gerar 1000 valores de uma

    P(2; 0,1). Fazer um diagrama dos

    resultados e calcular as seguintes

    medidas: mdia, desvio padro, moda,

    mediana, assimetria e curtose.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma P(; ),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose.

  • 3030

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    mo =

    me =

    3 se 2

    3

    )1(23 >

    +=

    4 se )4)(3(

    )2)(23(3 24 >

    ++=

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    u)u1(

    x

    x

    /1/1

    xx

    u1 1F(x)

    ==

    ==

    Um gerador para obter valores de

    uma varivel de Pareto dado por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Uma varivel aleatria X tem uma

    distribuio Qui-Quadrado se sua fdp

    for do tipo:

    0 x se 0

    0 x se

    22

    ex

    )x(f 2

    2

    x1

    2

    >

    =

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Determinar a representao grfica, em

    um mesmo diagrama, das seguintes

    distribuies:

    2524

    23

    22

    21 e , , ,

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0,00

    0,20

    0,40

    0,60

    0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

    Q(1)

    Q(2)

    Q(3)

    Q(4)

    Q(5)

  • 3131

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    O que tabelado a funo inversa

    (percentis), em relao a rea direita

    (unilateral) de cada curva (uma para cada

    linha), ou a soma das caudas (bilateral),

    isto , a tabela retorna um valor t tal que

    P( t)))) ==== ((((unilateral)))) ou P(|T| t)))) ==== ....

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    No existe uma expresso

    analtica para F(x) genrica. Ela

    avaliada numericamente.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A expectncia ou valor esperado da

    Distribuio Qui-Quadrado dado por:

    =)X(E

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Varincia da Distribuio da Qui-

    Quadrado dada por:

    2 = Var(X)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    O que tabelado a funo

    inversa, em relao a rea direita de

    cada curva (uma para cada linha),

    isto , dado um valor de rea na cauda

    direita (), a tabela retorna um valor x tal

    que P(2 x)))) ==== Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma 2(),

    determinar:

    (1) A moda;(2) A mediana;(3) A assimetria;(4) A curtose;(5) O coeficiente de variao.

  • 3232

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    =

    81

    =

    2

    2 se 2o >=

    3/2e =

    =

    122

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Gerar 10000 valores de uma

    . Apresentar os resultados de forma

    tabular e grfica, calculando todas as

    principais medidas.

    23

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A gerao de valores de uma Qui-

    Quadrado com gl divido em dois

    casos: par (primeiro algoritmo) e

    mpar (segundo algoritmo)

    /2r ),Uln(2~r

    1ii

    2 ==

    /2)1(r ,Z)Uln(2~ 2r

    1ii

    2 =+=

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A distribuio de

    Rayleigh pode ser obtida

    atravs de duas componentes

    ortogonais normalmente IID.

    O valor absoluto (p. e.

    velocidade do vento) ter uma

    distribuio de Rayleigh.

    John William Strutt (Lord) RAYLEIGH(1842 - 1919)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Se for tomado um nmero complexo

    ao acaso com as componentes real e

    imaginria normalmente IID o valor

    absoluto ter uma distribuio de

    Rayleigh.

  • 3333

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Se = 1, ento R(1)2 ~ ;

    A 2 uma generalizao da

    Rayleigh;

    A Weibull , tambm, uma

    generalizao da Rayleigh.

    22

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A expresso da distribuio deRayleigh :

    0 0, x se b

    x

    2

    1exp

    x)x(f

    2

    2>

    =

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    O modelo apresenta um parmetro

    de escala .

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0,0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    1,4

    0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

    R(0,5)

    R(1)

    R(1,5)

    R(2)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A FD da Distribuio de Rayleigh :

    0 0, x se x

    2

    1exp1)x(F

    2

    >

    =

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0,0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1,0

    0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

    R(0,5)

    R(1)

    R(1,5)

    R(2)

  • 3434

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    2 E(X)

    ==

    A expectncia ou valor esperada da

    Distribuio de Gumbel dado por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Varincia da Distribuio de

    Rayleigh dada por:

    2

    )4(

    22 V(X)

    222 =

    ==

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma R(),

    determinar:

    (1) A moda;

    (2) A mediana;

    (3) A assimetria;

    (4) A curtose;

    (5) O coeficiente de variaoProf. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    6311,0

    22

    2)3(

    2/332

    31 =

    =

    =

    5227,04

    2

    222

    =

    =

    =

    =o

    2451,0

    )4(

    162462

    2

    2

    =

    =

    +=

    == 3863,1)5,0ln(2e

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Gerar 10000 valores de uma

    R(2). Representar os resultados

    graficamente e calcular todas as

    principais medidas.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A gerao de valores dessa

    distribuio feita atravs de uma qui-

    quadrado.

    ])uln(2[U =

  • 3535

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A origem da distribuio t

    foi um artigo publicado em

    1908 por Gosset, qumico da

    cervejaria Guinness de Dublin.

    Ele no pode publicar o artigo com o

    seu verdadeiro nome da o pseudnimo.

    William

    Sealey Gosset

    (1876 - 1937)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A distribuio t, e

    principalmente o teste t, setornaram bem conhecidos atravsdo trabalho de Fisher, que foiquem a batizou de distribuio deStudent. Ela surge em quase todotrabalho estatstico sempre que setenha que estimar o desvio padroa partir de dados amostrais.

    Sir Ronald AylmerFisher (1890 -1962)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0

    x12

    .

    2

    1

    )x(f

    2

    12

    >

    +

    +

    =+

    Uma varivel aleatria X tem uma

    distribuio t ou de Student se sua

    fdp for do tipo:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Determinar a representao grfica, em

    um mesmo diagrama, das seguintes

    distribuies: t(1), t(3), t(10), t(25) e Z.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0,0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

    t(1)

    t(3)

    t(10)

    t(25)

    N(0: 1)

  • 3636

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    O que tabelado a funo inversa

    (percentis), em relao a rea direita

    (unilateral) de cada curva (uma para

    cada linha), ou a soma das caudas

    (bilateral), isto , a tabela retorna um valor

    t tal que P( t)))) ==== ((((unilateral)))) ou

    P(|T| t)))) ==== ....

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    No existe uma expresso

    analtica para F(x) genrica. Ela

    avaliada numericamente.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A expectncia ou valor esperado da

    Distribuio t dado por:

    0)X(E ==

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Varincia da Distribuio da t

    dada por:

    2-

    = Var(X)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Considerando uma t(), determinar:

    (1) A moda;(2) A mediana;(3) A assimetria;(4) A curtose;(5) O coeficiente de variao.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    01 =

    4 4

    632 >

    =

    == eo 0

  • 3737

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Gerar 10000 valores de uma

    t(3). Apresentar os resultados de forma

    tabular e grfica, calculando todas as

    principais medidas.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A gerao dos valores de uma

    distribuio t feito atravs do

    quociente de uma normal e uma Qui-

    Quadrado.

    n

    Z~t

    2n

    n

    Onde Z a

    normal padro.

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    c.c. 0

    b x a se ab

    1)x(f

    =

    Uma VAC X uniforme no intervalo

    [a; b] se assume todos os valores com

    igual probabilidade. Isto , se f(x) for:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Seja X uma VAC com distribuio

    uniforme no intervalo [2; 6], isto ,

    X ~ U(2; 6). Ento a fdp dada por:

    c. c.

    x se 4

    1

    2-6

    1

    )x(f

    =

    =

    0

    62

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0

    0,05

    0,1

    0,15

    0,2

    0,25

    0,3

    0 2 4 6 8 10

    Fdp da U(2; 6)

  • 3838

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A funo F(x) dada por:

    b > x se 1

    b x a se ab

    ax

    a < x se 0

    )x(F

    =

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Seja X uma uniforme no intervalo

    [2; 6], ento a FDA de X dada por:

    6 > x se

    6 x 2 se x

    2 < x se

    )x(F

    =

    1

    4

    2

    0

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1

    0 1 2 3 4 5 6 7 8

    FDA da U(2; 6)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    22

    22

    1 222

    ba)ab(

    )ab).(ab(

    )ab(abx

    ab

    dxab

    xdx)x(f.x)X(E

    b

    a

    ba

    +=

    +=

    =

    =

    =

    =

    ==+

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    2 = V(X) = E(X2) E(X)2

    =

    =

    =

    =

    ==+

    )ab(abx

    ab

    dxab

    xdx)x(f.x)X(E

    b

    a

    ba

    331 33

    222

    3

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A varincia ser ento:

    12

    4

    2

    3

    23

    2

    2233

    233

    22

    )ab(

    abba)ab(

    ab

    ba

    )ab(ab

    )X(E)X(E)X(V 2

    =

    =+

    =

    =

    +

    =

    ===

  • 3939

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Gerador

    u)ab(axab

    axu

    ab

    ax)x(F

    +=

    =

    =

    Para gerar uma VAC Uniforme em

    um intervalo [a, b], basta fazer:

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    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Distribuio de Weibull

    (1951) aplicvel a uma srie de

    fenmenos, sendo uma das

    principais reas os tempos de

    falha de componentes eltricos e

    mecnicos.

    Ernest

    Hjalmar Waloddi WEIBULL

    (1887 - 1979)

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A funo densidade de

    probabilidade de Weibull dada por:

    =

    c.c. 0

    x se

    xexp

    x

    )x(f

    1

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    Os parmetros so (- < < ) o de

    locao, > 0 o de escala e > 0 o de

    forma.

    Quando = 0 e = 1, a Weibull se

    reduz a uma exponencial de parmetro

    = 1/.

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    0,00

    0,20

    0,40

    0,60

    0,80

    1,00

    1,20

    1,40

    1,60

    0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6 4,0

    W(0,1,1)

    W(0,2,1)

    W(0,3,1)

    W(0,4,1)

  • 4040

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A vida de equipamento eletrnico dada

    por Y = X1 + X2 + X3 + X4, a soma das vidas

    de seus componentes. Os componentes so

    independentes, cada um tendo tempo de falha

    exponencial com mdia entre falhas de 4

    horas. Qual a probabilidade de que o

    sistema opere pelo menos 24 horas sem

    falhas?

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    %12,15

    )/k!6 e(

    )24(F1)24Y(P

    k3

    0k

    6

    =

    ==

    ==>

    =

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    A funo F(x) dada pela seguinte

    expresso relativamente simples:

    x se 0

    x se

    -x-exp-1

    )x(F

  • 4141

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    ++==

    11)X(E

    A expectncia ou valor esperado de

    uma Distribuio de Weibull dada por:

    Prof. Lor Viali, Dr. Faculdade de Matemtica - Departamento de Estatstica - PUCRS

    A Varincia da Distribuio de Weibull

    dada por:

    +

    +==

    11

    21 V(X)

    222

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    Gerador

    Para gerar valores de uma VAC

    Weibull, uma possibilidade utilizar o

    seguinte algoritmo:

    u -exp-1

    -x

    =

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    xx

    -x

    -x

    )u1ln(u1 -exp

    )]uln([)]u1ln([

    )]u1ln([)]u1ln([

    -x

    -x

    /1/1

    /1/1

    +=+=

    ==

    ==