Trasformazione di variabili aleatorie - 2

Messaggioda mobley » 10/12/2018, 18:06

Ciao a tutti.
Premetto che mi sto affacciando da poco alla materia, quindi perdonerete le eventuali castronerie.

Ho trattato teoricamente la maggior parte delle variabili aleatorie notevoli sia discrete che continue, e mi trovo ora a studiare la trasformazione di variabili. Tuttavia ho alcuni dubbi che spero possiate aiutarmi a chiarire.
Vi propongo alcuni esercizi in cui questi dubbi saltano fuori.


Es. 2 - Sia $ X~ U(0,1) $ e sia $ Y=-1/\lambdalnX$ con $\lambda>0$. Si calcoli la densità di $Y$.

Anche in questo caso densità nota (come sopra), ma $g(X)$ non monotona: non posso applicare la legge di trasformazione.
Posso comunque scrivere:
$ F_Y(y)=P(Y<=y)=(-1/\lambdalnX<=y)=P(X>=e^(-\lambda y))=1-P(X<=e^(-\lambda y))=1-F_X(e^(-\lambda y)) $

Tra i suggerimenti all'esercizio viene detto che $F_Y(y)= { ( 0 ),( ? ):}{: ( se ),( se ) :}{: ( y<=0 ),( y>0 ) :} $
(Come è stato dedotto? E' sufficiente dire che il motivo è perchè il logaritmo è definito solo per valori positivi?)

Se $y$ è positivo $e^(-\lambda y)\in(0,1)$, quindi:
$ P(X>=e^(-\lambda y))=int_(e^(-\lambday))^(\infty) f_X(x) dx =int_(e^(-\lambday))^(1) 1 dx+ int_(1)^(\infty)0dx=int_(e^(-\lambday))^(1) 1 dx=[x]_(e^(-\lambday))^1=1-e^(-\lambday) $

Allora $F_Y(y)= { ( 0 ),( 1-e^(-\lambday) ):}{: ( se ),( se ) :}{: ( y<=0 ),( y>0 ) :} $ , per cui $Y~Exp(\lambda)$.

Il dubbio più grande resta dunque come determinare il supporto della trasformata.

In ogni caso spero di essere stato sufficientemente chiaro nell'esposizione di dubbi e tentativi di risoluzione :D
Grazie mille in anticipo a chiunque si spenderà nel darmi una mano!
Ultima modifica di tommik il 10/12/2018, 18:48, modificato 1 volta in totale.
Motivazione: diviso argomento: un topic un esercizio
mobley
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Re: Trasformazione di variabili aleatorie - 2

Messaggioda tommik » 10/12/2018, 18:57

mobley ha scritto:Anche in questo caso densità nota (come sopra), ma $g(X)$ non monotona: non posso applicare la legge di trasformazione.

Il dubbio più grande resta dunque come determinare il supporto della trasformata.


Per favore, un topic un esercizio, grazie. Se guardi sul forum di esercizi come questo (e come l'altro che hai postato) ne trovi a centinaia, tutti completamente risolti e commentati.

Ad ogni modo, dato che ormai ho risposto dividendo gli argomenti (per mantenere la stanza in ordine), ti faccio notare che:

1) $g(X)=-(logx)/lambda$ non monotona? non mi pare proprio, monotonissima è.....

2) come trovare il supporto di Y?

$X in (0;1) rarr -(logx)/lambda in (0;+oo)$ mi pare elementare, basta sostituire i valori zero e uno nella funzione di trasformazione. Nel caso in cui la funzione di trasformazione non sia monotona o non sia continua per calcolare il supporto della variabile trasformata basta prendere l'immagine di $g(X)$

3) come trovare la densità di Y? beh....essendo la densità di X una costante ($f_X(x)=I_((0;1))(x)$) applicando la nota formula di trasformazione per trasformazioni monotone la densità di Y altro non è che la derivata della funzione di trasformazione invertita (presa in valore assoluto)


ergo: $g^(-1)(Y)=X=e^(-lambday)$

$f_Y(y)=|d/(dy)g^(-1)(y)|=lambdae^(-lambday)I_((0;+oo))(y)$

ovvero Y è un'esponenziale negativa di media $1/lambda$

fine.
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Re: Trasformazione di variabili aleatorie - 2

Messaggioda mobley » 11/12/2018, 08:38

Grazie mille per la risposta tommik.

Non sapevo che si potesse inserire un solo esercizio in un post. Mi adeguerò da qui in avanti.

Ho cercato per ore sul forum dei post che potessero in qualche modo rispondere ai miei dubbi ma, ad eccezione di questo (viewtopic.php?t=168945), non ho trovato granchè.

Per quanto riguarda la monotonicità della funzione non c'è da aggiungere nulla, se non che devo fare più attenzione.

Anche in merito al supporto della trasformata mi sembra, che a quanto mi hai spiegato si trova semplicemente sostituendo i valori della $X$.

Volevo però da te, se possibile, un paio di precisazioni.
1) Sarebbe corretto ragionare come ho fatto inizialmente, cioè analizzando la $P(X>=x)$ tramite integrazione? Oppure è necessario arrivare a definire $F_Y(y)$ in funzione di $F_X(x)$?
2) Qualora in ogni caso arrivassi a dire (appunto) che $F_Y(y)=1-F_X(e^(-\lambday))$, cosa bisogna guardare per affermare che si tratta effettivamente di una ripartizione esponenziale e quindi concludere che $1-F_X(e^(-\lambday))=1-e^(-\lambday)$?
PS: Anche l'utente del post da me linkato arriva a dire "$1-F_X(x)$ che essendo un'esponenziale è...", e conclude.
3) Rifacendo l'esercizio dopo le tue correzioni (ancora mi sto impratichendo col metodo, cerco ogni volta di fare tutti i calcoli…), una volta concluso che $F_Y(y)=1-F_X(e^(-\lambday))$ applico la legge di trasformazione delle variabili $ f_X(x)=f_Y(g^(-1)(y))|(dg^(-1\)(y))/dy| $ e scrivo:
$f_Y(y)=d/dyF_Y(y)=d/dy(1-F_X(e^(-\lambday)))=-[d/dyF_X(e^(-\lambday))]=-[f_X(e^(\-lambday))(-\lambda)]=\lambdae^(-\lambday)$

E' corretto?
Tuttavia, anche qui, non saprei come giustificare in maniera rigorosa il fatto di "togliere" la $f_X$.

Spero mi perdonerai eventuali strafalcioni :!:
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Re: Trasformazione di variabili aleatorie - 2

Messaggioda tommik » 11/12/2018, 10:10

mobley ha scritto:ad eccezione di questo (viewtopic.php?t=168945), non ho trovato granchè.


[-(
Non hai guardato con attenzione. Ci sono davvero centinaia e centinaia di esercizi che ho personalmente svolto e commentato in modo dettagliato. Questo è ciò che esce dalla ricerca digitando funzione variabili aleatorie ma puoi usare anche altre chiavi di ricerca, ad esempio trasformazione non monotona, ricerca più selettiva ma trovi molti esempi sulla stessa falsariga del tuo; alcuni un pelino più articolati ma estremamente utili dal punto di vista didattico.

Guarda questo, ad esempio

oppure questo

oppure questo, dove ho messo anche interessanti link

Oppure questo, trovato in rete, ma che ho anche riportato sul forum perché nella sua semplicità è davvero illuminante

Insomma sulla trasformazione di variabile hai veramente da sbizzarrirti a leggere....quindi ti rimando ad un'approfondita lettura...poi ne riparliamo, se necessario (ma sono sicuro che troverai tutte le risposte ai tuoi dubbi....ed anche molto di più...)


Per la procedura puoi fare ciò che vuoi....usare la formula precotta (anche se la funzione di trasformazione non è monotona, con un'opportuna modifica) oppure la definizione di CDF o anche di $P(Y>y)$, non cambia nulla.

Per trovare il supporto della variabile trasformata, il giochino di sostituire i valori estemi vale solo in caso di trasformazione monotona...in generale ne devi prendere l'immagine (fai il grafico della funzione di trasformazione e vedi qual è l'intervallo sulle ordinate)

Quando arrivi a $F_(Y)(y)=1-F_X(e^(-lambday))$ basta che sostiuisci i valori. Se la X è uniforme in $(0;1)$ la sua CDF è $F_X(x)=x$ e quindi hai finito. ottieni $F_Y(y)=1-e^(-lambday)$

Come si toglie la $f_(X)(x)$??

ma scusa, la formula è questa

$f_Y(y)=f_X[g^(-1)(y)]|d/(dy)g^(-1)(y)|$.....se $f_(X)(x)=1$......
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Re: Trasformazione di variabili aleatorie - 2

Messaggioda mobley » 11/12/2018, 12:07

Anzitutto ti ringrazio per la risposta!

Nel cercare una risposta ai miei dubbi ho scritto "trasformazione/i di variabili aleatorie/casuali", perchè temevo che scrivendo solo variabili aleatorie avrei trovato davvero centinaia di post. Utilissimi per carità, che aggiungerò uno per uno ai preferiti di Chrome per poi svolgerli con calma, ma adesso ero più concentrato a capire il meccanismo per lo svolgimento di questo tipo di esercizi anziché buttarmi nella loro esecuzione.
In ogni caso darò uno sguardo a tutti i link che mi hai proposto e (spero non ce ne sarà bisogno ma ne sono poco convinto!) ne riparleremo. Grazie!

Detto questo… Provo a ricapitolare.

I tre metodi a disposizione per determinare la densità di una trasformata sono:
- legge di trasformazione delle variabili (formula)
- funzione di ripartizione (che nel caso di specie $1-F_X(e^(-\lambda y))=1-int_(-\infty)^(e^(-\lambda y))f_X(x) dx $, dove alla $f_X(x)$ sostituirò i valori della densità nota), e in base alla CDF trovata deduco (spesso senza calcoli) la relativa PDF.
- funzione di sopravvivenza (che ho già descritto prima).

Per quanto riguarda la $f_X(x)$...ovviamente è come dici tu. Mi dimentico che $x=e^(-\lambda y)$ e quindi $0<e^(-\lambda y)<=1$. Devo abituarmi al fatto che una volta trovata $X=g^(-1)$ posso costruire la densità e la ripartizione di $X$ in funzione di $g^(-1)$.

Comunque ora è tutto chiaro! Ti ringrazio molto tommik!
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