• Nem Talált Eredményt

A valószínűségi változó a valószínűség-számítás egyik legfontosabb fogalma. Olyan jelenségek matematikai megfogalmazására, modellezésére alkalmas, melyek véletlentől függő értékeket vesznek fel. Ilyen lehet pl. egy kockadobás eredménye, az utcán szembe jövő emberek testmagassága. Bár a valószínűségi változó jelentése könnyen megragadható, mégis precíz, matematikai megfogalmazása a XX. századig váratott magára és komoly függvénytani és mértékelméleti eszközöket használ fel.

14.1. Példa. Egy üzletben valamely árucikkből a napi kereslet 0 és 6 között változik.

Hosszabb időn keresztül végzett megfigyelés alapján ismerjük a napi kereslet valószínűségeit:

0 db 0,1 valószínűséggel,

1 db 0,15 valószínűséggel,

2 db 0,2 valószínűséggel,

3 db 0,25 valószínűséggel,

4 db 0,15 valószínűséggel,

5 db 0,1 valószínűséggel,

6 db 0,05 valószínűséggel.

A kereslet jól jellemezhető egy ξ valószínűségi változóval, ha a ξ értéke a keresett darabok számával egyenlő. Ekkor Pi(ξ = xi) = pi (i = 0,1,...,6) jelöléssel:

x0 = 0 p0 = 0,1

x1 = 1 p1 = 0,15

x2 = 2 p2 = 0,2

x3 = 3 p3 = 0,25

x4 = 4 p4 = 0,15

x5 = 5 p5 = 0,1

x6 = 6 p6 = 0,05.

Határozzuk meg annak a valószínűségét, hogy (1) a kereslet meghaladja a 4 db-ot,

(2) a kereslet kevesebb, mint 2 db, (3) a kereslet 2 és 6 között van.

Megoldás:

Feladatunk tehát az, hogy meghatározzuk a P(ξ > 4), a P(ξ < 2) és a P(2 < ξ < 6) értékét.

(1) Mivel P(ξ > 4) = 1 − P(ξ < 5) = 1 − F(5) = 1 − 0,85 = 0,15. Hiszen a 4-et meghaladó kereslet 5 vagy 6, tehát pontosan az ellentettje az 5-nél kevesebb

113

kereslet eseménynek, az F(5) értéke pedig: p0 +p1 + p2 + p3 + p4 = 0,1 + 0,15 + 0,2+ 0,25 + 0,15 = 0,85.

(2) Másrészt P(ξ < 2) = F(2) = 0,1 + 0,15 = 0,25.

(3) P(2 < ξ < 6) = P(3 ≤ ξ < 6) = F(6) − F(3) = 0,95 − 0,45 = 0,5.

14.2. Példa. Motoros fűnyírók vizsgálata során megállapították, hogy 100 fűnyíróból 5-öt 1 év, 20-at 2 év, 60-at 3 év, a többit 4 év elteltével kell megjavítani. Határozzuk meg a vizsgált fűnyírók javítási idejének várható értékét és szórását!

Megoldás.

Ekkor ξ lehetséges értékei: 1,2,3,4. A valószínűségeloszlás:

P(ξ = 1) = 0,05 100

5

P(ξ = 2) = 0,2 100

20

P(ξ = 3) = 0,6 100

60

P(ξ = 4) = 0,15 100

15

Ekkor a várható érték: E(ξ) = 1 · 0,05 + 2 · 0,2 + 3 · 0,6 + 4 · 0,15 = 2,85.

Azaz a vizsgált fűnyírók javítási idejének a várható értéke: 2,85 év.

A szórásnégyzet:

D2(ξ) = E(ξ2) − [E(ξ)]2 = 12 · 0,05 + 22 · 0,2 + 32 · 0,6 + 42 · 0,15 − (2,85)2 = 0,53.

14.3. Példa. Sertésfiaztatóban - statisztikai adatok szerint - 0,6 valószínűséggel születik emse. Jelentse a ξ valószínűségi változó az 5 alomszámú kocák esetén az emsék számát.

Adja meg a ξ jellemzőit.

Megoldás:

Jelölje ξ valószínűségi változó az emsék számát. A ξ értékei 0,1,2,3,4,5 lehetnek és binomiális eloszlást követ n = 5, p = 0,6 paraméterekkel. Ennek alapján:

(1) A valószínűségeloszlás:

P(ξ = 0) = 0,6 0,4 0,010

0

5 0 5





P(ξ = 1) = 0,6 0,4 0,077

1

5 1 4





P(ξ = 2) = 0,6 0,4 0,230

2

5 2 3





P(ξ = 3) = 0,6 0,4 0,346

3

5 3 2





114 P(ξ = 4) = 0,6 0,4 0,259

4

5 4 1





P(ξ = 5) = 0,6 0,4 0,078 5

5 5 0





(2) Az eloszlásfüggvény (28. ábra):

F(0) = P(ξ < 0) = 0

F(1) = P(ξ < 1) = P(ξ = 0) = 0,010

F(2) = P(ξ < 2) = P(ξ = 0) + P(ξ = 1) = 0,087

F(3) = P(ξ < 3) = P(ξ = 0) + P(ξ = 1) + P(ξ = 2) = 0,317 F(4) = P(ξ < 4) = 

3

1 i

) i (

P =0,663

F(5) = P(ξ < 5) =

4

1 i

) i (

P =0,922

F(6) = P(ξ < 6) =

4

1 i

) i (

P =1.

(3) A várható érték és szórás:

3 6 , 0 5 p n ) (

E és D2() npq 50,60,4 1,2 D2() 1,2 1,1

28. ábra: Az 5 almú kocák emséi számát mérő valószínűségi változó eloszlásfüggvénye

Forrás: Bíró és Vincze (2000)

115

14.4. Példa. Egy nagymennyiségű tétel áru 1% selejtet tartalmaz. Hány darabot kell kivennünk, hogy közötte 0,95 valószínűséggel legalább egy selejtes legyen? A mintát visszatevéssel vesszük.

Megoldás:

A ξ valószínűségi változó a selejtes áruk számát jelöli és binomiális eloszlású. Az egyik paramétere p = 0,01. A másik paraméter, azaz az ”n” meghatározása a feladatunk. Annak a valószínűsége, hogy legalább 1 selejtes legyen:

1 – P(ξ = 0) = 1 - 0,010 0,99 n 1 0,99 n 0

4



.

Ennek a valószínűsége nagyobb, vagy egyenlőnek kell lenni, mint 0,95. Így azt a legkisebb „n”-et keressük, melyre:

1 – 0,99n 0,95 így 0,05 0,99n.

Az „n” értékének meghatározása úgy történik, hogy vesszük mindkét oldal logaritmusát (itt lg=log10).

lg0,05 lg0,99n, innen 298 n.

Ez azt jelenti, hogy 298 darabot kell venni, hogy közte legalább egy selejtes legyen.

14.5. Példa. Egy dobozban 12 termék van, amiből 4 selejtes. Vegyünk ki a dobozból 4 terméket úgy, hogy a kivett terméket már nem tesszük vissza. A ξ valószínűségi változó jelentse a 4 kiválasztott termék közül a hibátlanok számát. Adjuk meg a ξ valószínűségi változó eloszlását, eloszlásfüggvényét, várható értékét és szórását.

Megoldás:

A ξ valószínűségi változó hipergeometrikus eloszlású és értékei 0,1,2,3,4 lehetnek, így:

(1) A valószínűségeloszlás:

P(ξ = 0) = 0,002

4 12

4 4 0 8













P(ξ = 1) = 0,065

4 12

3 4 1 8













P(ξ = 2) = 0,339

4 12

2 4 2 8













116 P(ξ = 3) = 0,453

4 12

1 4 3 8













P(ξ = 4) = 0,141 4

12 0 4 4 8













(2) Az eloszlásfüggvény (29. ábra):

F(0) = P(ξ < 0) = 0

F(1) = P(ξ < 1) = P(ξ = 0) = 0,002

F(2) = P(ξ < 2) = P(ξ = 0) + P(ξ = 1) = 0,067

F(3) = P(ξ < 3) = P(ξ = 0) + P(ξ = 1) + P(ξ = 2) = 0,406 F(4) = P(ξ < 4) = 

3

1 i

) i (

P =0,859

F(5) = P(ξ < 5) =

4

1 i

) i (

P =1

(3) A várható érték: E() n p, ahol n = 4, p pedig annak a valószínűsége, hogy a kiválasztott termék hibátlan, azaz p =

12

8 , így 2,67

12 4 8 ) (

E .

(4) A szórásnégyzet:

65 , 0 12

4 12 4 8 1 12

4 q 12

p n 1 N

n ) N

(

D2

.

29. ábra: A 4 kiválasztott termék közül a hibátlanok számát jelölő, hipergeometrikus eloszlású valószínűségi változó eloszlásfüggvénye

Forrás: Bíró és Vincze (2000)

117

14.5. Példa. Megfigyelték, hogy annak a relatív gyakorisága, hogy egy gyártmány hibás 0,05. A minőségvizsgáló sorban vizsgálja a termékeket. A ξ valószínűségi változó értéke legyen az a szám, ahányadikra az első hibás terméket megtalálja. Adjuk meg a ξ valószínűségeloszlását, a várható értékét és szórását. (Tekintsük a relatív gyakoriságot annak a valószínűségének, hogy a termék hibás.)

Megoldás:

A ξ geometriai eloszlást követ és értékei 1,2,3,···. Ha a k-adik vizsgálatra találunk hibásat, akkor ennek a valószínűsége:

P(ξ = k) = 0,95n−1 · 0,05 (n = 1,2,3,···), hiszen (n-1)-szer jó terméket találtunk. A geometriai eloszlás várható értéke:

20 05 , 0

1 p 1 ) (

E ,

azaz „átlagosan” ennyi termék vizsgálatánál találunk hibás terméket. Ez az adat meglehetősen „bizonytalan”, hiszen szórása:

4936 , 19 05 , 0

95 , 0 p

q ) (

D .

14.6. Példa. A kísérleti parcella kialakításához aprómagot készítünk elő úgy, hogy száraz homokkal keverjük. Az a feltétel, hogy minden 5 dkg homokban 0,99 valószínűséggel található legyen legalább 1 db mag. Hány magot kell számítanunk 1 kg homokhoz?

Megoldás:

Ha feltesszük, hogy 1 kg homokhoz x db mag kell, akkor 5 dkg homokba

20

x db mag jut.

A feladatban megfogalmazott feltételek alapján a magok eloszlása Poisson-eloszlást követ, ahol átlagosan 5 dkg-ban

20

x

db mag van. Annak a valószínűsége, hogy legalább 1 mag jut 5 dkg-ba: 1 – P(ξ = 0)-val egyezik meg, az ellentett eseménnyel gondolkodva.

Mivel

20 x 20 0 x

e

! 0

e 20

x ) 0 ( P

,

1 – 20

x

e

= 0,99 0,01 = 20

x

e

lg0,01 = lg

20

x

e

lg0,01 =

20

x lg(e)

20 x e lg

01 , 0

lg

118

x = 92

4343 , 0

40

14.7. Példa. Egy készülék meghibásodásának átlagos száma 10.000 működési óra alatt 10.

A meghibásodások eloszlása csak a vizsgált időtartam hosszától függ. Határozzuk meg annak a valószínűségét, hogy a készülék 200 működési óra alatt elromlik.

Megoldás:

Ha 10.000 óra alatt 10 készülék hibásodik meg, akkor 200 óra alatt 10 0,2 000

. 10

200

.

Jelentse a ξ valószínűségi változó a 200 óra alatt bekövetkező meghibásodások számát, vagyis ξ k = 0,1,2,… értékeket felvevő, 0,2 paraméterű Poisson eloszlású valószínűségi változó, így:

2 , 0 k

e

! k

2 , 0 ) k (

P .

Annak a valószínűsége, hogy nem romlik el egy sem, azaz k = 0:

, e e

! 0

2 , ) 0 0 (

P 0,2 0,2

0

Így annak a valószínűsége, hogy 200 óra alatt legalább egy meghibásodik:

1 – P( 0) 1e0,2 0,18 .

14.8. Példa. Egy műszer számlapján a beosztások 1-onként követik egymást. Mennyi a valószínűsége annak, hogy a leolvasási hiba legfeljebb 10', ha csak az egész fokokat olvassuk le?

Megoldás:

A leolvasás hibája abszolút értékben 0' és 30'között van. A ξ valószínűségi változó jelentse a leolvasás abszolút hibáját. Az egyenletes eloszlás miatt

, 3 1 30 10 0 30

0

10

a b

a x

azaz

3

1 annak a valószínűsége, hogy a leolvasási hiba 10' lesz.

119

14.9. Példa. Egy villamosmegállóba 15 percenként érkeznek a villamosok. Tegyük fel, hogy a villamosmegállóba érkezve látjuk, hogy 1 percen belül nem jön villamos. Legyen a ξ a várakozási idő. Írjuk fel a ξ valószínűségi változó sűrűség- és eloszlásfüggvényét, számítsuk ki a várható értékét és a szórását, valamint annak a valószínűségét, hogy legalább 5 percet kell várni.

Megoldás:

A ξ a = 1 és b = 15 paraméterű egyenletes eloszlású valószínűségi változó.

(1) A sűrűségfüggvény:

az eloszlásfüggvény:

(2) A várakozási idő várható értéke és szórása:

,

Annak a valószínűsége, hogy legalább 5 percet kell várakoznunk:

. üzemóra. Mennyi annak a valószínűsége, hogy egy lámpa 50 üzemóra előtt tönkremegy?

Mi a valószínűsége annak, hogy egy lámpa éppen a 100-adik órában megy tönkre?

Megoldás:

A valószínűségi változó legyen a meghibásodásig eltelt idő, amely exponenciális eloszlásúnak tekinthető, hiszen az izzólámpa elromlása általában nem az elöregedés, hanem valamilyen véletlen tényező következménye.

(1) Az átlagos élettartam a meghibásodás várható ideje: E(ξ) = 50.

Mivel folytonos valószínűségi változó egy konkrét értéket 0 valószínűséggel vesz fel. Ha

120 eloszlás-függvényének az értékeit az x = 3,4,5 helyeken!

Megoldás.

(Φ(0,5) = 0,692,Φ(1) = 0,841,Φ(1,5) = 0,933)

A megoldáshoz a táblázatot használtuk fel.

14.12. Példa. Határozzuk meg a µ = 2, σ = 2 paraméterű normális eloszlású valószínűségi változónak a [-1,4] intervallumba esésének a valószínűségét.

Megoldás:

(Φ(0,5) = 0,692,Φ(1) = 0,841,Φ(1,5) = 0,933)

A megoldáshoz a táblázatot használtuk fel.

14.13. Példa. Egy takarmánykeverő üzemben 50 kg várható értékkel, és 3 kg szórással tölti egy gép a zsákokba a takarmányt. Mi a valószínűsége annak, hogy egy tetszőlegesen kiválasztott zsákban

(1) kevesebb, mint 47 kg takarmány van, (2) legalább 53 kg takarmány van, (3) 47 és 53 kg közötti takarmány van?

Megoldás:

(Φ(0,5) = 0,692,Φ(1) = 0,841,Φ(1,5) = 0,933)

A valószínűségi változó µ = 50 és σ = 3 paraméterű normális eloszlású, így:

121

A megoldáshoz a táblázatot használtuk fel.

14.14. Példa. Egy ξ valószínűségi változó várható értéke E(ξ) = 50, szórása D(ξ) = 20.

Adjuk meg, hogy legfeljebb mekkora valószínűséggel tér el a valószínűségi változó a várható értéktől abszolút értékben legalább 60 egységgel? Mekkora ennek a valószínűségnek a pontos értéke, ha a valószínűségi változó normális eloszlású?

Megoldás:

Alkalmazzuk a Csebisev-egyenlőtlenséget, k D()= = 60 , azaz k=3 esetre:

Normális eloszlás esetén a valószínűség értéke E(ξ)±60=50±60 értékek között:

003 0,111 felső korlát.

Kitűzött feladatok

1. Egy dobozban 8 db golyó van ebből 5 fehér. Vegyünk ki a dobozból 5 golyót úgy, hogy a kivett golyót mindig visszatesszük, és a golyókat összekeverjük. Jelentse a

valószínűségi változó a kivett fehér golyók számát. Adja meg a valószínűségi változó a) eloszlását,

b) eloszlásfüggvényét, c) várható értékét, d) szórását!

2. Egy dobozban 12 termék van, amelyből 4 selejtes. Vegyünk ki a dobozból 4 terméket úgy, hogy a kivett terméket már nem tesszük vissza. Jelentse a valószínűségi változó a kivett hibátlan termékek számát. Jellemezze a valószínűségi változót!

122

3. Egy rekeszben 3 jó és 2 hibás alkatrész van. Hármat visszatevés nélkül kiválasztva jelentse a valószínűségi változó a kivett jó alkatrészek számát! Jellemezze a

valószínűségi változót! Adja meg annak a valószínűségét, hogy a kivett jó alkatrészek száma

a) legalább 2, b) legfeljebb 2,

c) legalább 1, de 3-nál kevesebb!

4. Egy tombolán 5 db 1 000 Ft-os, 10 db 500 Ft-os és 30 db 200 Ft-os nyereményt sorsolnak ki, míg 55 db szelvénnyel nem lehet nyerni. Mennyi egy tombola nyeremény várható értéke ill. a nyeremények valószínűségeloszlása?

5. Egy kertben új gyümölcsöst telepítenek. A fák 20%-a 2 év, 50%-a 3 év, a többi 4 év múlva fordul termőre. Hány év a termőre fordulás várható ideje és szórása?

6. Egy tétel áru harmadrésze első osztályú. 4 darabot kiválasztunk a tételből találomra. A kiválasztás egyenként megy végbe, és a választott árut rögtön – még a következő kiválasztás előtt – visszatesszük a többi közé. Jelentse a valószínűségi változó a kiválasztott első osztályú darabok számát. Jellemezze a valószínűségi változót!

7. Egy vizsgálat azt mutatja, hogy egy bizonyos betegség ezer növény közül átlagosan 20-at fertőz meg. Mi annak a valószínűsége, hogy 4 000 növény közül pontosan 80 növény fertőződött meg?

8. Egy hivatalba átlagosan 6 ember érkezik egy órában. Mi annak a valószínűsége, hogy egy általunk megfigyelt negyedórában 2 ember érkezik a hivatalba?

9. Egy telefonközponthoz 1000 előfizető tartozik. Megfigyelték, hogy annak a relatív gyakorisága, hogy egy adott órában egy előfizető telefonál 0,005. Ezt tekinthetjük az adott esemény valószínűségének. Mennyi annak a valószínűsége, hogy

a) Éppen 4-en telefonálnak?

b) Legalább 4-en telefonálnak?

10. Tésztasütésnél 1 kg tésztába 40 szem mazsolát tesznek. Mi a valószínűsége annak, hogy egy 5 dkg-os darabban

a) 0,1,2 szem mazsola lesz?

b) Kettőnél több mazsola lesz?

11. Egy nyomtatott könyv 600 oldalán átlagosan 600 hiba van. Mi a valószínűsége annak, hogy egy kiszemelt oldalon 0,1,2 hiba lesz?

12. Egy rádiókészülék meghibásodásának átlagos száma 10 000 működési óra alatt 15. A meghibásodások eloszlása csak a vizsgált időtartam hosszától függ. Határozza meg annak a valószínűségét, hogy a készülék 300 működési óra alatt elromlik?

13. A valószínűségi változó egyenletes eloszlású a 2,4 intervallumon. Írja fel a

valószínűségi változó sűrűségfüggvényét, eloszlásfüggvényét, várható értékét és szórását!

123

14. Egy tejeszacskóba névlegesen 1 liter tejet töltő gép átlagos hibája (szórása) 0,2 dl.

Mekkora annak a valószínűsége, hogy a zacskóba lévő tej mennyisége legalább 0,5 dl-rel tér el az előírttól?

15. Egy 1 000 méteres kábel valahol meghibásodott. A meghibásodásnak a kábel kezdetétől vett távolságát egyenletes eloszlásúnak tekintve

a) határozza meg az eloszlás jellemzőit!

b) adja meg annak a valószínűségét, hogy a hiba az utolsó 100 méteren van!

16. Egy konzervgyárban 400 dkg várható értékű konzerveket töltenek 4 dkg-os szórással. Mi annak a valószínűsége, hogy egy dobozban a névleges 400 dkg-tól

a) legalább 2 dkg-mal kevesebb van, b) legalább 2 dkg-mal több van, c) kevesebb mint 2 dkg az eltérés?

17. Egy gazdaságban 10 ha, 20 ha, 30 ha, 40 ha területű táblákon termelnek kukoricát, melyeken 5 t, 6 t, 4 t, 8 t terem hektáronként. Mennyi a kukoricatermés várható értéke és szórása?

18. Egy gép 0,1 valószínűséggel gyárt selejtes terméket. Visszatevéssel 3 db-ot véletlenszerűen kivéve, mennyi lesz a selejtesek számának a várható értéke? Milyen eloszlásról van szó?

19. Vízvezeték mentén a hiba előfordulása egyenletes eloszlású. Mekkora a valószínűsége, hogy egy hiba

a) az AB szakaszon van, b) a CD szakaszon van,

ha AB = 500m, AC = 1 700m, AD = 2 500m? Adja meg az eloszlás jellemezőit!

20. Sertéstelepen 12 000 sertés van, amelyek közül havonta – egymástól függetlenül – egy sertés 0,001 valószínűséggel elpusztul. Mi a valószínűsége, hogy egy hónapban

a) 5 sertés hullik el, b) legfeljebb 1 hullik el?

21. Keltető házban a tojások 95%-ából kel ki baromfi. Mi a valószínűsége, hogy 100 tojásból a) 3 nem kel ki,

b) legalább 3 kikel?

22. A töltőgép a tejeszacskókat 1 literes várható értékkel és 0,2 dl-es szórással tölti. Mi a valószínűsége, hogy egy tetszőleges zacskóban

a) legalább fél dl-rel kevesebb van 1 liternél?

b) legalább 1,01 liter van?

c) 0,99 és 1,01 között van a mért érték?

23. Egy berendezés átlagos élettartama 100 óra. Mi a valószínűsége, hogy a) az 50. órában megy tönkre?

b) a 40. és az 50. óra között megy tönkre?

124