10962

Показательный (экспоненциальный) закон распределения

Лекция

Математика и математический анализ

Показательный экспоненциальный закон распределения В теории массового случайные процессы часто распределены по показательному закону например время обслуживания требования каналом обслуживания. Непрерывная случайная величина имеет показательный экспоненциа

Русский

2013-04-03

102.76 KB

233 чел.

Показательный (экспоненциальный) закон распределения

В теории массового случайные процессы часто распределены по показательному закону, например, время обслуживания требования каналом обслуживания.

Непрерывная случайная величина имеет показательный (экспоненциальный) закон распределения с параметром , если ее плотность вероятности имеет вид:

  (12.1)

Здесь постоянная положительная величина. Т.о. показательное распределение определяется одним положительным параметром . Найдем интегральную функцию показательного распределения:

 (12.2)

Итак,

  (12.3)

На рис.12.1 и 12.2 представлена плотность распределения и интегральная функция распределения СВ, распределенной по показательному закону.

Рис. 12.1. Дифференциальная функция показательного распределения ()

Рис. 12.2. Интегральная функция показательного распределения ()

Числовые характеристики показательного распределения

Вычислим математическое ожидание и дисперсию показательного распределения:

(12.4)

Для вычисления дисперсии воспользуемся одним из ее свойств:

   (12.5)

Т.к. , то остается вычислить :

 (12.6)

Подставив (12.6) в (12.5), окончательно получим:

 (12.7)

Для случайной величины, распределенной по показательному закону, математическое ожидание равно среднему квадратическому отклонению.

ПРИМЕР 1.  Написать дифференциальную и интегральную функции показательного распределения, если параметр .

РЕШЕНИЕ  а) Плотность распределения имеет вид:

б) Соответствующая интегральная функция равна:

ПРИМЕР 2.  Найти вероятность попадания в заданный интервал для СВ , распределенной по экспоненциальному закону

РЕШЕНИЕ  Найдем решение, вспомнив, что: . Теперь с учетом (12.3) получим:

Функция надежности

Будем называть элементом некоторое устройство, независимо от того "простое" оно или "сложное". Пусть элемент начинает работать в момент времени , а по истечении времени длительностью происходит отказ. Обозначим через непрерывную СВ – длительность времени безотказной работы элемента. Если элемент проработает безотказно (до наступления отказа) время, меньшее чем , то, следовательно, за время длительностью наступит отказ. Таким образом, вероятность отказа за время длительностью определяется интегральной функцией:

.     (12.8)

Тогда вероятность безотказной работы за то же время длительностью равна вероятности противоположного события, т.е.

.    (12.9)

Функцией надежности  называют функцию, определяющую вероятность безотказной работы элемента за время длительностью .

Часто длительность времени безотказной работы элемента имеет показательное распределение, интегральная функция которого равна:

.     (12.10)

Тогда, в случае показательного распределения времени безотказной работы элемента и с учетом (12.9) функция надежности будет равна:

.     (12.11)

ПРИМЕР 3.  Время безотказной работы элемента распределено по показательному закону при ( время в часах). Найти вероятность того, что элемент проработает безотказно 100 часов.

РЕШЕНИЕ  В нашем примере , тогда воспользуемся выражением (12.11):

.

Показательный закон надежности весьма прост и удобен для решения практических задач. Этот закон обладает следующим важным свойством:

Вероятность безотказной работы элемента на интервале времени длительностью не зависит от времени предшествующей работы до начала рассматриваемого интервала, а зависит только от длительности времени  (при заданной интенсивности отказов).

Докажем это свойство, введя следующие обозначения:

безотказная работа элемента на интервале длительностью ;

безотказная работа элемента на интервале длительностью ;

Тогда событие состоит в том, что элемент безотказно работает на интервале длительностью . Найдем вероятности этих событий по формуле (12.11), полагая, что время безотказной работы элемента подчинено показательному закону:

(12.12)

Найдем условную вероятность того, что элемент будет работать безотказно на интервале времени при условии, что он уже проработал безотказно на предшествующем интервале времени:

  (12.13)

Мы видим, что полученная формула не зависит от , а только от . Сравнивая выражения (12.12) и (12.13) можно сделать вывод, что условная вероятность безотказной работы элемента на интервале длительностью , вычисленная в предположении, что элемент проработал безотказно на предшествующем интервале, равна безусловной вероятности.

Итак, в случае показательного закона надежности, безотказная работа элемента "в прошлом" не сказывается на величине вероятности его безотказной работы "в ближайшем будущем".

Распределение Парето

В практических задачах встречаются так называемые усеченные распределения, у которых из общего множества значений СВ устранены значения, большие или меньшие некоторого порогового уровня . В частности, такое распределение будет иметь заработная плата работника при условии, что ее значение не может быть меньше некоторой заданной величины.

Распределением Парето называется такое распределение, для которого функция и плотность распределения вероятностей имеют вид:

     (12.14)

  (12.15)

Очевидно, плотность распределения вероятности монотонно убывает, выходя из точки .

Вычислим математическое ожидание такой случайной  величины

. (12.16)

Соответственно для дисперсии получим выражение

   (12.17)

ПРИМЕР 4.  Заработная плата работника фирмы ограничена нижним пределом в размере 10000 руб. и подчиняется закону Парето (  заработная плата в тысячах руб., ). Необходимо записать плотность распределения СВ , найти математическое ожидание уровня заработной платы и ее среднее квадратичное отклонение.

РЕШЕНИЕ  Учитывая (12.15) получим

.

Используя выражения (12.16) и (12.17), получим


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81405. Инвалиды как объект социальной работы и социологического анализа 40.01 KB
  Социальная защита инвалидов это система гарантированных государством экономических социальных и правовых мер обеспечивающих инвалидам условия для преодоления замещения компенсации ограничений жизнедеятельности и направленных на создание им равных с другими гражданами возможностей для участия в жизни общества. Индивидуальная программа реабилитации инвалидов это комплекс оптимальных для инвалида реабилитационных мероприятий включающий в себя отдельные виды формы объемы сроки и порядок реализации медицинских профессиональных и др....
81406. Основные категории жизнедеятельности, определяющие установление соответствующей группы инвалидности 37.26 KB
  Критериями установления І группы инвалидности является ограничение одной или нескольких категорий жизнедеятельности в значительной степени: ограничение самообслуживания III ст.; ограничение способности самостоятельно передвигаться III ст.; ограничение способности к обучению III ст.; ограничение способности к трудовой деятельности III ст.
81407. Основные институты реализации программы трудоустройства инвалидов. Приведите конкретные примеры 32.89 KB
  Государство обеспечивает дополнительные гарантии гражданам испытывающим трудности в поиске работы путем разработки и реализации программ содействия занятости создания дополнительных рабочих мест и специализированных организаций включая рабочие места и организации для труда инвалидов установления квоты для приема на работу инвалидов а также путем организации обучения по специальным программам и другими мерами. Квота для приема на работу инвалидов устанавливается в соответствии с Федеральным законом О социальной защите инвалидов в...
81408. Семья как социальный институт, структура и функции социального института семьи 36.14 KB
  Семья социальная группа основанная на родственных связях по браку по крови. В зависимости от форм брака: Моногамная семья состоящая из двух партнёров. Полигамная семья один из супругов имеет несколько брачных партнёров. В зависимости от пола супругов: Однополая семья двое мужчин или две женщины совместно воспитывающие приёмных детей искусственно зачатых или детей от предыдущих гетеросексуальных контактов.
81410. Девиантное поведение как социальный феномен. Специфика девиантного поведения подростков 41.74 KB
  Специфика девиантного поведения подростков. Основными формами девиантного поведения являются: пьянство наркомания преступность проституция самоубийство гомосексуализм. Объяснения причин девиантного поведения: Биологическое люди по своему биологическому складу предрасположены к определенному типу поведения. Девиантное поведение подростков не соответствует закономерностям взрослого отклоняющегося поведения.
81411. Факторы деструктивного поведения подростков 40.07 KB
  Биологические факторы это неблагоприятные физиологические или анатомические особенности организма ребенка нарушения умственного развития дефекты слуха и зрения повреждения нервной системы телесные дефекты дефекты речи и др.; психологические факторы это психопатологии или акцентуации характера. Данные отклонения выражаются в нервнопсихических заболеваниях психопатии неврастении пограничных состояниях повышающих возбудимость нервной системы и обуславливающих неадекватные реакции подростка; социальнопсихологические факторы....
81412. Влияние семьи на формы и уровень проявления подростковых девиаций. Понятие социализации и основные этапы данного процесса 40.08 KB
  Понятие социализации и основные этапы данного процесса. На каждом этапе социализации на человека оказывают влияние те или иные факторы соотношение которых на разных этапах различно. В целом можно выделить пять факторов оказывающих влияние на процесс социализации: биологическая наследственность; физическое окружение; культура социальное окружение; групповой опыт; индивидуальный опыт. Процесс социализации охватывает все слои общества.
81413. Типологический анализ социально-дезадаптированных семей 42.07 KB
  Семьи для которых характерны наиболее глубокие дефекты социализации вольно или невольно провоцируют детей на раннее употребление психоактивных веществ и совершение правонарушений. Псевдоблагополучная семья отличается ярко выраженным деспотическим характером безоговорочным доминированием одного из родителей полным подчинением ему остальных членов семьи наличием жестоких взаимоотношений держать всех в ежовых рукавицах применением физического наказания как основного средства воспитания. Дефекты в структуре родительской семьи в...