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

232 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

33309. Формы изменения срока уплаты налога 22 KB
  Формы изменения срока уплаты налога Это перенос уплаты налога на более поздний срок. Уплаты единовремно; 2. уплаты поэтапно; 3. уплаты единовремно; 4.
33310. Полное и частичное освобождение от налоговых обязательств. Налоговые каникулы 25 KB
  Окладная сумма валовой налог это результат умножения количества единиц налогообложения входящих в налоговую базу на ставку ставки налога. Освобождения от уплаты налога можно разделить на виды по формам предоставления льготы. Снижение ставки налога. согласно Закону о налоге на прибыль предприятий и организаций ставка налога понижается на 50 для предприятий в штате которых 50 и более составляют пенсионеры и инвалиды.
33311. Элементы акцизного налогообложения и их характеристика 33 KB
  Основными объектами налогообложения признаются операции по реализация на территории РФ произведенной подакцизной продукции ее производителями в том числе передача прав собственности и ее использование при натуральной оплате реализация алкогольной продукции с акцизных складов ввоз подакцизных товаров на таможенную территорию РФ а также ряд иных операций по передаче и продаже подакцизных товаров и подакцизного минерального сырья. При этом к производству подакцизных товаров приравнивается их розлив а также любые виды смешения товаров в...
33312. Элементы налога на добавленную стоимость и их характеристика 25 KB
  Налогоплательщиками НДС признаются: организации; индивидуальные предприниматели; лица признаваемые налогоплательщиками НДС в связи с перемещением товаров через таможенную границу РФ которые определяются в соответствии с Таможенным кодексом РФ. Объектом налогообложения признаются следующие операции: 1 реализация товаров работ услуг на территории РФ в том числе реализация предметов залога и передача товаров результатов выполненных работ оказание услуг по соглашению о предоставлении отступного или новации а также передача...
33313. Элементы налога на прибыль и их характеристика 32 KB
  Для иных иностранных организаций – доход полученный от источников в РФ в том числе: дивиденды выплаченные иноорганизациями; процентный доход от долговых обязательств; доходы от реализации акций и др. Доходы делятся на две группы: 1. Доходы от реализации товаров – выручка от реализации товаров как собственного производства так и ранее приобретенных выручка от реализации имущества включая ценные бумаги и имущественных прав. Внереализационные доходы – доходы не связанные с основной производственной деятельностью по производству и...
33314. Элементы единого социального налога и их характеристика 43.5 KB
  3 Суммы единовременной материальной помощи физическим лицам в результате стихийных и других чрезвычайных бедствий в целях возмещения материального ущерба или вреда их здоровью; членам семьи умершего работника или работнику в связи со смертью члена семьи; материальная помощь оказываемая организациями финансируемыми из бюджета своим работникам если они не превышают в налоговом периоде 2000 рублей. Освобождаются от уплаты ЕСН: 1 организации любых ОПФ – с сумм выплат и иных вознаграждений не превышающих в течение налогового периода 100000...
33315. Налогообложение доходов физических лиц в РФ. Налоговые резиденты и нерезиденты 26 KB
  резиденты РФ облагаются все полученные доходы нерезиденты только по доходам полученным от источников в РФ. доходы полученные от использования трансп. доходы до 2 тыс. база: учитываются доходы полученные: 1.
33316. Вычеты по налогу на доходы физических лиц 24 KB
  Вычетов :стандартные: а 3000 руб. – чернобыльцы инвалиды ВОВ и военнослужащие ставшие инвалидами при защите СССР и РФ; б 500 руб. – герои СССР и РФ инвалиды 1 2 групп и с детства блокадники; в 400 руб. – на каждого работника; г 300 руб.
33317. Элементы налога на добычу полезных ископаемых и их характеристика 32 KB
  Элементы налога на добычу полезных ископаемых и их характеристика. Налогообложение по налогу на добычу полезных ископаемых установлено в 26 главе второй части Налогового кодекса РФ. Если добыча полезных ископаемых производится на континентальном шельфе РФ в исключительной экономической зоне РФ либо на территории за пределами территории РФ при условии что данная территория находится под юрисдикцией РФ арендуется у иностранных государств или используется на основании международного договора налогоплательщики должны встать на учет по...