İstatistik ve Olasılık · 4. Ünite: Özel Kesikli Olasılık Dağılımları

Düzgün (Uniform) Kesikli Dağılım

Hilesiz bir zar, kapalı torbadan çekilen numaralı bilet ya da rastgele seçilen bir rakam: bütün bu deneylerde sonuçlar "eşit şansa" sahiptir. Düzgün kesikli dağılım, bu eşit şans ilkesini bir olasılık kütle fonksiyonuna dönüştüren en basit özel dağılımdır ve kesikli dağılımlar ailesinin başlangıç noktasıdır. Konunun sonunda bir deneyin düzgün modele uyup uymadığını gerekçelendirebilecek, ortalama ve varyans ifadelerini türetebilecek, eşit aralıklı olmayan değer kümeleri için de aynı hesabı yapabilecek, birikimli dağılımdan aralık olasılıkları okuyabilecek ve "iki zarın toplamı düzgündür" türü yaygın yanılgıları ayırt edebileceksin.

Öğrenme hedefleri

Konu anlatımı

  1. Motivasyon: Eşit Şans İlkesi

  2. Ortalama ve Varyansın Türetilmesi

  3. Birikimli Dağılım ve Aralık Olasılıkları

  4. Çözümlü Örnekler

  5. Sınır Durumları ve Sürekli Düzgün Dağılıma Geçiş

  6. Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları

Anahtar terimler

Düzgün kesikli dağılım (discrete uniform)
$k$ farklı değerin her birini $1/k$ olasılıkla alan rastgele değişkenin dağılımı: $f(x;k) = 1/k$.
Olasılık kütle fonksiyonu (pmf)
Kesikli bir rastgele değişkenin her değeri alma olasılığını veren $f(x) = P(X = x)$ fonksiyonu; toplamı 1'dir.
Birikimli dağılım fonksiyonu (CDF)
$F(x) = P(X \le x)$; kesikli durumda sağdan sürekli, basamaklı, azalmayan bir fonksiyondur.
Beklenen değer (expected value)
$E[X] = \sum x f(x)$; düzgün dağılımda değerlerin aritmetik ortalaması, $\{1,\dots,k\}$ için $(k+1)/2$.
Varyans (variance)
$\mathrm{Var}(X) = E[(X - \mu)^2]$; $\{1, \dots, k\}$ için $(k^2-1)/12$, eşit aralıklı $d$ için $d^2(k^2-1)/12$.
Dejenere dağılım (degenerate)
Tek bir değeri olasılık 1 ile alan dağılım ($k = 1$); varyansı sıfırdır.
Doğrusal dönüşüm
$Y = a + bX$ için $E[Y] = a + bE[X]$ ve $\mathrm{Var}(Y) = b^2 \mathrm{Var}(X)$; toplanan sabit varyansı değiştirmez.
Tarafsız tahminci (unbiased estimator)
Beklenen değeri tahmin edilen parametreye eşit olan tahminci; örnek: $E[2X - 1] = k$.

Örnek soru

Hilesiz bir zar atılıyor ve $X$ üst yüze gelen sayı olarak tanımlanıyor. $\mathrm{Var}(X)$ kaçtır?

  1. $3{,}00$
  2. $3{,}50$
  3. $35/12 \approx 2{,}92$
  4. $91/6 \approx 15{,}17$
  5. $35/6 \approx 5{,}83$

Doğru cevap: C

Çözüm

1. $X \sim U\{1, \dots, 6\}$, yani $k = 6$ ve olasılıklar $1/6$'dır.
2. $\mathrm{Var}(X) = \dfrac{k^2 - 1}{12} = \dfrac{36 - 1}{12} = \dfrac{35}{12} \approx 2{,}92$.
3. Kontrol: $E[X^2] = 91/6$ ve $E[X] = 3{,}5$ olduğundan $91/6 - 12{,}25 = 35/12$.
Cevap: C. $3{,}50$ ortalamadır, varyans değildir. $91/6$ ikinci momenttir ($E[X^2]$) ve ortalamanın karesi çıkarılmadan varyans sanılır. $3{,}00$ ise $k^2/12$ yazıp $-1$'i unutmaktan gelir.

İstatistik ve Olasılık: tüm konular