SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 42
Baixar para ler offline
CHAPTER 07
Random Variables




                   1
CASE STUDY

Lost income and the courts

Jane Blaylock joined the Ladies Professional Golf Association (LPGA) in 1969 and by 1972 
had become the leading money winner on the tour. During the Bluegrass Invitational 
Tournament, she was disqualified for an alleged rules infraction. The LPGA appointed a 
committee of her competitors, who suspended her from the next tournament, the Carling 
Open. Blaylock sued for damages and expenses under the Sherman Antitrust Act, which says 
that individuals cannot be prevented by their peers from working in their profession because it 
would lessen competition. She won but then had to come up with a method of determining how 
much money she might reasonably have made if she had been allowed to play in the next 
tournament. This is a difficult issue in most antitrust cases but was particularly problematic 
for a professional golfer, who might play well one day and poorly another day. Her task was 
challenging. She would have to use a measure that the judge and the jury would understand 
and that would be sufficiently convincing for a ruling in her favor. She and her legal team used 
a statistical procedure called the expected value, which we will study in this chapter. Using 
data from the nine most recent tournaments that Blaylock played in prior to the 
disqualification, they estimated the probability that she would achieve various scores based on 
her past performance. The scores for players who won money ranged from 209 (the 
tournament winner) to 232. To simplify things, the 24 possible scores were reduced to 8, where 
210, for example, represents 209, 210, and 211. Here is a table that summarizes her possible 
outcomes and the probabilities calculated for each of the outcomes:




The probability is 0.07 that she would score 209, 210, or 211; and so forth. Using these 
numbers, her expected score was calculated to be approximately 218. Had she played in the 
tournament, her 218 would have earned her $1427.50. Not only was the jury persuaded, but 
they also believed that Blaylock might well have won the tournament, so they awarded her 
first­place money, $4500. This amount was then tripled to $13,500 to cover legal expenses, 
according to the provisions of the Sherman act. Statistics to the rescue.


                                                                                                    2
Activity 7A

The game of craps

Materials: Pair of dice for each pair of students

The game of craps is one of the most famous (or notorious) of all gambling games 
played with dice. In this game, the player rolls a pair of six­sided dice, and the sum 
of the numbers that turn up on the two faces is noted. If the sum is 7 or 11, the 
player wins immediately. If the sum is 2, 3, or 12, the player loses immediately. If 
any other sum is obtained, the player continues to throw the dice until he either 
wins by repeating the first sum he obtained or loses by rolling a 7. Your mission in 
this activity is to estimate the probability of a player winning at craps. But first, 
let's get a feel for the game. For this activity, your class will be divided into groups 
of two. Your instructor will provide a pair of dice for each group of two students.




                                                                                            3
1.  In your group of two students, play a total of 20 games of craps. One person 
will roll the dice; the other will keep track of the sums and record the end result 
(win or lose). If you like, you can switch jobs after 10 games have been completed. 
How many times out of 20 does the player win? What is the relative frequency 
(that is, percent, written as a decimal) of wins?

2.  Combine your results with those of all the other two­student groups in the class. 
What is the relative frequency of wins for the entire class?

3.  Use simulation techniques to represent 20 games of craps, using either the table 
of random digits or the random number generating feature of your TI­83/84/89. 
What is the relative frequency of wins based on the 20 simulations? How does this 
number compare to the relative frequency you found in Step 2?

4.  One of the ways you can win at craps is to roll a sum of 7 or 11 on your first 
roll. Using your results and those of your fellow students, determine the number of 
times a player won by rolling a sum of 7 on the first roll. What is the relative 
frequency of rolling a sum of 7? Repeat these calculations for a sum of 11. Which 
of these sums appears more likely to occur than the other, based on the class 
results?


                                                                                         4
5.  One of the ways you can lose at craps is to roll a sum of 2, 3, or 12 on your first 
roll. Using your results and those of your fellow students, determine the number of 
times a player lost by rolling a sum of 2 on the first roll. What is the relative 
frequency of rolling a sum of 2? Repeat these calculations for a sum of 3 and a sum of 
12. Which of these sums appears more likely to occur than the others, based on the 
class results?

6.  Clearly, the key quantity of interest in craps is the sum of the numbers on the two 
dice. Let's try to get a better idea of how this sum behaves in general by conducting a 
simulation. First, determine how you would simulate the roll of a single fair die. 
(Hint: Just use digits 1 to 6 and ignore the others.) Then determine how you would 
simulate a roll of two fair dice. Using this model, simulate 36 rolls of a pair of dice 
and determine the relative frequency of each of the possible sums. Alternatively, use 
the applet at the Web site nces.ed.gov/nceskids/probability/.




                                                                                           5
7.  Construct a relative frequency histogram of the relative frequency results in Step 
6. What is the approximate shape of the distribution? What sum appears most likely 
to occur? Which appears least likely to occur?

8.  From the relative frequency data in Step 6, compute the relative frequency of 
winning and the relative frequency of losing on your first roll in craps. How do these 
simulated results compare with what the class obtained?




                                                                                          6
7.Introduction




                 7
07.Intro.01:  Define what is meant by a random 
variable.




Random variables are the basic units of sampling 
distributions, which, in turn, are the foundation for 
inference.

Two flavors ­ discrete and continuous.


                                                         8
7.1 Discrete and Continuous Random Variables




                                               9
07.01.01:  Define a discrete random variable.




The probabilities pi must satisfy two requirements:

   1. Every probability pi is a number between 0 and 1.

   2. The sum of the probabilities is 1: p1 + p2 + … + pk = 1.

Find the probability of any event by adding the probabilities pi of the particular values xi that 
make up the event.




                                                                                                     10
Example 7.1       Getting good grades

Finding discrete probabilities

North Carolina State University posts the grade distributions for its courses online. Students in 
Statistics 101 in the fall 2003 semester received 21% A's, 43% B's, 30% C's, 5% D's, and 1% F's. 
Choose a Statistics 101 student at random. To “choose at random” means to give every student the 
same chance to be chosen. The student's grade on a four­point scale (with A = 4) is a random 
variable X.

The value of X changes when we repeatedly choose students at random, but it is always one of 0, 1, 
2, 3, or 4. Here is the distribution of X:




The probability that the student got a B or better is the sum of the probabilities of an A and a B. In 
the language of random variables,


                     P(X ≥ 3) = P(X = 3) + P(X = 4)
                             = 0.43 + 0.21
                             = 0.64
                                                                                                          11
07.01.02:  Explain what is meant by a probability 
distribution.

The probability distribution is the organization of 
possible outcomes of a discrete random variable 
with the associated probabilities of each outcome.

These distributions can be in a table, as before.

They can be in histograms as well.

This is closely related to the continuous r.v.


                                                       12
Figure 7.1  Probability histograms for (a) random digits 0 to 9 and (b) Benford's law. The height 
of each bar shows the probability assigned to a single outcome.




Make note of the sums of the bars...it's your 
destiny...er...density?

                                                                                                     13
07.01.03:  Construct the probability distribution for 
a discrete random variable.
Example 7.2        Tossing coins

Values of a random variable

What is the probability distribution of the discrete random variable X that counts the number of 
heads in four tosses of a coin? We can derive this distribution if we make two reasonable 
assumptions:

   1.      The coin is balanced, so each toss is equally likely to give H or T.
   2.      The coin has no memory, so tosses are independent.

The outcome of four tosses is a sequence of heads and tails such as HTTH. There are 16 possible 
outcomes in all. Figure 7.2 lists these outcomes along with the value of X for each outcome. The 
multiplication rule for independent events tells us that, for example,




Each of the 16 possible outcomes similarly has probability 1/16. That is, these outcomes are equally 
likely.



                                                                                                        14
The number of heads X has possible values 0, 1, 2, 3, and 4. These values are not equally likely. As 
Figure 7.2 shows, there is only one way that X = 0 can occur: namely, when the outcome is TTTT. 
So P(X = 0) = 1/16. But the event {X = 2} can occur in six different ways, so that




                                                                                                        15
We can find the probability of each value of X from Figure 7.2 in the same way. Here is the result:




These probabilities have sum 1, so this is a legitimate probability distribution. In table form the 
distribution is




                                                                                                       16
Figure 7.3 is a probability histogram for this distribution. The probability distribution is exactly 
symmetric. It is an idealization of the relative frequency distribution of the number of heads after 
many tosses of four coins, which would be nearly symmetric but is unlikely to be exactly symmetric.




                                                                                                        17
Any event involving the number of heads observed can be expressed in terms of X, and its 
probability can be found from the distribution of X. For example, the probability of tossing at most 
two heads is




The probability of at least one head is most simply found by use of the complement rule:




                                                                                                        18
07.01.04:  Given a probability distribution for a 
discrete random variable, construct a probability 
histogram.

See the last example.




                                                     19
Exercises
p469
7.2, 3, 4, 5




               20
07.01.05:  Review:  define density curve.
A nonnegative function that has area exactly 1 
between it and the horizontal axis.

This corresponds to a sum probability of 1.

To be useful, the density curves must be 
functions we know (like the Normal curve) or they 
must have simple geometric shapes for area 
calculation.




                                                     21
07.01.06:  Explain what is meant by a uniform 
distribution.




                                                 22
Example 7.3       Random numbers and the uniform distribution

Areas under a density curve

The random number generator will spread its output uniformly across the entire interval from 0 to 1 
as we allow it to generate a long sequence of numbers. The results of many trials are represented by 
the density curve of a uniform distribution (Figure 7.5). This density curve has height 1 over the 
interval from 0 to 1. The area under the density curve is 1, and the probability of any event is the 
area under the density curve and above the event in question.




                                                                                                        23
As Figure 7.5(a) illustrates, the probability that the random number generator produces a number X 
between 0.3 and 0.7 is




because the area under the density curve and above the interval from 0.3 to 0.7 is 0.4. The height of 
the density curve is 1 and the area of a rectangle is the product of height and length, so the 
probability of any interval of outcomes is just the length of the interval. So,




Notice that the last event consists of two nonoverlapping intervals, so the total area above the event 
is found by adding two areas, as illustrated by Figure 7.5(b). This assignment of probabilities obeys 
all of our rules for probability.




                                                                                                          24
07.01.07:  Define a continuous random variable 
and a probability distribution for a continuous 
random variable.




                                                   25
All continuous probability distributions assign 
probability 0 to every individual outcome.

P(X = a) = 0 for any individual outcome a.

Different from discrete probability.

Easy concept for you Calc kids...huh...

Let us get our non­Calcs to make sense of this 
non­sense.



                                                   26
The upcoming problems are much like the 
Chapter 2 problems, only the language has 
changed to that involving probabilities.

For example, the next slide with a new look at 
probability in the Normal distribution curve.




                                                  27
Example 7.4       Cheating in school

Continuous random variables

Students are reluctant to report cheating by other students. A sample survey puts this question to an 
SRS of 400 undergraduates: “You witness two students cheating on a quiz. Do you go to the 
professor?” Suppose that if we could ask all undergraduates, 12% would answer “Yes.”




                                                                                                         28
Exercises
p475
#7.7, 9




            29
Section 7.1 | Summary

The previous chapter included a general discussion of the idea of probability and the properties of 
probability models. Two very useful specific types of probability models are distributions of discrete 
and continuous random variables. In our study of statistics we will employ only these two types of 
probability models.

A random variable is a variable taking numerical values determined by the outcome of a random 
phenomenon. The probability distribution of a random variable X tells us what the possible values 
of X are and what probabilities are assigned to those values.

A random variable X and its distribution can be discrete or continuous.

A discrete random variable has a countable number of possible values. The probability distribution 
assigns each of these values a probability between 0 and 1 such that the sum of all the probabilities 
is exactly 1. The probability of any event is the sum of the probabilities of all the values that make 
up the event.

A continuous random variable takes all values in some interval of numbers. A density curve 
describes the probability distribution of a continuous random variable. The probability of any event 
is the area under the curve above the values that make up the event.

Normal distributions are one type of continuous probability distribution.

You can picture a probability distribution by drawing a probability histogram in the discrete case or 
by graphing the density curve in the continuous case.

When you work problems, get in the habit of first identifying the random variable of interest. X = 
number of _____ for discrete random variables, and X = amount of _____ for continuous random 
variables.


                                                                                                          30
Exercises
p477
None specifically assigned




                             31
7.2 Means and Variances of Random Variables




                                              32
Activity 7B

Means of random variables

To see how means of random variables work, consider a random 
variable that takes values {1, 1, 2, 3, 5, 8}. Do the following.

1.  Calculate the mean μ of the population.

2.  Make a list of all of the samples of size 2 from this population. 
(Caution: Notice that in our population, the first two values are the 
same. To distinguish them from one another, we will use subscripts: 1a 
and 1b.) As a check, you should have 15 subsets of size 2. Here's the 
beginning of our list:




3.  Find the mean of the 15 x­values in the third column. Compare this 
with the population mean that you calculated in Step 1.

4.  Repeat Steps 1 to 3 for a different (but still small) population of 
your choice. Now compare your results with those of other students in 
your class.

5.  Write a brief statement that describes what you discovered.

                                                                           33
7.02.01:  Define what is meant by the mean of a 
random variable.




                                                   34
7.02.02:  Calculate the mean of a discrete 
random variable.




                                              35
7.02.03:  Calculate the variance and standard 
deviation of a discrete random variable.




                                                 36
7.02.04:  Explain, and illustrate with an example, 
what is meant by the law of large numbers.




                                                      37
7.02.05:  Explain what is meant by the law of 
small numbers.




                                                 38
7.02.06:  Given μX and μY, calculate μa+bX' and 
μX+Y.




                                                   39
2
7.02.07:  Given σX and σY, calculate σ a+bX and 
σ2X+Y (where X and Y are independent.)




                                                   40
7.02.08:  Explain how standard deviations are 
calculated when combining random variables.




                                                 41
7.02.09:  Discuss the shape of a linear 
combination of independent Normal random 
variables.




                                            42

Mais conteúdo relacionado

Destaque

Salomidi&Panayotidis Text.Mytilene
Salomidi&Panayotidis Text.MytileneSalomidi&Panayotidis Text.Mytilene
Salomidi&Panayotidis Text.Mytileneaigaiopelagitis
 
20131008 agoria big data vs data protection
20131008 agoria big data vs data protection20131008 agoria big data vs data protection
20131008 agoria big data vs data protectionJos Dumortier
 
Caimeiju SNS marketing
Caimeiju SNS marketing Caimeiju SNS marketing
Caimeiju SNS marketing Richard Liu
 
Professor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and Biodiversity
Professor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and BiodiversityProfessor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and Biodiversity
Professor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and Biodiversityaigaiopelagitis
 

Destaque (7)

Salomidi&Panayotidis Text.Mytilene
Salomidi&Panayotidis Text.MytileneSalomidi&Panayotidis Text.Mytilene
Salomidi&Panayotidis Text.Mytilene
 
20131008 agoria big data vs data protection
20131008 agoria big data vs data protection20131008 agoria big data vs data protection
20131008 agoria big data vs data protection
 
ShareForMore
ShareForMoreShareForMore
ShareForMore
 
Caimeiju SNS marketing
Caimeiju SNS marketing Caimeiju SNS marketing
Caimeiju SNS marketing
 
Blaxos & Louloudis
Blaxos & LouloudisBlaxos & Louloudis
Blaxos & Louloudis
 
Research Grigoriadis
Research GrigoriadisResearch Grigoriadis
Research Grigoriadis
 
Professor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and Biodiversity
Professor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and BiodiversityProfessor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and Biodiversity
Professor D. Vokou about Greek Nature Management Bodies and Biodiversity
 

Último

SOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptx
SOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptxSOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptx
SOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptxiammrhaywood
 
microwave assisted reaction. General introduction
microwave assisted reaction. General introductionmicrowave assisted reaction. General introduction
microwave assisted reaction. General introductionMaksud Ahmed
 
Unit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptx
Unit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptxUnit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptx
Unit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptxVishalSingh1417
 
Advanced Views - Calendar View in Odoo 17
Advanced Views - Calendar View in Odoo 17Advanced Views - Calendar View in Odoo 17
Advanced Views - Calendar View in Odoo 17Celine George
 
Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.
Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.
Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.MateoGardella
 
Class 11th Physics NEET formula sheet pdf
Class 11th Physics NEET formula sheet pdfClass 11th Physics NEET formula sheet pdf
Class 11th Physics NEET formula sheet pdfAyushMahapatra5
 
psychiatric nursing HISTORY COLLECTION .docx
psychiatric  nursing HISTORY  COLLECTION  .docxpsychiatric  nursing HISTORY  COLLECTION  .docx
psychiatric nursing HISTORY COLLECTION .docxPoojaSen20
 
APM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across Sectors
APM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across SectorsAPM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across Sectors
APM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across SectorsAssociation for Project Management
 
Application orientated numerical on hev.ppt
Application orientated numerical on hev.pptApplication orientated numerical on hev.ppt
Application orientated numerical on hev.pptRamjanShidvankar
 
Basic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptx
Basic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptxBasic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptx
Basic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptxDenish Jangid
 
Mixin Classes in Odoo 17 How to Extend Models Using Mixin Classes
Mixin Classes in Odoo 17  How to Extend Models Using Mixin ClassesMixin Classes in Odoo 17  How to Extend Models Using Mixin Classes
Mixin Classes in Odoo 17 How to Extend Models Using Mixin ClassesCeline George
 
ICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptx
ICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptxICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptx
ICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptxAreebaZafar22
 
The basics of sentences session 2pptx copy.pptx
The basics of sentences session 2pptx copy.pptxThe basics of sentences session 2pptx copy.pptx
The basics of sentences session 2pptx copy.pptxheathfieldcps1
 
Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...
Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...
Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...christianmathematics
 
Holdier Curriculum Vitae (April 2024).pdf
Holdier Curriculum Vitae (April 2024).pdfHoldier Curriculum Vitae (April 2024).pdf
Holdier Curriculum Vitae (April 2024).pdfagholdier
 
Grant Readiness 101 TechSoup and Remy Consulting
Grant Readiness 101 TechSoup and Remy ConsultingGrant Readiness 101 TechSoup and Remy Consulting
Grant Readiness 101 TechSoup and Remy ConsultingTechSoup
 

Último (20)

SOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptx
SOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptxSOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptx
SOCIAL AND HISTORICAL CONTEXT - LFTVD.pptx
 
microwave assisted reaction. General introduction
microwave assisted reaction. General introductionmicrowave assisted reaction. General introduction
microwave assisted reaction. General introduction
 
Advance Mobile Application Development class 07
Advance Mobile Application Development class 07Advance Mobile Application Development class 07
Advance Mobile Application Development class 07
 
Unit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptx
Unit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptxUnit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptx
Unit-IV; Professional Sales Representative (PSR).pptx
 
Advanced Views - Calendar View in Odoo 17
Advanced Views - Calendar View in Odoo 17Advanced Views - Calendar View in Odoo 17
Advanced Views - Calendar View in Odoo 17
 
Mehran University Newsletter Vol-X, Issue-I, 2024
Mehran University Newsletter Vol-X, Issue-I, 2024Mehran University Newsletter Vol-X, Issue-I, 2024
Mehran University Newsletter Vol-X, Issue-I, 2024
 
Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.
Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.
Gardella_Mateo_IntellectualProperty.pdf.
 
INDIA QUIZ 2024 RLAC DELHI UNIVERSITY.pptx
INDIA QUIZ 2024 RLAC DELHI UNIVERSITY.pptxINDIA QUIZ 2024 RLAC DELHI UNIVERSITY.pptx
INDIA QUIZ 2024 RLAC DELHI UNIVERSITY.pptx
 
Class 11th Physics NEET formula sheet pdf
Class 11th Physics NEET formula sheet pdfClass 11th Physics NEET formula sheet pdf
Class 11th Physics NEET formula sheet pdf
 
psychiatric nursing HISTORY COLLECTION .docx
psychiatric  nursing HISTORY  COLLECTION  .docxpsychiatric  nursing HISTORY  COLLECTION  .docx
psychiatric nursing HISTORY COLLECTION .docx
 
APM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across Sectors
APM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across SectorsAPM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across Sectors
APM Welcome, APM North West Network Conference, Synergies Across Sectors
 
Código Creativo y Arte de Software | Unidad 1
Código Creativo y Arte de Software | Unidad 1Código Creativo y Arte de Software | Unidad 1
Código Creativo y Arte de Software | Unidad 1
 
Application orientated numerical on hev.ppt
Application orientated numerical on hev.pptApplication orientated numerical on hev.ppt
Application orientated numerical on hev.ppt
 
Basic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptx
Basic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptxBasic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptx
Basic Civil Engineering first year Notes- Chapter 4 Building.pptx
 
Mixin Classes in Odoo 17 How to Extend Models Using Mixin Classes
Mixin Classes in Odoo 17  How to Extend Models Using Mixin ClassesMixin Classes in Odoo 17  How to Extend Models Using Mixin Classes
Mixin Classes in Odoo 17 How to Extend Models Using Mixin Classes
 
ICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptx
ICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptxICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptx
ICT Role in 21st Century Education & its Challenges.pptx
 
The basics of sentences session 2pptx copy.pptx
The basics of sentences session 2pptx copy.pptxThe basics of sentences session 2pptx copy.pptx
The basics of sentences session 2pptx copy.pptx
 
Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...
Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...
Explore beautiful and ugly buildings. Mathematics helps us create beautiful d...
 
Holdier Curriculum Vitae (April 2024).pdf
Holdier Curriculum Vitae (April 2024).pdfHoldier Curriculum Vitae (April 2024).pdf
Holdier Curriculum Vitae (April 2024).pdf
 
Grant Readiness 101 TechSoup and Remy Consulting
Grant Readiness 101 TechSoup and Remy ConsultingGrant Readiness 101 TechSoup and Remy Consulting
Grant Readiness 101 TechSoup and Remy Consulting
 

APS Chapter 07 Notes