Question

Difficulty: MediumKovaryans ve Korelasyon

Bir araştırmada incelenen XX ve YY kesikli rastgele değişkenlerinin ortak olasılık fonksiyonu aşağıdaki tabloda verilmiştir:

XYX \setminus Y1-10011
**1-1**1/81/8001/81/8
**00**001/21/200
**11**1/81/8001/81/8

Bu olasılık dağılımına göre, XX ve YY rastgele değişkenleri arasındaki ilişkiyle ilgili aşağıdakilerden hangisi kesinlikle doğrudur?

  1. A
    Kovaryansları sıfır olduğu için XX ve YY değişkenleri birbirinden kesinlikle bağımsızdır.
  2. B
    Değişkenler bağımlı olduğu için E[XY]E[X]E[Y]E[XY] \neq E[X]E[Y] eşitsizliği geçerlidir.
  3. Kovaryansları sıfır olmasına rağmen, XX ve YY değişkenleri bağımlıdır.Answer
  4. D
    XX ve YY bağımlı değişkenler olduğundan Var(X+Y)=Var(X)+Var(Y)Var(X+Y) = Var(X) + Var(Y) eşitliği sağlanmaz.
  5. E
    XX ve YY'nin marjinal olasılıkları toplamı 11 olduğu için aralarındaki kovaryans pozitiftir.

Answer

Kovaryansları sıfır olmasına rağmen, XX ve YY değişkenleri bağımlıdır.
Verilen ortak olasılık tablosunda E[X]=0E[X] = 0, E[Y]=0E[Y] = 0 ve E[XY]=0E[XY] = 0 olduğu için Cov(X,Y)=0Cov(X,Y) = 0 olarak hesaplanır. Ancak P(X=0,Y=0)=1/2P(X=0, Y=0) = 1/2 olasılığı, marjinal olasılıkların çarpımı olan P(X=0)P(Y=0)=1/4P(X=0) \cdot P(Y=0) = 1/4'e eşit değildir. Bu durum, aralarında doğrusal ilişki (kovaryans) olmamasına rağmen değişkenlerin birbirine bağımlı olduğunu kanıtlar.

Step-by-Step Solution

1
XX ve YY'nin marjinal olasılık dağılımlarını ve beklenen değerlerini bulmak.
P(X=1)=1/4P(X=-1) = 1/4, P(X=0)=1/2P(X=0) = 1/2, P(X=1)=1/4P(X=1) = 1/4 olarak hesaplanır. Buradan E[X]=(1)(1/4)+(0)(1/2)+(1)(1/4)=0E[X] = (-1)(1/4) + (0)(1/2) + (1)(1/4) = 0 bulunur. Simetriden dolayı E[Y]=0E[Y] = 0'dır.
Kovaryans formülünde kullanılacak olan bireysel beklenen değerlerin hesaplanması zorunludur.
2
Ortak beklenen değer olan E[XY]E[XY] değerini hesaplamak.
E[XY]=(1)(1)(1/8)+(1)(1)(1/8)+(1)(1)(1/8)+(1)(1)(1/8)=1/81/81/8+1/8=0E[XY] = (-1)(-1)(1/8) + (-1)(1)(1/8) + (1)(-1)(1/8) + (1)(1)(1/8) = 1/8 - 1/8 - 1/8 + 1/8 = 0 bulunur.
Kovaryans formülü Cov(X,Y)=E[XY]E[X]E[Y]Cov(X,Y) = E[XY] - E[X]E[Y] eşitliğine dayanır.
3
Kovaryansı hesaplamak.
Cov(X,Y)=0(0)(0)=0Cov(X,Y) = 0 - (0)(0) = 0 elde edilir.
Kovaryans değeri iki değişken arasındaki doğrusal ilişkinin varlığını kontrol etmemizi sağlar.
4
Değişkenlerin bağımsızlık koşulunu kontrol etmek.
Bağımsızlık için her x,yx,y değeri için P(X=x,Y=y)=P(X=x)P(Y=y)P(X=x, Y=y) = P(X=x)P(Y=y) olmalıdır. Ancak P(X=0,Y=0)=1/2P(X=0, Y=0) = 1/2 iken, P(X=0)P(Y=0)=(1/2)(1/2)=1/4P(X=0)P(Y=0) = (1/2)(1/2) = 1/4 olur. 1/21/41/2 \neq 1/4 olduğundan değişkenler bağımlıdır.
Sıfır kovaryans bağımsızlığı garanti etmediği için olasılık çarpımları üzerinden kontrol yapılması gerekir.

Key Concept

İki rastgele değişken bağımsızsa kovaryansları her zaman sıfırdır; ancak kovaryansın sıfır olması bu değişkenlerin bağımsız olduğunu garanti etmez (sadece aralarında doğrusal bir ilişki olmadığını gösterir).

Alternative Method

Bağımsızlık testi için uç noktalardaki olasılıklara da bakılabilir. Örneğin; P(X=1,Y=1)=1/8P(X=1, Y=1) = 1/8 iken, P(X=1)P(Y=1)=(1/4)(1/4)=1/16P(X=1)P(Y=1) = (1/4)(1/4) = 1/16'dır. Eşitlik sağlanmadığı için değişkenler en başından bağımlı olarak nitelendirilebilir.
Estimated Time:2m 0s
Rate this question