diff --git a/wtheo4.pdf b/wtheo4.pdf index 7bac902..a95e6f5 100644 Binary files a/wtheo4.pdf and b/wtheo4.pdf differ diff --git a/wtheo4.tex b/wtheo4.tex index 972a825..1607527 100644 --- a/wtheo4.tex +++ b/wtheo4.tex @@ -68,7 +68,46 @@ \end{enumerate} \end{aufgabe} -\stepcounter{aufgabe} +\begin{aufgabe} + \begin{enumerate}[(a)] + \item Wir benutzen den Dichtetransformationssatz. Es gilt $Y = h(X)$ mit $h(x) = -2 \log(x)$, also $h'(x) = -\frac{2}{x}$ und $h^{-1}(y) = e^{-\frac{1}{2}y}$. Wir benötigen noch die Identität + \[ + \mathbbm{f}^X(e^{-\frac{1}{2}y}) = \begin{cases} + 1 & 0 \leq e^{-\frac{1}{2}y} \leq 1\\ + 0 & \text{sonst} + \end{cases} = \begin{cases} + 1 & y \geq 0\\ + 0 & y < 0 + \end{cases} + = \mathbbm{1}_{\R_+}(y) + \] + Daher erhalten wir + \[ + \mathbbm{f}^Y(y) = \frac{\mathbbm{f}^X(e^{-\frac{1}{2}y})}{\left|-\frac{2}{e^{-\frac{1}{2}y}}\right|} = \mathbbm{1}_{\R_+}(y) \frac{1}{2}e^{-\frac{1}{2}y} = \mathbbm{f}_{\text{Exp}_\frac{1}{2}}(y) + \] + \item Erneut können wir den Dichtetransformationssatz anwenden, da $Y = h(X)$ mit $h(x) = \alpha x$, also $h'(x) = \alpha$ und $h^{-1}(y) = \frac{1}{\alpha}y$. Daher erhalten wir + \[ + \mathbbm{f}^Y(y) + = \frac{\mathbbm{f}^X(\alpha^{-1}y)}{\left| h'(\alpha^{-1}y)\right|} = \frac{\mathbbm{f}^X(\alpha^{-1}y)}{\left| \alpha\right|} + = \mathbbm{1}_{[0,\infty]}(y) \cdot \frac{\lambda}{\alpha} \cdot e^{-\lambda \frac{y}{\alpha}} + = \mathbbm{f}_{\text{Exp}_\frac{\lambda}{\alpha}}(y) + \] + \item Da $x^2$ nicht bijektiv ist, können wir den Dichtetransformationssatz nicht anwenden. Es gilt aber + \[ + \int_0^y \mathbbm{f}^Y(y') \d{y'} + = \mathbbm{F}^Y(y) + = \mathbbm{P}^Y([0,y]) + = \mathbbm{P}(Y^{-1}([0,y])) + = \mathbbm{P}([-\sqrt{y}, \sqrt{y}]) + = \int_{-\sqrt{y}}^{\sqrt{y}} \mathbbm{f}^X(x) \d{x} + = \frac{1}{2}x \bigg|_{-\sqrt{y}}^{\sqrt{y}} = \sqrt{y}. + \] + Nach dem Haupsatz der Differenzial- und Integralrechnung gilt daher + \[ + \mathbbm{f}^Y(y) = \frac{\d{}}{\d{y}} \int_0^y \mathbbm{f}^Y(y') \d{y'} = \frac{\d{}}{\d{y}} \sqrt{y} = \frac{1}{2\sqrt{y}} + \] + \end{enumerate} +\end{aufgabe} \begin{aufgabe} \begin{enumerate}[(a)] @@ -150,4 +189,38 @@ \end{enumerate} \end{aufgabe} +\begin{aufgabe} + \begin{enumerate}[(a)] + \item Aufgrund der Normierungsbedingung muss gelten + \begin{align*} + 1 &= \int_Y \int_X \mathbbm{f}^{X,Y}(x,y) \d{x}\d{y}\\ + &= \int_Y \int_X C_\lambda e^{-\lambda y}\mathbbm{1}_{0\leq x\leq y} \d{x}\d{y}\\ + &= \int_Y \int_0^y C_\lambda e^{-\lambda y}\mathbbm{1}_{0\leq y} \d{x}\d{y}\\ + &= \int_Y C_\lambda \left[x \cdot e^{-\lambda y}\mathbbm{1}_{0\leq y}\right]_{x=0}^y \d{y}\\ + &= \int_0^\infty C_\lambda y e^{-\lambda y} \d{y}\\ + &= \left[-C_\lambda \frac{y}{\lambda}e^{-\lambda y}\right]_{y=0}^\infty - \int_0^infty -C_\lambda\frac{1}{\lambda} e^{-\lambda y}\d{y}\\ + &= 0 - 0 + \left[-C_\lambda\frac{1}{\lambda^2}e^{-\lambda y}\right]_{y = 0}^\infty\\ + &= 0 - (- C_\lambda\frac{1}{\lambda^2} e^0)\\ + &= \frac{C_\lambda}{\lambda^2} + \end{align*} + Also gilt $C_\lambda = \lambda^2$. + \item Es gilt + \begin{equation*} + \mathbbm{f}^X(x) = \int_\R \mathbbm{f}^{X,Y}(x,y) \d{y} = \int_\R \lambda^2 e^{-\lambda y} \mathbbm{1}_{0\leq x\leq y} \d{y} = \int_x^\infty \lambda^2 e^{-\lambda y} \d{y} = \left[-\lambda e^{-\lambda y}\right]_x^\infty = \lambda e^{-\lambda x} + \end{equation*} + und + \begin{equation*} + \mathbbm{f}^Y(y) = \int_\R \mathbbm{f}^{X,Y}(x,y) \d{x} = \int_\R \lambda^2 e^{-\lambda y} \mathbbm{1}_{0\leq x\leq y} \d{x} = \int_0^y \lambda^2 e^{-\lambda y} \d{x} = \left[\lambda^2 e^{-\lambda y} x\right]_0^y = \lambda^2 y e^{-\lambda x} + \end{equation*} + \item Es gilt + \begin{equation*} + \mathbbm{P}(X \geq Y) = \int_0^\infty\int_y^\infty \mathbbm{f}^{X,Y}(x,y) \d{x}\d{y} = \int_0^\infty\int_y^\infty \lambda^2 e^{-\lambda y} \underbrace{\mathbbm{1}_{0\leq x \leq y}}_{=0} \d{x}\d{y} = 0 + \end{equation*} + und + \begin{equation*} + \mathbbm{P}(2X \leq Y) = \int_0^\infty\int_0^{\frac{y}{2}} \mathbbm{f}^{X,Y}(x,y) \d{x}\d{y} = \int_0^\infty\int_0^{\frac{y}{2}} \lambda^2 e^{-\lambda y} \underbrace{\mathbbm{1}_{0\leq x \leq y}}_{=1} \d{x}\d{y} = \int_0^{\infty} \left[\lambda^2 e^{-\lambda y}x\right]_{x = 0}^{\frac{y}{2}} = \frac{1}{2}\int_0^\infty y\lambda^2 e^{-\lambda y} =\frac{1}{2} + \end{equation*} + \end{enumerate} +\end{aufgabe} + \end{document}