Nanostatistik: sandsynligheder Kursushjemmeside: kurser/nanostatistik/

Transkript

1 Nanostatistik: sandsynligheder Kursushjemmeside: kurser/nanostatistik/ JLJ Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 1/16

2 Højder Pige- og drengehøjder blandt deltagere i kurset Plot Er der forskel på højden af piger og drenge? Hvad mener vi med dette spørgsmål? Bagvedliggende population? Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 2/16

3 Hvad skal vi med statistik? Eksempel: Aar grov vold Nyhed i TV: kraftig stigning i grov vold. Er dette rigtigt? Kan tallene forklares ved tilfældige udsving? population sandsynligheder Har måden at opgøre tallene på ændret sig? Eksempel: Solsvingninger/jordtemperatur Svært: usikkerhed i tallene - hvad betyder en tilfældig sammenhæng Finde fysisk forklaring på sammenhæng Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 3/16

4 Statistik Al statistisk argumentering er baseret på sandsynligheder Typisk / Ikke-typisk Timerne i dag: Sandsynligheder Oversigt over kurset? Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 4/16

5 Sandsynligheder Hvad er en sandsynlighed? ss (a) ss for plat eller krone i møntkast: 1 2 (b) ss for en 6-er i terningekast: (c) ss for 2 6-er i kast med to terninger: 36 = (d) ss for 4 esser i 13 ud af 52 kort: = (Placere es 1, dernæst es 2 osv) (e) ss for en ulykke under flystart:? (f) ss for et biluheld på Grenåvej i myldretid:? (g) ss for solskinsvejr i morgen:? (h) ss for at vinde landskampen mod Sverige i 2004:? Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 5/16

6 SS: fysisk definition Definition ("fysisk"): ss for en hændelse er den frekvens hvormed hændelsen optræder i uafhængige gentagelser (a)-(d): passer fint (e): antal ulykker / antal starter (g): finde dage med vejr der ligner i dag, tælle op hvor mange der havde sol dagen efter (h): duer ikke: hver ny kamp er en ny situation Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 6/16

7 SS: fysisk definition 0 ss 1 optræder altid: ss=1 optræder aldrig: ss=0 A: en hændelse (Ex: få en 6-er i terningekast) { 1 hvis A optræder i j te gentagelse 1(A j ) = 0 hvis A ikke optræder Så er frekvensen i n gentagelser n j=1 1(A j) ss = grænseværdien når n = P(A) FIGUR n Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 7/16

8 SS: P(A B) A og B er disjunkte hændelser: hvis A optræder så er B udelukket, og omvendt Ex: A: få en 6-er i terningekast; B: få en 5-er A B: A optræder eller B optræder 1(A B) = 1(A) + 1(B) når de er disjunkte n j=1 1((A B) j) n j=1 1(A j) n j=1 1(B j) n = n + n Derfor må der gælde P(A B) = P(A) + P(B), A og B er disjunkte Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 8/16

9 Sandsynlighedsmodel Definition ("matematisk"): 1) Udfaldsrum (ofte betegnet med Ω): indeholder alle mulige resultater af et eksperiment Ex1: Kaste en mønt Ω = {pl,kr} Ex2: Kaste en terning Ω = {1, 2, 3, 4, 5, 6} Ex3: Kaste en mønt to gange Ω = {(pl,pl), (pl,kr), (kr,pl), (kr,kr)} Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 9/16

10 SS-model: hændelser 2) En samling af hændelser (hændelsesalgebra A = "de spørgsmål vi kan stille" hændelse: delmængde af udfaldsrum Ex1: hændelse krone {kr} Ex2: hændelsen et lige antal øjne {2, 4, 6} Ex3: hændelsen mindst een krone {(pl, kr), (kr, pl), (kr, kr)} Krav til A: Hvis A A og B A så er A B A og A B A A B: enten A eller B (eller dem begge) A B: både A og B Ω A (den sikre hændelse) A ( = den tomme mængde) Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 10/16

11 SS-model: hændelser Ex4: Kaste en terning to gange Ω = {(1, 1), (1, 2),..., (1, 6), (2, 1),..., (2, 6),...,(6, 6)} (36 elementer) A = 6-er i kast 1 A = {(6, 1), (6, 2), (6, 3), (6, 4), (6, 5), (6, 6)} B = 6-er i kast 2 B = {(1, 6), (2, 6), (3, 6), (4, 6), (5, 6), (6, 6)} A B = 6-er i begge kast A B = {(6, 6)} A B = mindst een 6-er A B har 11 elementer Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 11/16

12 SS-model: ss-mål 3) Et sandsynlighedsmål P For enhver hændelse A A angiver P(A) ss: 0 P(A) 1 P(Ω) = 1 P( ) = 0 P(A B) = P(A) + P(B), hvis A og B er disjunkte (husk den "fysiske" ss) Ex1: P({kr}) = 1 2 Ex2: P(lige antal øjne) = P({2})+P({4})+P({6}) = = 1 2 Ex3: P(mindst een krone) = P({(pl,kr)}) + P({(kr,pl)}) + P({(kr,kr)}) = = 3 4 Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 12/16

13 Additionssætningen A og B er to mængder, ikke nødvendigvis disjunkte C = A B A 0 = A \ C B 0 = B \ C Så er A B = A 0 B 0 C A 0,B 0,C er disjunkte Dermed P(A B) = P(A 0 B 0 C) = P((A 0 B 0 ) C) = P(A 0 B 0 ) + P(C) = P(A 0 ) + P(B 0 ) + P(C) = P(A 0 ) + P(C) + P(B 0 ) + P(C) P(C) = P(A) + P(B) P(C) P(A B) = P(A) + P(B) P(A B) Ex4: P(mindst een 6-er i to kast) = P(6-er i første) + P(6-er i anden) P(6-er i begge) Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 13/16

14 Population Situation: Indsamling af data fra en population Ω = populationen P svarer til at et individ vælges tilfældigt Ex1: Møntkast. Population: pl og kr Ex2: Population = danske mænd over 20 år - ønsker at undersøge deres højde Ω = {ω 1,ω 2,...,ω k }, population har k individer P({ω i }) = k 1 tilfældig udvælgelse: alle individer er lige sandsynlige Hvis A er en delmængde af Ω får vi P(A) = A k hvor A er antallet af individer i A. P(A) = andelsfunktionen. Hvis vi tilfældigt udvælger m individer fra en population kaldes dette en stikprøve Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 14/16

15 Ex: Radioaktivt henfald Experiment: registrerer antal klik i geigertæller i et givet tidsrum stammende fra et radioaktivt materiale Ω = {0, 1, 2,...} alle ikke-negative heltal P(i)? Der er ikke et symmetri eller "lige store ss" argument Grænseargument: meget stort antal atomer, kun få af disse henfalder i et givet tidsrum P(i) = poissonsandsynlighed At argumentet er korrekt eftervises ved mange gentagelser af forsøget, jvf "fysiske" definition af ss Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 15/16

16 Opsummering Udfaldsrum Ω: alle muligheder for resultat af experiment Sandsynlighedsmål P : frekvens i uafhængige gentagelser Nanostatistik: sandsynlighederkursushjemmeside: p. 16/16