beberapa fungsi peluang kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/kuliah 12 - beberapa... · distribusi...

32
Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) Pengantar Hitung Peluang - Pertemuan 10 [email protected]

Upload: doannga

Post on 10-Mar-2019

271 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Beberapa FungsiPeluang Kontinu (2)Pengantar Hitung Peluang - Pertemuan [email protected]

Page 2: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Review – Distribusi Seragam

lainnya untuk ,0

untuk ,1

)(

x

bxaabxf

𝐹𝑋 𝑥 =

0𝑥 − 𝑎

(𝑏 − 𝑎)1

, 𝑥 < 𝑎, 𝑎 ≤ 𝑥 < 𝑏, 𝑥 ≥ 𝑏

2)(

baXE

12

)()(

2abXV

Page 3: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Review - Distribusi Eksponensial

Page 4: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Aplikasi Distribusi Eksponensial

• Failure rate & reliabilitiy

Page 5: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Aplikasi Distribusi Eksponensial

• Failure rate & reliabilitiy

Page 6: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 1

Page 7: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Latihan - 1

Page 8: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Aplikasi Distribusi Eksponensial

• Modeling response time determine traffic intensity

• Queue lengths

• Average response time

Pelajari lebih lanjut pada Horgan (2009)

Page 9: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Distribusi Normal

• Bentuk sebaran simetrik

• Mean, median dan modus berada dalam satu titik

• Fungsi kepekatan peluang dapat dituliskan sebagai berikut:

• Peluang merupakan luasan dibawah kurva kepekatan normal:

• P ( - < x < + ) = 0.683

• P ( - 2 < x < + 2 ) = 0.954

• Peubah acak (X) dengan mean () dan ragam (2) menyebar normal sering dituliskan sebagai X ~ N (, 2)

2

2

1

2

2

1),,(

x

exf

b

a

aFbFdxxfbxap )()()()(

Page 10: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Peubah Acak Normal

Page 11: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Peubah Acak Normal Baku

Page 12: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Tabel Distribusi Normal Baku

Page 13: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 2

Page 14: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Hampiran Normal untuk Sebaran Peluang Binomial

• Untuk ukuran contoh 𝑛 yang besar, danpeluang 𝑝 yang tidak mendekati 1 atau 0,sebaran peluang peubah acak binomial dapatdidekati dengan sebaran normal dengan 𝜇 =𝑛𝑝 dan 𝜎2 = 𝑛𝑝(1 − 𝑝).

• Pendekatan ini dapat digunakan hanya jika𝑛𝑝 ≥ 5 dan 𝑛(1 − 𝑝) ≥ 5.

Page 15: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Continuity Correction

• Pada kasus dimana 𝑛 tidak terlalu besar, koreksisebesar ±0.5 dari nilai binomial akanmeningkatkan presisi peluang yang didekatidengan sebaran normal.

Ilustrasi pendekatan sebaran normal pada sebaran binomial

Page 16: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 3

Sebuah perkebunan teh mengklaim bahwa 20% hasilpanennya merupakan daun teh dengan kualitas yangsangat tinggi. Jika pada suatu musim panen diperoleh 100ton daun teh, berapakah peluang bahwa paling tidakterdapat 15 ton daun teh berkualitas tinggi? (Anggapasumsi binomial terpenuhi)

𝜇 = 𝑛𝑝 = 100 0.2 = 20

𝜎2 = 𝑛𝑝 1 − 𝑝 = 100 0.2 0.8 = 16 𝜎 = 16 = 4

Page 17: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Hampiran Normal untuk Sebaran Peluang Poisson

Apabila rata-rata sebaran Poisson lebih dari 10, makapendekatan normal kepada binomial dapat diperluaskepada sebaran Poisson.

Nilai harapan:𝐸 𝑋 = 𝜇𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛 = 𝜆

Ragam:

𝑉𝑎𝑟 𝑋 = 𝜎𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛2 = 𝜆

Page 18: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 4

Rata-rata jumlah kendaraan yang mengunjungibengkel pada jam 16.00 – 17.00 di akhir pekanadalah 16 kendaraan. Berapakah peluang bahwakurang dari 20 kendaraan akan mengunjungibengkel pada jam yang sama di hari Selasaamendatang?

Page 19: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 4

𝐸 𝑋 = 𝜇𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛 = 𝜆 = 16

𝑉𝑎𝑟 𝑋 = 𝜎𝑝𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛2 = 𝜆 = 16 𝜎 = 16 = 4

Maka kasus ini dapat diselesaikan dengan cara:

𝑃 𝑋 < 20 = 𝑃 𝑋 ≤ 19.5 = 𝑃 𝑍 ≤19.5−16

4= 0.8106

Page 20: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Distribusi Gamma 𝛼, 𝛽

The Situation

In the previous lesson, we learned that in an approximate Poissonprocess with mean λ, the waiting time X until the first event occursfollows an exponential distribution with mean β = 1/λ. We now let Wdenote the waiting time until the αth event occurs and find thedistribution of W. We could represent the situation as follows:

Page 21: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Distribusi Gamma 𝛼, 𝛽

𝛼

𝑁𝑜𝑡𝑒: 𝛽 =1

𝜆

Page 22: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Fungsi Gamma

Γ 𝛼 = 0

𝑦𝛼−1𝑒−𝑦𝑑𝑦

dengan:

Γ 1 = 0

𝑒−𝑦𝑑𝑦 = 1

Γ 𝛼 = 𝛼 − 1 Γ 𝛼 − 1 = 𝛼 − 1 !

Page 23: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Kasus Khusus Distribusi Gamma

Gamma 1, λ = Exponential(λ)

Gamma α,1

2= Chi−square(2α)

Gamma α+β, 1 =Beta(α,β)

Page 24: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 4

Engineers designing the next generation ofspace shuttles plan to include two fuel pumps—one active, the other in reserve. If theprimary pump malfunctions, the second isautomatically brought on line. Suppose atypical mission is expected to require that fuelbe pumped for at most 50 hours. According tothe manufacturer's specifications, pumps areexpected to fail once every 100 hours. Whatare the chances that such a fuel pump systemwould not remain functioning for the full 50hours?

Page 25: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 4

Solution. We are given that λ, the average number of failures in a 100-hour interval is 1. Therefore, 𝛽, the mean waiting time until the first failure is 1/λ, or 100 hours. Knowing that, let's now let Y denote the time elapsed until the α = 2nd pump breaks down. Assuming the failures follow a Poisson process, the probability density function of Y is:

𝑓 𝑦 =1

Γ 𝛼 𝛽𝛼𝑦𝛼−1𝑒

−𝑦

𝛽 =1

Γ 2 1002𝑦2−1𝑒−

𝑦

100, untuk 𝑦 ≥ 0

𝑓 𝑦 =1

10000𝑦𝑒−

𝑦

100

𝑃 𝑌 < 50 = 050 1

10000𝑦𝑒−

𝑦

100 𝑑𝑦

(can be calculated using integral by parts, u=y , 𝑑𝑣 = 𝑒−𝑦

100)

Page 26: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi – 5

Total Compilation Time

Compilation of a computer program consists of 3 blocks that areprocessed sequentially, one after another. Each block takes Exponentialtime with the mean of 5 minutes, independently of other blocks.

a) Compute the expectation and variance of the total compilationtime.

b) Compute the probability for the entire program to be compiled inless than 12 minutes.

Page 27: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 5

Page 28: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Ilustrasi - 5

Page 29: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Latihan - 2

Lifetimes of computer memory chips have Gammadistribution with expectation μ = 12 years andstandard deviation σ = 4 years. What is theprobability that such a chip has a lifetime between8 and 10 years?

Page 30: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Latihan - 3

For some electronic component, the time untilfailure has Gamma distribution with parameters α= 2 and λ = 2 (years−1). Compute the probabilitythat the component fails within the first 6 months.

Page 31: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Latihan - 4

On the average, a computer experiences breakdowns every5 months. The time until the first breakdown and the timesbetween any two consecutive breakdowns areindependent Exponential random variables. After the thirdbreakdown, a computer requires a special maintenance.

a) Compute the probability that a special maintenance isrequired within the next 9 months.

b) Given that a special maintenance was not requiredduring the first 12 months, what is the probability that itwill not be required within the next 4 months?

Page 32: Beberapa Fungsi Peluang Kontinu (2) - stat.ipb.ac.id 202/Kuliah 12 - Beberapa... · Distribusi Normal •Bentuk sebaran simetrik •Mean, median dan modus berada dalam satu titik

Referensi

1. Baron, M. 2014. Probability and Statistics for Computer Scientist, Second Edition.Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group.

2. [Department of Statistics Online Programs]. 2016. A Gamma Example. ThePennsylvania State University.https://onlinecourses.science.psu.edu/stat414/node/144 [27 November 2016]

3. Horgan, J.M. 2009. Probability with R: An Introduction with Computer ScienceApplications. New Jersey: John Wiley & Sons.

4. Montgomery, D.C, Runger, G.C. 2003. Applied Statistics and Probability forEngineers, Third Edition. New Jersey: John Wiley & Sons.

5. Referensi lain yang relevan.