Sunday, November 08, 2015

Probabilidade: um problema com variável aleatória contínua


  Modelos de probabilidade são representações matemáticas de ensaios aleatórios. Descrevem os resultados possíveis (eventos) dos ensaios aos quais se referem e fornecem as probabilidades associadas a todos esses eventos.
 Considere o jogo de uma moeda, exemplo comum nos textos de estatística. Nesse caso, os eventos possíveis são dois: cara e coroa (ou sim e não, ou 0 e 1). A cada um desses eventos está associada probabilidade ½ (considerando que a moeda é bem balanceada).
 Todo fenômeno probabilístico tem, portanto, um evento (E) como resultado e o conjunto de eventos possíveis constitui o espaço (S), que tem probabilidade igual a 1. Logo, probabilidade varia entre zero e 1, inclusive.
Os cursos de introdução à teoria de probabilidades limitam-se aos exercícios com modelos discretos, como bolas de urna e número de filhos. No entanto, em muitas aplicações práticas as variáveis ​​aleatórias são contínuas.  São exemplos: a altura das pessoas, o tempo de vida de uma bateria, a quantidade de chuva por mês em determinada cidade, o tempo até a ocorrência da próxima erupção de um vulcão e assim por diante.
 Os exemplos pretendem deixar claro que as variáveis ​​aleatórias discretas só podem assumir número discreto de valores, enquanto as variáveis ​​aleatórias contínuas assumem qualquer valor num dado intervalo. Portanto, só faz sentido falar sobre a probabilidade de uma variável aleatória contínua quando o valor da variável está definido dentro de algum intervalo. É o que acontece quando se estuda a distribuição normal.
   O estudo de probabilidades de modelos contínuos difere do estudo de probabilidades em que os eventos são discretos. Não se contam eventos, mas se associa medida 1 ao espaço (S) e se faz a medição do espaço do evento E dentro do espaço S. Um exemplo clássico ilustra bem essa questão.

Exemplo

Dois amigos combinam um encontro em determinada hora, mas cada um poderá chegar ao local com até uma hora de demora. Quem chegar em primeiro lugar espera pelo outro por ¼ de hora e irá embora se o outro não chegar nesse quarto de hora. Nenhum deles chegará antes da hora, nem chegará depois de uma hora da hora marcada. Qual é a probabilidade de eles se encontrarem?
    Pense o espaço (S) como um quadrado de área igual a 1, no sistema de eixos cartesianos. Vamos representar, no eixo das abscissas, os tempos em que um dos amigos pode chegar e no eixo das ordenadas os tempos em que o outro pode chegar. Veja a figura. O evento (E) de interesse, isto é, que os dois amigos se encontrem, exige que estejam no local nos intervalos de ¼ de hora que um deve esperar pelo outro. Na figura abaixo, esse evento é a área escurecida.

O espaço (S) tem medida 1. Na figura, é fácil ver que os dois triângulos claros têm medidas iguais. A área de um triângulo é dada por:

        Dois triângulos, juntos, têm área:

        Então a probabilidade de os amigos se encontrarem é:

Veja:

1.Dimitri B. Bertsekas e John N Tsitsiklis. Introduction to probability. MIT, Cambrige, Mass.www.math.unibielefeld.de/.../Introduction%20to%20probability.pdf
2.Henk Tijms. Vrije Understanding Probability. Third edition, Cambridge University Press. University, Amsterdam. Second edition 2007. personal.vu.nl/h.c.tijms/ContentsUP3ed.pdf

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