2. Rozkład Poissona |
Pamiętamy, że wartość oczekiwana w rozkładzie dwumianowym, wzór (5.1.7) jest iloczynem liczby prób i prawdopodobieństwa interesującego nas zdarzenia. Wynika z tego, że żądana wartość oczekiwana może być osiągnięta przez zmianę prawdopodobieństwa lub przez zmianę liczby prób. Rzeczywiście, gdyby pochylić tablicę tak, by prawdopodobieństwo rozproszenia w prawo, p, było o wiele mniejsze niż w lewo, to trzeba byłoby znacznie zwiększyć liczbę rzędów kołeczków, by kulka spadając odbijała się średnio tyle samo razy w prawo, co przy jednakowym prawdopodobieństwie odbicia w obie strony; gdy prawdopodobieństwo spóźniania się studentów na zajęcia jest bardzo małe, to dopiero przy bardzo licznych grupach przeszkadza to w prowadzeniu zajęć.
Kiedy w rozkładzie dwumianowym wzrasta wartość n dążąc do nieskończoności, a równocześnie maleje wartość p zdążając do zera, zaś ich iloczyn (tj. wartość oczekiwana) pozostaje niezmieniony, to rozkład taki dąży do pewnego rozkładu, zwanego rozkładem Poissona. Rozkład Poissona ma ogromne znaczenie w analizie danych doświadczalnych (i nie tylko), dlatego warto poznać jego własności.
Zapiszmy rozkład dwumianowy w nieco innej postaci wykorzystując relację , gdzie pozostaje stałe.
(5.2.1) |
Zauważmy, że kiedy n zdąża do nieskończoności, to wszystkie czynniki w ułamku z prawej strony ostatniej równości zmierzają do jedności, w rezultacie czego cały ułamek też dąży do wartości 1. Zachodzi także
(5.2.2) |
co łatwo sprawdzić w tablicach matematycznych. Otrzymujemy więc, że
(5.2.3) |
Wyrażenie z prawej strony wzoru (5.2.3) określa wartość prawdopodobieństwa dla argumentu k z rozkładu Poissona. Nietrudno sprawdzić wykorzystując postać rozłożenia w szereg funkcji , że rozkład ten jest rozkładem unormowanym do jedności tj.
(5.2.4) |
Wartość oczekiwaną dla rozkładu Poissona wyznaczamy zgodnie z definicją
(5.2.5) |
Jest to niezwykle ważna własność rozkładu Poissona. Zapiszmy ją jeszcze raz dla zapamiętania
(5.2.6) |
W podobny sposób wyznaczmy odchylenie standardowe otrzymując
(5.2.7) |
warto podać także wyrażenie na współczynnik asymetrii dla rozkładu Piossona. W tym celu wyznacza się najpierw współczynnik skośności tj. trzeci moment rozkładu względem wartości oczekiwanej
(5.2.8) |
zaś współczynnik asymetrii rozkładu Poissona wynosi
(5.2.9) |
Podsumujmy wiadomości o rozkładzie Poissona:
Kilka przykładów rozkładu Poissona zawiera rysunek poniżej. Uruchamiając ilustrację interaktywną można zobaczyć kształty oraz wartości prawdopodobieństw dla innych wartości parametru (lam*).
MS-Excel | Interaktywna ilustracja graficzna |
Kliknij w polu rysunku. |
Rys2.1. Rozkłady Poissona: lam1=1, lam2=2, lam3=5, lam4=10, lam5=20 |