Die Seite wurde neu angelegt: „ {{quiz-Header|Buchseite=Stochastische Signaltheorie/Exponentialverteilte Zufallsgrößen }} right| :Wir betrachtenein Zufall…“
:Dieses Signal wird an den Eingang einer Nichtlinearität mit der Kennlinie (siehe unteres Bild)
*This signal is applied to the input of a nonlinearity with the characteristic curve (see lower figure):
:$$y=\left\{\begin{array}{*{4}{c}}0 &\rm f\ddot{u}r\hspace{0.2cm} \it x <\rm 0, \\\rm2\it x & \rm f\ddot{u}r\hspace{0.2cm} \rm 0\le \it x\le \rm 0.5, \\1 & \rm f\ddot{u}r\hspace{0.2cm}\it x > \rm 0.5\\\end{array}\right.$$
:$$y=\left\{\begin{array}{*{4}{c}}0 &\rm for\hspace{0.2cm} \it x <\rm 0, \\\rm2\it x & \rm for\hspace{0.2cm} \rm 0\le \it x\le \rm 0.5, \\1 & \rm for\hspace{0.2cm}\it x > \rm 0.5\\\end{array}\right.$$
:angelegt. Das Ausgangssignal wird mit <i>y</i>(<i>t</i>) bezeichnet.
*The characteristic sketched below limits the variable $x(t)$ at the input asymmetrically and amplifies it in the linear range.<br><br>
:Diese unten skizzierte Kennlinie begrenzt die Größe <i>x</i> am Eingang asymmetrisch und verstärkt sie im linearen Bereich.<br><br>
:<b>Hinweis</b>: Die Aufgabe bezieht sich auf die theoretischen Grundlagen von Kapitel 3.6.
:Gegeben ist das folgende bestimmte Integral:
:$$\int_{0}^{\infty}\it x^n\cdot\rm e^{-\it a x}\, d{\it x} =\frac{\it n!}{\it a^{n}}.$$
===Fragebogen===
Hints:
*The exercise belongs to the chapter [[Theory_of_Stochastic_Signals/Exponentially_Distributed_Random_Variables|Exponentially Distributed Random Variable]].
* Use the HTML5/JavaScript– applet [[Applets:PDF,_CDF_and_Moments_of_Special_Distributions|PDF, CDF and Moments of Special Distributions]] to check your results.
{Berechnen Sie den Funktionswert <i>A</i> = <i>f<sub>x</sub></i>(0) der WDF an der Stelle <i>x</i> = 0.
{Calculate the function value $A= f_x(0)$ of the PDF at the location $x = 0$.
|type="{}"}
|type="{}"}
$A$ = { 1 3% }
$A \ = \ $ { 1 3% }
{Berechnen Sie die Momente <i>m<sub>k</sub></i> der Zufallsgröße <i>x</i>. Begründen Sie, dass alle Momente mit ungeradem Index null sind. Wie groß ist die Streuung?
{Calculate the moments $m_k$ of the random variable $x$. Reason that all moments with odd index are zero. How big is the standard deviation?
|type="{}"}
|type="{}"}
$\sigma_x$ = { 0.707 3% }
$\sigma_x \ = \ $ { 0.707 3% }
{Welcher Wert ergibt sich für die Kurtosis der Zufallsgröße <i>x</i>?
{What is the value of the kurtosis of the random variable $x$?
|type="{}"}
|type="{}"}
$K_x$ = { 6 3% }
$K_x \ = \ $ { 6 3% }
{Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass <i>x</i> den Wert 0.5 überschreitet?
{What is the probability that $x$ exceeds $0.5$ ?
|type="{}"}
|type="{}"}
$Pr(x > 0.5)$ = { 0.184 3% }
${\rm Pr}(x > 0.5) \ = \ $ { 18.4 3% } $\ \%$
{Welche der folgenden Aussagen sind bezüglich der WDF <i>f<sub>y</sub></i>(<i>y</i>) zutreffend?
{Which of the following statements are true regarding the PDF $f_y(y)$ ?
|type="[]"}
|type="[]"}
+ Die WDF beinhaltet eine Diracfunktion bei <i>y</i> = 0.
+ The PDF contains a Dirac delta function at $y = 0$.
- Die WDF beinhaltet eine Diracfunktion bei <i>y</i> = 0.5.
- The PDF contains a Dirac delta function at $y = 0.5$.
+ Die WDF beinhaltet eine Diracfunktion bei <i>y</i> = 1.
+ The PDF contains a Dirac delta function at $y = 1$.
{Wie lautet der kontinuierliche Anteil der WDF <i>f<sub>y</sub></i>(<i>y</i>)? Welcher Wert ergibt sich für <i>y</i> = 0.5?
{What is the continuous part of the PDF $f_y(y)$? What value results for $y = 0.5$ ?
|type="{}"}
|type="{}"}
$f_y(y\ =\ 0.5)$ = { 0.304 3% }
$f_y(y = 0.5) \ = \ $ { 0.304 3% }
{Wie groß ist der Mittelwert der begrenzten und verstärkten Zufallsgröße <i>y</i>?
{What is the mean of the bounded and amplified random variable $y$?
|type="{}"}
|type="{}"}
$m_y$ = { 0.316 3% }
$m_y \ = \ $ { 0.316 3% }
</quiz>
</quiz>
===Musterlösung===
===Solution===
{{ML-Kopf}}
{{ML-Kopf}}
:<b>1.</b> Die Fläche unter der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ergibt
'''(1)''' The area under the probability density function yields
:Da diese Fläche definitionsgemäß gleich 1 sein muss, gilt <u><i>A</i> = 1</u>.
*Since this area must be equal by definition $F = 1$ ⇒ $\underline{A = 1}$.
:<b>2.</b> Alle Momente mit ungeradem Index <i>k</i> sind aufgrund der symmetrischen WDF gleich Null. Bei geradem <i>k</i> kann der linke Teil der WDF in den rechten gespiegelt werden und man erhält:
:<b>5.</b> Die WDF <i>f<sub>y</sub></i>(<i>y</i>) beinhaltet eine Diracfunktion an der Stelle <i>y</i> = 0 mit dem Gewicht Pr(<i>x</i> < 0) = 0.5 und zudem eine weitere Diracfunktion bei <i>y</i> = 1 mit dem Gewicht Pr(<i>x</i> > 0.5) = 0.184. Richtig sind somit die <u>Lösungsvorschläge 1 und 3</u>.
:<br>
[[File:P_ID131__Sto_A_3_8_e.png|right|frame|PDF after amplification and boundary]]
:<b>6.</b> Der Signalbereich 0 ≤ <i>x</i> ≤ 0.5 wird am Ausgang auf den Bereich 0 ≤ <i>y</i> ≤ 1 linear abgebildet. Die Ableitung der Kennlinie ist hier konstant gleich 2 (Verstärkung). Daraus erhält man:
'''(3)''' The fourth-order central moment is $\mu_4 = m_4 = 4!/2^4 = 1.5$.