*Dieses Signal wird an den Eingang einer Nichtlinearität mit der Kennlinie (siehe unteres Bild) angelegt:
*This signal is applied to the input of a nonlinearity with the characteristic curve (see lower figure):
:$$y=\left\{\begin{array}{*{4}{c}}0 &\rm f\ddot{u}r\hspace{0.2cm} \it x <\rm 0, \\\rm2\it x & \rm f\ddot{u}r\hspace{0.2cm} \rm 0\le \it x\le \rm 0.5, \\1 & \rm f\ddot{u}r\hspace{0.2cm}\it x > \rm 0.5\\\end{array}\right.$$
:$$y=\left\{\begin{array}{*{4}{c}}0 &\rm for\hspace{0.2cm} \it x <\rm 0, \\\rm2\it x & \rm for\hspace{0.2cm} \rm 0\le \it x\le \rm 0.5, \\1 & \rm for\hspace{0.2cm}\it x > \rm 0.5\\\end{array}\right.$$
*Das Ausgangssignal wird mit $y(t)$ bezeichnet.
*The characteristic sketched below limits the variable $x(t)$ at the input asymmetrically and amplifies it in the linear range.<br><br>
*Die unten skizzierte Kennlinie begrenzt die Größe $x(t)$ am Eingang asymmetrisch und verstärkt sie im linearen Bereich.<br><br>
Line 18:
Line 17:
''Hinweise:''
*Die Aufgabe gehört zum Kapitel [[Stochastische_Signaltheorie/Exponentialverteilte_Zufallsgrößen|Exponentialverteilte Zufallsgröße]].
Hints:
*The exercise belongs to the chapter [[Theory_of_Stochastic_Signals/Exponentially_Distributed_Random_Variables|Exponentially Distributed Random Variable]].
*Gegeben ist das folgende bestimmte Integral:
* 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 $A= f_x(0)$ der WDF an der Stelle $x = 0$.
{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 $m_k$ der Zufallsgröße $x$. Begründen Sie, dass alle Momente mit ungeradem Index Null sind. <br>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 $x$?
{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 $x$ den Wert $0.5$ überschreitet?
{What is the probability that $x$ exceeds $0.5$ ?
|type="{}"}
|type="{}"}
${\rm Pr}(x > 0.5) \ = \ $ { 0.184 3% }
${\rm Pr}(x > 0.5) \ = \ $ { 18.4 3% } $\ \%$
{Welche der folgenden Aussagen sind bezüglich der WDF $f_y(y)$ zutreffend?
{Which of the following statements are true regarding the PDF $f_y(y)$ ?
|type="[]"}
|type="[]"}
+ Die WDF beinhaltet eine Diracfunktion bei $y = 0$.
+ The PDF contains a Dirac delta function at $y = 0$.
- Die WDF beinhaltet eine Diracfunktion bei $y = 0.5$.
- The PDF contains a Dirac delta function at $y = 0.5$.
+ Die WDF beinhaltet eine Diracfunktion bei $y = 1$.
+ The PDF contains a Dirac delta function at $y = 1$.
{Wie lautet der kontinuierliche Anteil der WDF $f_y(y)$? Welcher Wert ergibt sich für $y = 0.5$?
{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 $y$?
{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}}
'''(1)''' Die Fläche unter der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ergibt
'''(1)''' The area under the probability density function yields
Da diese Fläche definitionsgemäß gleich $F = 1$ sein muss, gilt $\underline{A = 1}$.
*Since this area must be equal by definition $F = 1$ ⇒ $\underline{A = 1}$.
'''(2)''' Alle Momente mit ungeradem Index $k$ sind aufgrund der symmetrischen WDF gleich Null. Bei geradem $k$ kann der linke Teil der WDF in den rechten gespiegelt werden und man erhält:
'''(2)''' All moments with odd index $k$ are equal to zero due to the symmetrical PDF.
*For even $k$ the left part of the PDF can be mirrored into the right one and we get:
'''(5)''' Correct are the <u>solutions 1 and 3</u>:
*The PDF $f_y(y)$ involves a Dirac delta function at the point $y= 0$ with weight ${\rm Pr}(x < 0) = 0.5$.
*In addition, another Dirac delta function at $y= 1$ with weight ${\rm Pr}(x > 0.5) = 0.184$.
'''(5)''' Richtig sind die <u>Lösungsvorschläge 1 und 3</u>:
'''(6)''' The signal range $0 \le x \le 0.5$ is linearly mapped to the range $0 \le y \le 1$ at the output.
*Die WDF $f_y(y)$ beinhaltet eine Diracfunktion an der Stelle $y= 0$ mit dem Gewicht ${\rm Pr}(x < 0) = 0.5$.
*The derivative of the characteristic curve is constantly equal to $2$ (amplification). From this one obtains:
*Zudem eine weitere Diracfunktion bei $y= 1$ mit dem Gewicht ${\rm Pr}(x > 0.5) = 0.184$.
<br clear=all>
'''(6)''' Der Signalbereich $0 \le x \le 0.5$ wird am Ausgang auf den Bereich $0 \le y \le 1$ linear abgebildet. Die Ableitung der Kennlinie ist hier konstant gleich $2$ (Verstärkung). Daraus erhält man: