Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 1.4Z: Sum of Ternary Quantities"

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{{quiz-Header|Buchseite=Stochastische Signaltheorie/Statistische Abhängigkeit und Unabhängigkeit}}
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{{quiz-Header|Buchseite=Theory_of_Stochastic_Signals/Statistical_Dependence_and_Independence}}
  
[[File:P_ID79__Sto_Z_1_4.png|right|]]
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[[File:P_ID79__Sto_Z_1_4.png|right|frame|Sum of two ternary variables  $x$  and  $y$]]
Gegeben seien die ternären Zufallsgrößen
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Let be given the ternary random variables
  
*$x ∈ {–2, 0, +2}$,
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:$$x ∈ {–2, \ 0, +2},$$
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:$$y ∈ {–1, \ 0, +1}.$$
  
*$y {–1, 0, +1}$.
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*These two ternary values each occur with equal probability. 
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*From this,  the sum  $s = x + y$  is formed as a new random variable.
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*The adjacent scheme shows that the sum  $s$  can take all integer values between  $–3$  and  $+3$ :
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:$$ s \in \{-3, -2, -1, \ 0, +1, +2, +3\}.$$
  
Diese beiden Ternärwerte treten jeweils mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf. Daraus wird als eine neue Zufallsgröße die Summe $s = x + y$ gebildet.
 
  
Nebenstehendes Schema zeigt, dass die Summe s alle ganzzahligen Werte zwischen –3 und +3 annehmen kann:
 
  
<math> s \in \{-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3\}</math>,
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Hints:
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*The exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Theory_of_Stochastic_Signals/Statistical_Dependence_and_Independence|Statistical dependence and independence]].
 
   
 
   
'''Hinweis''': Diese Aufgabe bezieht sich auf den Lehrstoff von Kapitel 1.3. Eine Zusammenfassung der theoretischen Grundlagen mit Beispielen bringt das nachfolgende Lernvideo:
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*The topic of this chapter is illustrated with examples in the&nbsp;  (German language)&nbsp;  learning video
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::[[Statistische_Abhängigkeit_und_Unabhängigkeit_(Lernvideo)|Statistische Abhängigkeit und Unabhängigkeit]] &nbsp; $\Rightarrow$ &nbsp; "Statistical dependence and independence".
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===Fragebogen===
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===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit, dass die Summe $s$ positv ist:
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{Calculate the probability that the sum&nbsp; $s$&nbsp; is positive:
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$Pr(s>0)$ = { 0.4444 3% }
+
${\rm Pr}(s>0) \ = \ $ { 0.4444 3% }
  
{Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit, dass sowohl die Eingangsgröße x als auch die Summe s positiv sind:
+
{Calculate the probability that both the input&nbsp; $x$&nbsp; and the sum&nbsp; $s$&nbsp; are positive:
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$Pr((x>0) \cap (s>0))$ = { 0.3333 3% }
+
${\rm Pr}\big [(x>0) \cap (s>0)\big] \ = \ $ { 0.3333 3% }
  
{Berechnen Sie die bedingte Wahrscheinlichkeit, dass die Eingangsgröße x > 0 ist, wenn s > 0 gilt:
+
{Calculate the conditional probability that the input variable&nbsp; $x > 0$,&nbsp; when&nbsp; $s > 0$&nbsp; holds:
 
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|type="{}"}
$Pr(x>0|s>0)$ = { 0.75 3% }
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${\rm Pr}(x>0\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm}s>0)\ = \ $ { 0.75 3% }
  
{Berechnen Sie die bedingte Wahrscheinlichkeit, dass die Summe s positiv ist, wenn die Eingangsgröße x > 0 ist:
+
{Calculate the conditional probability that the sum&nbsp; $s$&nbsp; is positive,&nbsp; when the input variable is&nbsp; $x > 0$&nbsp;:
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
$Pr(s>0|x>0)$ = { 1 3% }
+
${\rm Pr}(s>0\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm}x>0)\ = \ $ { 1 }
  
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
[[File:P_ID99__Sto_Z_1_4_a.png|frame|]]
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[[File:P_ID99__Sto_Z_1_4_a.png|right|frame|Ternary variables in the Venn diagram]]
:In der nebenstehenden Grafik sind die drei zum Ereignis $&#132;x&nbsp;>&nbsp;0&#147;$ geh&ouml;renden Felder violett umrandet, w&auml;hrend die Felder f&uuml;r $&#132;s&nbsp;>&nbsp;0&#147;$ gelb hinterlegt sind. Alle gesuchten Wahrscheinlichkeiten k&ouml;nnen hier mit Hilfe der klassischen Definition ermittelt werden.
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In the adjacent graph
:<br><br><b>1.</b>&nbsp;&nbsp;Dieses Ereignis ist durch die gelb hinterlegten Felder gekennzeichnet:
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*the three fields belonging to the event&nbsp; $\big[x&nbsp;>&nbsp;0\big]$&nbsp; are outlined in purple,  
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*the fields for&nbsp; $\big[ s&nbsp;>&nbsp;0\big]$&nbsp; are highlighted in yellow.
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All sought probabilities can be determined here with the help of the classical definition.
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<br><br>
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'''(1)'''&nbsp; This event is marked by the fields with yellow background:
 
:$$\rm Pr (\it s > \rm 0) = \rm 4/9 \hspace{0.15cm}\underline { \approx \rm 0.444}.$$
 
:$$\rm Pr (\it s > \rm 0) = \rm 4/9 \hspace{0.15cm}\underline { \approx \rm 0.444}.$$
:<b>2.</b>&nbsp;&nbsp;Hier gilt folgender Sachverhalt:
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$$\rm Pr((\it x > \rm 0) \cap (\it s>\rm 0) ) = \rm Pr(\it x > \rm 0) =\rm 3/9\hspace{0.15cm}\underline { \approx \rm 0.333}. $$
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:<b>3.</b>&nbsp;&nbsp;Mit den Ergebnissen aus (a) und (b) folgt:
+
 
:$$\rm Pr(\it x > \rm 0 \hspace{0.05cm}| \hspace{0.05cm} \it s > \rm 0)  =  \frac{{\rm Pr} ((\it x > \rm 0) \cap (\it s > \rm 0))}{{\rm Pr}(\it s > \rm 0)}= \frac{3/9}{4/9}\hspace{0.15cm}\underline {= 0.75}.$$
+
'''(2)'''&nbsp; The following facts hold here:
:<b>4.</b>&nbsp;&nbsp;Analog zur Teilfrage (c) gilt nun:
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:$$\rm Pr \big[(\it x > \rm 0) \cap (\it s>\rm 0) \big ] = \rm Pr(\it x > \rm 0) =\rm 3/9\hspace{0.15cm}\underline { \approx \rm 0.333}. $$
:$$\rm Pr(\it s > \rm 0 \hspace{0.05cm} | \hspace{0.05cm} \it x > \rm 0)=\frac{Pr((\it x > \rm 0) \cap (\it s > \rm 0))}{Pr(\it x >\rm 0)}=\rm \frac{3/9}{3/9}\hspace{0.15cm}\underline {= 1}.$$
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'''(3)'''&nbsp; Using the results of subtasks&nbsp; '''(1)'''&nbsp; and&nbsp; '''(2)''',&nbsp; it follows:
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:$$\rm Pr \big[(\it x > \rm 0) \hspace{0.05cm}| \hspace{0.05cm} (\it s > \rm 0)\big] =  \frac{{\rm Pr} [(\it x > \rm 0) \cap (\it s > \rm 0)]}{{\rm Pr}(\it s > \rm 0)}= \frac{3/9}{4/9}\hspace{0.15cm}\underline {= 0.75}.$$
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'''(4)'''&nbsp; Analogous to subtask&nbsp; '''(3)'''&nbsp; now holds:
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:$$\rm Pr(\it s > \rm 0 \hspace{0.05cm} | \hspace{0.05cm} \it x > \rm 0)=\frac{Pr \big[(\it x > \rm 0) \cap (\it s > \rm 0) \big]}{Pr(\it x >\rm 0)}=\rm \frac{3/9}{3/9}\hspace{0.15cm}\underline {= 1}.$$
 
{{ML-Fuß}}
 
{{ML-Fuß}}
  
  
  
[[Category:Aufgaben zu Stochastische Signaltheorie|^1.3 Statistische Abhängigkeit und Unabhängigkeit
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[[Category:Theory of Stochastic Signals: Exercises|^1.3 Statistical Dependence/Independence^]]
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Latest revision as of 16:41, 30 November 2021

Sum of two ternary variables  $x$  and  $y$

Let be given the ternary random variables

$$x ∈ {–2, \ 0, +2},$$
$$y ∈ {–1, \ 0, +1}.$$
  • These two ternary values each occur with equal probability. 
  • From this,  the sum  $s = x + y$  is formed as a new random variable.
  • The adjacent scheme shows that the sum  $s$  can take all integer values between  $–3$  and  $+3$ :
$$ s \in \{-3, -2, -1, \ 0, +1, +2, +3\}.$$




Hints:

  • The topic of this chapter is illustrated with examples in the  (German language)  learning video
Statistische Abhängigkeit und Unabhängigkeit   $\Rightarrow$   "Statistical dependence and independence".


Questions

1

Calculate the probability that the sum  $s$  is positive:

${\rm Pr}(s>0) \ = \ $

2

Calculate the probability that both the input  $x$  and the sum  $s$  are positive:

${\rm Pr}\big [(x>0) \cap (s>0)\big] \ = \ $

3

Calculate the conditional probability that the input variable  $x > 0$,  when  $s > 0$  holds:

${\rm Pr}(x>0\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm}s>0)\ = \ $

4

Calculate the conditional probability that the sum  $s$  is positive,  when the input variable is  $x > 0$ :

${\rm Pr}(s>0\hspace{0.05cm}|\hspace{0.05cm}x>0)\ = \ $


Solution

Ternary variables in the Venn diagram

In the adjacent graph

  • the three fields belonging to the event  $\big[x > 0\big]$  are outlined in purple,
  • the fields for  $\big[ s > 0\big]$  are highlighted in yellow.


All sought probabilities can be determined here with the help of the classical definition.

(1)  This event is marked by the fields with yellow background:

$$\rm Pr (\it s > \rm 0) = \rm 4/9 \hspace{0.15cm}\underline { \approx \rm 0.444}.$$


(2)  The following facts hold here:

$$\rm Pr \big[(\it x > \rm 0) \cap (\it s>\rm 0) \big ] = \rm Pr(\it x > \rm 0) =\rm 3/9\hspace{0.15cm}\underline { \approx \rm 0.333}. $$


(3)  Using the results of subtasks  (1)  and  (2),  it follows:

$$\rm Pr \big[(\it x > \rm 0) \hspace{0.05cm}| \hspace{0.05cm} (\it s > \rm 0)\big] = \frac{{\rm Pr} [(\it x > \rm 0) \cap (\it s > \rm 0)]}{{\rm Pr}(\it s > \rm 0)}= \frac{3/9}{4/9}\hspace{0.15cm}\underline {= 0.75}.$$


(4)  Analogous to subtask  (3)  now holds:

$$\rm Pr(\it s > \rm 0 \hspace{0.05cm} | \hspace{0.05cm} \it x > \rm 0)=\frac{Pr \big[(\it x > \rm 0) \cap (\it s > \rm 0) \big]}{Pr(\it x >\rm 0)}=\rm \frac{3/9}{3/9}\hspace{0.15cm}\underline {= 1}.$$