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Densidad continua y probabilidad por áreas

Apuntes, tema 2 · 2.7 a 2.7.2.1: densidad, acumulada e intervalos continuosAbrir el PDF en la página 9

Objetivos de la lección

  • Normalizar una densidad y obtener su acumulada.
  • Explicar por qué una densidad no es una probabilidad puntual.

Apartado 1 de 3

Un intervalo tiene anchura; un punto no

Transcripción

Hola.

Una reacción dura entre cero y medio minuto.

Modelamos su tiempo, te mayúscula, con densidad constante dos por minuto y cero fuera de ese tramo.

Vamos a comprobar por qué una altura dos es válida y cómo convertirla en probabilidad.

La probabilidad completa es el área del rectángulo: altura dos por anchura medio da uno.

La densidad es no negativa y su área total es uno, que son las condiciones necesarias.

La restricción de no superar uno afecta a probabilidades, no a estas alturas.

Entre una décima y tres décimas de minuto, restar los extremos da dos décimas de anchura.

Multiplicamos por la altura constante dos y obtenemos cuatro décimas.

La zona sombreada representa esa probabilidad de intervalo; no usamos la altura aislada como respuesta.

En cambio, un instante exacto tiene anchura cero y aporta área cero.

Las llaves en la fórmula contienen solo el instante te, no un intervalo.

Que cada punto tenga probabilidad cero no impide observar un tiempo concreto: no estamos sumando una lista numerable de masas puntuales.

La altura se mide en inversos de minuto y la anchura en minutos; su producto no tiene unidades, como debe ocurrir con una probabilidad.

Además, una lectura redondeada del instrumento representa un intervalo de resolución con anchura positiva, no la afirmación de un instante conocido con precisión infinita.

Una densidad de 2 no es una probabilidad de 2​

X es uniforme entre 0 y 0,5. Su densidad tiene altura 2. ¿Qué probabilidad corresponde al intervalo entre 0,1 y 0,3?

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El intervalo tiene anchura 0,2 y altura 2: su área es 0,4. El soporte completo tiene área 0,5 por 2, que vale 1. Una densidad puede superar 1 porque es una altura, no una probabilidad puntual. Un punto aislado tiene anchura cero y, en este modelo, probabilidad cero.

Palabras y símbolos de esta lección​

X, x, xᵢ · Variable y valor

Se lee: equis; equis minúscula; equis sub i.

X nombra qué medimos antes de observar. x representa un valor concreto o un umbral. El subíndice identifica una observación o un valor de una lista.

Ejemplo: X es el número de brotes; x = 2 es un resultado posible.

f_X(x) · Densidad

Se lee: efe minúscula sub equis de x.

Describe probabilidad por unidad de la variable. La probabilidad es el área de un intervalo, no la altura en un punto.

Ejemplo: Densidad 0,5 por minuto en un intervalo de 0,8 minutos da probabilidad 0,4.

∫ₐᵇ f(x) dx · Integral definida

Se lee: integral entre a y b de efe de x respecto de x.

Acumula pequeñas contribuciones entre los límites a y b. Con una función no negativa calcula el área. dx indica qué variable recorre el intervalo; no es un factor numérico que haya que adivinar.

Ejemplo: Una altura constante 0,5 durante 0,8 minutos aporta un área de 0,4.

F_X(x) · Probabilidad acumulada

Se lee: efe mayúscula sub equis de x.

Es la probabilidad de obtener un valor de X menor o igual que x. El subíndice identifica la variable; x es el umbral.

Ejemplo: F_X(2) = 0,7 significa que el 70 % no supera 2.

<, ≤, >, ≥; (a,b), [a,b] · Desigualdades e intervalos

Se lee: menor que; menor o igual que; mayor que; mayor o igual que.

Un paréntesis excluye el extremo; un corchete lo incluye. Las llaves enumeran valores y el símbolo ∈ se lee pertenece a.

Ejemplo: X < 3 excluye 3; X ≤ 3 lo incluye. [0,2] incluye cero y dos.

¿Por qué la altura de una curva no es una probabilidad?​

Para una longitud que puede variar de forma continua usamos una densidad. La altura indica cómo se reparte la probabilidad por unidad de longitud. Para preguntar por un intervalo necesitamos su área. Como en un rectángulo, una altura grande puede dar un área pequeña si la anchura es pequeña.

Una densidad constante dos entre cero y 0,5 tiene área total 2 × 0,5 = 1. Es válida aunque la altura supere uno. Un punto aislado tiene anchura cero y área cero: en un modelo continuo P(X = x) vale cero, no la altura de la curva.

El punto no tiene anchura​

En una variable absolutamente continua, las probabilidades se calculan integrando una densidad no negativa. Una densidad puede superar uno: lo que debe sumar uno es el área total. Su valor tiene unidades inversas a las de la variable. Un intervalo pequeño combina altura y anchura para producir una probabilidad sin unidades.

Un punto aislado tiene anchura cero y probabilidad cero, aunque la densidad allí sea positiva. No significa que observar un valor concreto sea imposible en el sentido cotidiano: cada realización será concreta. Significa que el modelo ideal de precisión infinita asigna probabilidad mediante intervalos. Un instrumento con redondeo o resolución finita devuelve categorías con probabilidades positivas.

Desarrollo escrito del ejemplo

X mide una longitud celular, en unidades calibradas, con densidad creciente f(x)=c x para 0 ≤ x ≤ b y cero fuera.

X, x, xᵢ · Variable y valor

Se lee: equis; equis minúscula; equis sub i.

X nombra qué medimos antes de observar. x representa un valor concreto o un umbral. El subíndice identifica una observación o un valor de una lista.

Ejemplo: X es el número de brotes; x = 2 es un resultado posible.

f_X(x) · Densidad

Se lee: efe minúscula sub equis de x.

Describe probabilidad por unidad de la variable. La probabilidad es el área de un intervalo, no la altura en un punto.

Ejemplo: Densidad 0,5 por minuto en un intervalo de 0,8 minutos da probabilidad 0,4.

∫ₐᵇ f(x) dx · Integral definida

Se lee: integral entre a y b de efe de x respecto de x.

Acumula pequeñas contribuciones entre los límites a y b. Con una función no negativa calcula el área. dx indica qué variable recorre el intervalo; no es un factor numérico que haya que adivinar.

Ejemplo: Una altura constante 0,5 durante 0,8 minutos aporta un área de 0,4.

G′(x), dG/dx · Derivada y primitiva

Se lee: ge prima de x; derivada de ge respecto de x.

La derivada mide el cambio local o pendiente. G es una primitiva de f si al derivar G obtenemos f.

Ejemplo: Si G(x) = x²/2, su derivada es x. Entre 0 y 2, la integral de x vale G(2) − G(0) = 2.

F_X(x) · Probabilidad acumulada

Se lee: efe mayúscula sub equis de x.

Es la probabilidad de obtener un valor de X menor o igual que x. El subíndice identifica la variable; x es el umbral.

Ejemplo: F_X(2) = 0,7 significa que el 70 % no supera 2.

Datos y supuestos​

  • b = 3; umbral t = 1,5.
  • La densidad no es una probabilidad puntual.
  • X es continua y su soporte es [0,b].
  • La integral de la densidad sobre el soporte debe ser uno.

Calcula P(X = t), exactamente en el umbral.​

Identificar la pregunta y justificar el método

Calcula P(X = t), exactamente en el umbral. La probabilidad continua es un área. Una integral suma altura por anchura y una primitiva permite evaluar esa acumulación entre dos límites. Normalizamos sobre todo el soporte antes de integrar la región solicitada. Para este apartado: Un único punto tiene longitud cero.

Distinguir altura y área

Aunque f(t) = 0,3333333, el intervalo [t,t] tiene área cero.

Comprobar e interpretar

El resultado es 0 probabilidad entre 0 y 1. Está entre cero y uno; si lo expresamos como porcentaje multiplicamos por cien, sin cambiar el suceso. P(X=t) no se obtiene sustituyendo t en la densidad.

P(X=t) no se obtiene sustituyendo t en la densidad.

Ejemplo resuelto

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