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Independencia de variables y factorización

Apuntes, tema 4 · 4.7 a 4.7.3 y 4.8.6: caracterizaciones, propiedades y producto de esperanzasAbrir el PDF en la página 13

Objetivos de la lección

  • Comprobar independencia mediante masas, densidades o acumuladas.
  • Reconocer soportes incompatibles con una factorización.

Apartado 1 de 3

Comprobar todas las parejas

Transcripción

Hola, en esta tabla equis ocupa filas e i griega columnas, con masas conjuntas cuarenta y dos, veintiocho, dieciocho y doce centésimas.

Comprobaremos independencia: que conocer una componente no cambie la distribución de la otra.

En discreto equivale a que cada masa conjunta sea el producto de sus dos masas marginales; debemos revisar toda la tabla.

Sumando cada fila obtenemos las marginales de equis: siete y tres décimas.

Sumando cada columna obtenemos las de i griega: seis y cuatro décimas.

Las calculamos a partir de la conjunta antes de probar nada; no estamos multiplicando para imponer de antemano la independencia que queremos comprobar.

Para la pareja cero, cero, la factorización exigiría siete décimas por seis décimas: cuarenta y dos centésimas.

Coincide con su masa conjunta.

La primera celda supera la comprobación, pero por sí sola no certifica que las demás parejas cumplan la misma regla.

Para cero, uno usamos la misma marginal de equis cero, siete décimas, pero la marginal de i griega uno, cuatro décimas.

El producto da veintiocho centésimas y coincide con la segunda celda.

La comparación mantiene el orden de las coordenadas y cambia solo lo que pide esa pareja.

Para la segunda fila, tres décimas por seis décimas da dieciocho centésimas y tres por cuatro décimas da doce.

También coinciden.

Hemos comprobado todas las parejas con posibles masas marginales; fuera de los indicadores ambas descripciones dan cero.

En esta distribución completa sí podemos concluir independencia.

Una sola discrepancia bastaría para refutarla; una coincidencia aislada no la demuestra.

La caracterización general usa acumuladas: la conjunta debe ser el producto de las marginales para todos los umbrales equis e i griega.

Así exige independencia de todos los sucesos de ese tipo, no solo de una celda favorable ni de un resumen como la correlación.

Palabras y símbolos de esta lección​

p_{X,Y}(x,y), f_{X,Y}(x,y) · Distribución conjunta

Se lee: masa conjunta de equis e i griega; densidad conjunta de equis e i griega.

Describe dos medidas del mismo resultado. Una coma entre condiciones de P significa que se cumplen ambas, no una alternativa.

Ejemplo: P(X = 1, Y = 0) pide X igual a uno e Y igual a cero.

p_X(x), f_X(x) · Distribución marginal

Se lee: masa marginal de equis; densidad marginal de equis.

Describe una sola medida reuniendo todos los valores de la otra. Se suma o integra, sin fijar la otra medida.

Ejemplo: Para contar plantas con marcador verde sumamos las que tienen rojo y las que no.

A ⊥ B · Independencia

Se lee: a es independiente de be.

Conocer si ocurre un suceso no cambia la probabilidad del otro. No significa que no puedan ocurrir juntos.

Ejemplo: Dos ensayos pueden fallar juntos aunque sean independientes.

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.

f(x), g(x) · Función

Se lee: efe de x; ge de x.

Una función es una regla que transforma una entrada en una salida. Los paréntesis indican la entrada: f(x) no significa f multiplicado por x.

Ejemplo: Si g(x) = x², entonces g(3) = 9.

E[X], μ · Esperanza o media del modelo

Se lee: esperanza de equis; mu.

Promedia los valores posibles dando más peso a los más probables. No obliga a que ese valor aparezca en una observación.

Ejemplo: Cero o cuatro células con igual probabilidad dan media dos.

¿La tabla conjunta añade información sobre la relación?​

Si conocer X no cambia cómo se reparte Y, las variables son independientes. En una tabla, cada celda debe coincidir con la probabilidad marginal de su fila por la de su columna. No basta con que una celda coincida por casualidad.

Por ejemplo, si P(X = 1) = 0,3 y P(Y = 1) = 0,4, la celda (1,1) debería valer 0,12. Una celda diferente basta para descartar independencia. Para confirmarla en una tabla finita comprobamos todas, incluidos los ceros.

Una condición para todos los umbrales​

Dos variables son independientes si los sucesos definidos por ellas no se informan mutuamente. Una caracterización equivalente exige que la acumulada conjunta sea el producto de las marginales para todos los umbrales. Comprobar una sola pareja de umbrales no basta, aunque una sola discrepancia sí refuta la independencia.

En variables discretas, la masa conjunta debe ser el producto de masas marginales en todo el soporte. En variables absolutamente continuas, la densidad debe factorizar casi en todas partes. Casi en todas partes permite diferencias en puntos o regiones de área nula que no cambian probabilidades.

Fórmulas del apartado​

Se lee: Para todos los umbrales equis e i griega, la acumulada conjunta es el producto de las acumuladas marginales. Una igualdad aislada no demuestra independencia.

FX,Y(x,y)=FX(x)FY(y)para todo x,yF_{X,Y}(x,y)=F_X(x)F_Y(y)\quad\text{para todo }x,y

La igualdad para todos los umbrales caracteriza independencia de variables reales.