Referencia: Ross 2.4.3 p43, Gubner 2.4 p84,p150, León-García 4.3.2 p 160
Varianza de variables aleatorias contínuas
el n-ésimo momento, n≥1 de una varial aleatoria X se define como E[Xn].
en el caso continuo.
E[Xn]=∫−∞∞xnf(x)δx
El primer momento es la media, E[X].
La varianza σ2 de X se define como:
VAR[X]=E[(X−E[X])2]
La varianza de X mide el promedio al cuadrado de la desviación de X del valor esperado.
Algunas propiedade de la varianza, siendo c una constante:
VAR[c]=0VAR[X+c]=VAR[X]VAR[cX]=c2VAR[X]
Ejemplo
Encuentre la media y varianza de una variable aleatoria con función de densidad de probabilidad pdf tipo exponencial eλ:
Solucion: dado que VAR[X]= E[x2] – (E[X])2, se calculan los dos momentos de X:
E[Xn]=∫0∞xnλe−λxδx
con cambio de variable y=λx, dy = λdx se tiene que:
E[Xn]=∫0∞(λy)ne−yδy=λn1∫0∞yne−yδy
si u=yn y dv=e-y dx, entonces du=nyn-1 dx, v = -e-y,
para n=1 el resultado es 1, para n=2 el resultado es 2×1, y para n=3 el resultado es 3x2x1, por lo que el resultado general es n!
X y Y tienen media cero, pero Y tomará valores mas lejanos de su media, dado que var(Y)>var(X).
cuando una variable aleatoria tiene media diferente de cero, puede ser conveniente usar también la fórmula:
var(X)=E[X2]−(E[x])2
que indica que la varianza es igual al segundo momento menos el cuadrado del primer momento. Como tarea encuentre la fórmula al reemplazar m=E[X] y desarrollando el cuadrado.
La desviación estándar de X se define como el valor positivo de la raiz cuadrada de la varianza, y se usa el símbolo σ
Ejemplo Ross 2.29
Un sistema de comunicación óptico usa un fotodetector cuya salida es modelada como una variable aleatorioa X tipo Poisson(λ). Encuentre la varianza de X