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martes, 21 de enero de 2014

Obtención del percentil n de una variable aleatoria normal de parámetros conocidos

Enunciado:
Sea una variable aleatoria X con una distribución normal de parámetros \mu=20 ( media ) y \sigma=2 ( desviación típica ). Calcular el percentil 10.

Resolución:
El percentil n ( en nuestro caso, el percentil 10 ) de una variable aleatoria X es, el valor de la abscisa x de la función de distribución de probabilidad de la misma, F(x), para el cual el valor de dicha función es 1/n ( en nuestro caso 1/10 = 0'1 ); en otras palabras, el valor de la variable aleatoria X que deja a su izquierda el n \cdot 100\,\% ( en nuestro caso, el 10 \, \% ) de los valores ( ordenados de menor a mayor ) de la misma.

Denotemos por x_{0'1} ( el valor pedido ) tal que P\{X \prec x_{0'1}\} = 0'1, donde X \sim N(20,2).
Tipificando, podemos escribir ésto de la forma:
    P\{Z \prec \dfrac{x_{0'1}-20}{2}\} = 0'1
donde
    Z \sim N(0,1)
es decir
    F\big(\frac{x_{0'1}-20}{2}\big) = 0'1
Ahora bien, en las tablas disponibles no están tabulados los valores de F menores que 0'5, por lo que debemos tener en cuenta la simetría de de la función de densidad de probabilidad f(z) para extraer de ellas la información que necesitamos. Veamos cómo hacerlo. Por comodidad, denotemos por k al argumento de la función de distribución de probabilidad,
    k:=\frac{x_{0'1}-20}{2}
entonces P\{X \prec k\}, que és igual a 0'1, es igual ( por simetría ) a P\{X \succ -k\} y a su vez ésto es igual a 1-P\{X \succ -k\}, luego P\{X \prec -k\}=1-0'1=0'9, valor que sí encontramos tabulado y que corresponde a -k\approx 1'28; es decir,
    - \frac{x_{0'1}-20}{2} \approx 1'28 \Rightarrow x_{0'1} \approx 20 -2 \cdot 1'28 = 14'44
\square

[nota del autor]

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