Warunkowa wartość oczekiwana – w teorii prawdopodobieństwa i statystyce wartość oczekiwana zmiennej losowej obliczana w odniesieniu do jej rozkładu warunkowego. Intuicyjnie jest to „przeciętna” wartość, jaką przyjmuje zmienna losowa w sytuacji, gdy dysponujemy dodatkową informacją o wyniku doświadczenia losowego (np. wiemy, że zaszło określone zdarzenie lub znamy realizację innej zmiennej losowej) i możemy wyznaczyć prawdopodobieństwa warunkowe.
Przykład Rozważany jest rzut symetryczną, sześciościenną kostką do gry. Niech zmienna losowa oznacza liczbę wyrzuconych oczek.
Wartość oczekiwana bezwarunkowa. Każdy wynik ma prawdopodobieństwo . Zgodnie z definicją:
Wartość oczekiwana warunkowa. Przyjmijmy, że uzyskano informację, iż wynik rzutu jest liczbą parzystą (zaszło zdarzenie ). W nowej przestrzeni zdarzeń każdy z tych trzech wyników jest jednakowo prawdopodobny (). W takiej sytuacji warunkowa wartość oczekiwana wynosi:
Dodatkowa informacja o parzystości wyniku pozwoliła na aktualizację wartości oczekiwanej z 3,5 na 4.
Definicja dla zdarzenia
Jeżeli jest zdarzeniem o dodatnim prawdopodobieństwie (), to dla zmiennej dyskretnej
Dla zmiennej ciągłej
gdzie jest gęstością warunkową.
Warunkowa wartość oczekiwana względem zmiennej losowej
Jeżeli i są zmiennymi losowymi, to
jest funkcją zmiennej .
Dla zmiennych dyskretnych
Przykład
Niech
gdzie jest niezależna od i
Wówczas
Znając , najlepszym przewidywaniem jest po prostu .
Najważniejsze własności Liniowość
Wyciąganie znanych czynników
Jeżeli jest mierzalna względem , to
Prawo iterowanej wartości oczekiwanej
W szczególności
Niezależność. Jeżeli jest niezależna od , to
Założenia Niech będzie przestrzenią probabilistyczną z zadanym na niej prawdopodobieństwem warunkowym Niech również będzie zmienną losową,
gdzie jest mierzalna
jest zdarzeniem takim, że
Definicje Warunkową wartością oczekiwaną zmiennej losowej X pod warunkiem zdarzenia A nazywamy liczbę:
Jednak znacznie poręczniejszy w użyciu jest następujący, równoważny wzór:
Niech będzie σ-ciałem. Warunkową wartością oczekiwaną zmiennej losowej X pod warunkiem σ-ciała nazywamy zmienną losową spełniającą warunki:
1) jest -mierzalna,
2) dla dowolnego
Dla dowolnego σ-ciała i zmiennej losowej całkowalnej istnieje i jest ona wyznaczona jednoznacznie z dokładnością do zdarzeń o prawdopodobieństwie zero.
Szczególny przypadek poprzedniego.
Niech gdzie i niech Wówczas warunkowa wartość oczekiwana pod warunkiem σ-ciała jest równa:
Spełnia ona oba warunki warunkowej wartości oczekiwanej pod warunkiem σ-ciała.
Własności Niech i niech będzie σ-ciałem. Wówczas:
Jeśli jest -mierzalna, to
Dla dowolnego mamy:
Jeśli jest niezależna od (tzn. σ i są niezależne), to:
Jeśli jest ograniczoną zmienną -mierzalną, to:
Zobacz też wartość oczekiwana prawdopodobieństwo prawdopodobieństwo warunkowe
Przypisy
Bibliografia
Kategoria:Rachunek prawdopodobieństwa