diff --git a/docs/4_0_introduccion.md b/docs/4_0_introduccion.md index 9e09578..1fca57a 100644 --- a/docs/4_0_introduccion.md +++ b/docs/4_0_introduccion.md @@ -1 +1,122 @@ -Los procesos aleatorios son los terceros “objetos aleatorios” por analizar. Incorporan una segunda variable independiente, el tiempo, que los hace útiles en la descripción de fenómenos cambiantes o dinámicos tales como las señales y los sistemas. \ No newline at end of file +Los procesos aleatorios son los terceros “objetos aleatorios” por analizar. Incorporan una segunda variable independiente, el tiempo, que los hace útiles en la descripción de fenómenos cambiantes o dinámicos tales como las señales y los sistemas. + +# El problema inicial +## Variable aleatoria + +Los conjuntos S_1 = \{todos los equipos del campeonato nacional \} o +S_2 = {los colores favoritos de los estudiantes de esta clase} +son útiles en la descripción de ciertos eventos, pero no permiten la *manipulación numérica*. + +- Este espacio de eventos contiene conjuntos **abstractos**. +- Necesitamos **números** para sumar, restar, multiplicar, dividir… +- Necesitamos **funciones** para diferenciar, integrar… + +> Aquí es útil, entonces, la variable aleatoria… + + + + +# Variable aleatoria + +> **Definición** +Para un espacio de eventos \( S \), una **variable aleatoria** es cualquier regla que asocia +cada resultado elemental de \( S \) con **un número**. +Es decir, es una **función** cuyo dominio es el espacio (quizá abstracto) de eventos o muestras, +y cuyo rango es algún subconjunto de los números reales. + +![alt text](4_mapeo_multivaluado.svg) + +La notación \( X(s) = x \) significa que \( x \) es el valor asociado por \( X \) con el evento elemental \( s \). + + + +## Pero… + +### Una observación necesaria + +Las variables aleatorias *ni son variables, ni son aleatorias*[^1]. + +!!! note "Nota" + + + + \( X(s) \) es una **función** y es *determinística*, + pero describe el comportamiento de un fenómeno aleatorio subyacente. + + Por tanto, se trata de un nombre poco apropiado. En inglés: *misnomer*. + + + + +# Requisitos para la construcción de variables aleatorias I + +- **Un espacio de probabilidades** \( (S, P) \) para un experimento, que contiene todos los eventos elementales \( S \) y sus probabilidades asociadas \( P \). + +- **Una función de mapeo** \( X \) que mapea cada \( s \in S \) a un único punto \( x \in \mathbb{R} \) (la recta real). + +- **Una relación de dualidad** de la probabilidad, esto es, que si \( B \) es un subconjunto de \( \mathbb{R} \), la probabilidad del evento \( X(s) = B \) es equivalente a la del conjunto + \( A = X^{-1}(B) \in S \), que contiene todos los \( s \in S \) que se mapean a \( B \) bajo la función \( X \). + + +# Requisitos para la construcción de variables aleatorias II +![alt text](4_mapeo_VA_segmento_recta.svg) + +Figura: Mapeo de un subconjunto del espacio de eventos \( S \) en un segmento de la recta real \( \mathbb{R} \). + +\[ +X(s \in A) = B \qquad A = X^{-1}(B) \in S \qquad P(B) = P(A) +\] + + + +# Condiciones para que una función sea variable aleatoria I + +!!! note "Nota" + + *va* será la abreviación de “variable aleatoria”, de aquí en adelante. En inglés se utiliza **rv**, de *random variable*. + +Algunas condiciones debe cumplir \( X(s) \) para ser una *va*: + +🔵 Una variable aleatoria es una función **_no multivaluada_**. +Es decir, todo punto en \( S \) corresponde a solo un valor de la *va*. +(img/4_mapeo_multivaluado.svg) + +_Figura: Esto **no** (atención: **no**) representa el mapeo de una *va*._ + + + + +# Condiciones para que una función sea variable aleatoria II + +🔵 El conjunto \( \{ X \leq x \} \) existe y es un evento para cualquier número real \( x \). +Corresponde a los puntos \( s \) en el espacio de muestras \( S \) para los que la *va* \( X(s) \) no excede el número \( x \). + +(img/4_mapeo_X_leq_x.svg) + + +> La probabilidad \( P\{X \leq x\} \) es igual a la suma de las probabilidades de todos los eventos elementales \( s \) correspondientes a \( \{X \leq x\} \). + +# Condiciones para que una función sea variable aleatoria III + +🔵 Las probabilidades de los eventos \( \{ X = \infty \} \) y \( \{ X = -\infty \} \) son cero, es decir: + +\[ +P\{X = -\infty\} = 0 \qquad P\{X = \infty\} = 0 +\] + +\( X(s) \) puede ser ya sea \( -\infty \) o \( \infty \) para algunos valores de \( s \), pero su probabilidad será cero. + +*Como se especifica más adelante, esto es necesario para que su “función de densidad” tenga un área total finita.* + +# Variables aleatorias **discretas** I + +### Definición + +Una variable aleatoria discreta es una *va* cuyos valores posibles constituyen o un +**conjunto finito** o un **conjunto infinito *enumerable***. + +### Ejemplos + +- Las caras de un dado +- La población mundial +- Otros ejemplos que se mapean en \( \mathbb{N} \) \ No newline at end of file