A gamma distribution is a general type of statistical distribution that is related to the beta distribution and arises naturally in processes for which the waiting times between Poisson distributed events are relevant. Gamma distributions have two free parameters, labeled  and , a few of which are illustrated above.

Consider the distribution function  of waiting times until the th Poisson event given a Poisson distribution with a rate of change ,

			(1)
			(2)
			(3)
			(4)
			(5)

for , where  is a complete gamma function, and  an incomplete gamma function. With  an integer, this distribution is a special case known as the Erlang distribution.

The corresponding probability function  of waiting times until the th Poisson event is then obtained by differentiating ,

			(6)
			(7)
			(8)
			(9)
		{1-sum_(k=1)^(h-1)[((lambdax)^(k-1))/((k-1)!)-((lambdax)^k)/(k!)]}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/GammaDistribution/Inline42.gif" style="height:47px; width:204px" />	(10)
		{1-[1-((lambdax)^(h-1))/((h-1)!)]}" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/GammaDistribution/Inline45.gif" style="height:42px; width:156px" />	(11)
			(12)

Now let  (not necessarily an integer) and define  to be the time between changes. Then the above equation can be written

(13)

for . This is the probability function for the gamma distribution, and the corresponding distribution function is

(14)

where  is a regularized gamma function.

It is implemented in the Wolfram Language as the function GammaDistribution[alpha, theta].

The characteristic function describing this distribution is

		{(x^(-x/theta)x^(alpha-1))/(Gamma(alpha)theta^alpha)[1/2(1+sgnx)]}(t)" src="https://mathworld.wolfram.com/images/equations/GammaDistribution/Inline55.gif" style="height:42px; width:192px" />	(15)
			(16)

where  is the Fourier transform with parameters , and the moment-generating function is

			(17)
			(18)

giving moments about 0 of

(19)

(Papoulis 1984, p. 147).

In order to explicitly find the moments of the distribution using the moment-generating function, let

			(20)
			(21)

so

			(22)
			(23)
			(24)

giving the logarithmic moment-generating function as

			(25)
			(26)
			(27)

The mean, variance, skewness, and kurtosis excess are then

			(28)
			(29)
			(30)
			(31)

The gamma distribution is closely related to other statistical distributions. If , , ...,  are independent random variates with a gamma distribution having parameters , , ..., , then  is distributed as gamma with parameters

			(32)
			(33)

Also, if  and  are independent random variates with a gamma distribution having parameters  and , then  is a beta distribution variate with parameters . Both can be derived as follows.

(34)

Let

(35)

(36)

then the Jacobian is

(37)

so

(38)

			(39)
			(40)

The sum  therefore has the distribution

(41)

which is a gamma distribution, and the ratio  has the distribution

			(42)
			(43)
			(44)

where  is the beta function, which is a beta distribution.

If  and  are gamma variates with parameters  and , the  is a variate with a beta prime distribution with parameters  and . Let

(45)

then the Jacobian is

(46)

so

(47)

			(48)
			(49)

The ratio  therefore has the distribution

(50)

which is a beta prime distribution with parameters .

The "standard form" of the gamma distribution is given by letting , so  and

			(51)
			(52)
			(53)

so the moments about 0 are

			(54)
			(55)
			(56)

where  is the Pochhammer symbol. The moments about  are then

			(57)
			(58)
			(59)
			(60)

The moment-generating function is

(61)

and the cumulant-generating function is

(62)

so the cumulants are

(63)

If  is a normal variate with mean  and standard deviation , then

(64)

is a standard gamma variate with parameter .

REFERENCES:

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 534, 1987.

Jambunathan, M. V. "Some Properties of Beta and Gamma Distributions." Ann. Math. Stat. 25, 401-405, 1954.

Papoulis, A. Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 103-104, 1984.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

انعقاد الجلسة البحثية باللغة الإنكليزية ضمن فعاليات المؤتمر التمهيدي لألفية حوزة النجف الأشرف

مقالة علمية تناقش الأهمية البالغة في معرفة مشايخ الشيخ الطوسي (قدس سره)

دراسة علمية تثبت تاريخ تأليف الشيخ الطوسي لكتاب الفهرست

باحث يقدم دراسة علمية بعنوان (الشيخ الطوسي والكبرى الرجالية تأصيلًا وتطبيقًا)

المزيد

الآخبار الصحية

اللوز.. "كنز صحي" يحمي دماغك

رفض اعتماد "لقاح موديرنا" للإنفلونزا.. وكشف الأسباب ؟

تحذير طبي من مرض شائع يزيد خطر الإصابة بنوعين من السرطان

الإنفلونزا لا تضرب الرئة فقط.. دراسة تكشف خطرها على القلب

المزيد

الآخبار التكنلوجية

سلاح طبي في ساحات الحرب.. رذاذ يوقف النزيف خلال ثانية !

مايكروسوفت تدق ناقوس الخطر وتحذر من "الذكاء الاصطناعي الخفي"

الإمارات تطلق شراكة عالمية مع ستارلينك لإتاحة التعليم الرقمي

"أوبن إيه آي" تختبر عرض الإعلانات داخل محادثات chatgpt

المزيد