1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : الاحتمالات و الاحصاء :

Uniform Sum Distribution

المؤلف:  Derbyshire, J.

المصدر:  Prime Obsession: Bernhard Riemann and the Greatest Unsolved Problem in Mathematics. New York: Penguin, 2004.

الجزء والصفحة:  ...

16-4-2021

2449

Uniform Sum Distribution

UniformSumDistribution

The distribution for the sum X_1+X_2+...+X_n of n uniform variates on the interval [0,1] can be found directly as

 P_(X_1+...+X_n)(u)=intint...int_()_(n)delta(x_1+x_2+...+x_n-u)dx_1dx_2...dx_n,

(1)

where delta(x) is a delta function.

A more elegant approach uses the characteristic function to obtain

 P_(X_1+...+X_n)(u)=F_t^(-1)[((i(1-e^(it)))/t)^n](u) 
 =1/(2(n-1)!)sum_(k=0)^n(-1)^k(n; k)(u-k)^(n-1)sgn(u-k),

(2)

where the Fourier parameters are taken as (1,1). The first few values of P_n(u) are then given by

P_(X_1)(u) = 1/2[sgn(1-u)+sgnu]

(3)

P_(X_1+X_2)(u) = 1/2[(-2+u)sgn(-2+u)-2(-1+u)sgn(-1+u)+usgnu]

(4)

P_(X_1+X_2+X_3)(u) = 1/4[-(-3+u)^2sgn(-3+u)+3(-2+u)^2sgn(-2+u)-3(-1+u)^2sgn(-1+u)+u^2sgnu]

(5)

P_(X_1+X_2+X_3+X_4)(u) = 1/(12)[(-4+u)^3sgn(-4+u)-4(-3+u)^3sgn(-3+u)+6(-2+u)^3sgn(-2+u)-4(-1+u)^3sgn(-1+u)+u^3sgnu],

(6)

illustrated above.

Interestingly, the expected number of picks n of a number x_k from a uniform distribution on [0,1] so that the sum sum_(k=1)^(n)x_k exceeds 1 is e (Derbyshire 2004, pp. 366-367). This can be demonstrated by noting that the probability of the sum of n variates being greater than 1 while the sum of n-1 variates being less than 1 is

P_n^((1)) = int_1^nP_(X_1+...+X_n)(u)du-int_1^(n-1)P_(X_1+...+X_(n-1))(u)du

(7)

= (1-1/(n!))-[1-1/((n-1)!)]

(8)

= 1/(n(n-2)!).

(9)

The values for n=1, 2, ... are 0, 1/2, 1/3, 1/8, 1/30, 1/144, 1/840, 1/5760, 1/45360, ... (OEIS A001048). The expected number of picks needed to first exceed 1 is then simply

 <n_1>=sum_(n=1)^inftynP_n^((1))=sum_(n=1)^infty1/((n-2)!)=sum_(n=0)^infty1/(n!)=e.

(10)

It is more complicated to compute the expected number of picks that is needed for their sum to first exceed 2. In this case,

P_n^((2)) = int_2^nP_(X_1+...+X_n)(u)du-int_2^(n-1)P_(X_1+...+X_(n-1))(u)du

(11)

= ((n-2)(2^(n-1)-n))/(n!).

(12)

The first few terms are therefore 0, 0, 1/6, 1/3, 11/40, 13/90, 19/336, 1/56, 247/51840, 251/226800, ... (OEIS A090137 and A090138). The expected number of picks needed to first exceed 2 is then simply

<n_2> = sum_(n=1)^(infty)nP_n^((2))

(13)

= sum_(n=1)^(infty)(n(n-2)(2^(n-1)-n))/(n!)

(14)

= e^2-e.

(15)

The following table summarizes the expected number of picks <n_s> for the sum to first exceed an integer s (OEIS A089087). A closed form is given by

 <n_s>=1/(n!)sum_(k=0)^n((-1)^kn!(n-k+1)^k)/(k!)e^(n-k+1)

(16)

(Uspensky 1937, p. 278).

s <n_s> OEIS approximate
1 e A001113 2.71828182...
2 e^2-e A090142 4.67077427...
3 1/2(2e^3-4e^2+e) A090143 6.66656563...
4 1/6(6e^4-18e^3+12e^2-e) A089139 8.66660449...
5 1/(24)(24e^5-96e^4+108e^3-32e^2+e) A090611 10.66666206...

REFERENCES:

Derbyshire, J. Prime Obsession: Bernhard Riemann and the Greatest Unsolved Problem in Mathematics. New York: Penguin, 2004.

Sloane, N. J. A. Sequences A001048/M0890, A001113/M1727, A089087, A089139, A090137, A090138, A090142, A090143, and A090611 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Uspensky, J. V. Introduction to Mathematical Probability. New York: McGraw-Hill, 1937.

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي