المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
زكاة الغلات
2024-11-05
تربية أنواع ماشية اللحم
2024-11-05
زكاة الذهب والفضة
2024-11-05
ماشية اللحم في الولايات المتحدة الأمريكية
2024-11-05
أوجه الاستعانة بالخبير
2024-11-05
زكاة البقر
2024-11-05

معنى كلمة كمه‌
14-12-2015
رزية يوم الخميس
10-10-2017
الزيوت المعدنية
8-11-2021
Shortest Path Problem
29-4-2022
كمية بذور القطن اللازمة لزراعة الدونم
2024-09-29
تكرار الألف واللام والهاء
26-01-2015

Poisson Distribution  
  
2823   04:33 مساءً   date: 19-4-2021
Author : Beyer, W. H.
Book or Source : CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press
Page and Part : ...


Read More
Date: 21-3-2021 1522
Date: 15-3-2021 1025
Date: 13-2-2021 1229

Poisson Distribution

 PoissonDistribution

Given a Poisson process, the probability of obtaining exactly n successes in N trials is given by the limit of a binomial distribution

 P_p(n|N)=(N!)/(n!(N-n)!)p^n(1-p)^(N-n).

(1)

Viewing the distribution as a function of the expected number of successes

 nu=Np

(2)

instead of the sample size N for fixed p, equation (2) then becomes

 P_(nu/N)(n|N)=(N!)/(n!(N-n)!)(nu/N)^n(1-nu/N)^(N-n),

(3)

Letting the sample size N become large, the distribution then approaches

P_nu(n) = lim_(N->infty)P_p(n|N)

(4)

= lim_(N->infty)(N(N-1)...(N-n+1))/(n!)(nu^n)/(N^n)(1-nu/N)^N(1-nu/N)^(-n)

(5)

= lim_(N->infty)(N(N-1)...(N-n+1))/(N^n)(nu^n)/(n!)(1-nu/N)^N(1-nu/N)^(-n)

(6)

= 1·(nu^n)/(n!)·e^(-nu)·1

(7)

= (nu^ne^(-nu))/(n!),

(8)

which is known as the Poisson distribution (Papoulis 1984, pp. 101 and 554; Pfeiffer and Schum 1973, p. 200). Note that the sample size N has completely dropped out of the probability function, which has the same functional form for all values of nu.

The Poisson distribution is implemented in the Wolfram Language as PoissonDistribution[mu].

As expected, the Poisson distribution is normalized so that the sum of probabilities equals 1, since

 sum_(n=0)^inftyP_nu(n)=e^(-nu)sum_(n=0)^infty(nu^n)/(n!)=e^(-nu)e^nu=1.

(9)

The ratio of probabilities is given by

 (P_nu(n=i+1))/(P(n=i))=((nu^(i+1)e^(-nu))/((i+1)!))/((e^(-nu)nu^i)/(i!))=nu/(i+1).

(10)

The Poisson distribution reaches a maximum when

 (dP_nu(n))/(dn)=(e^(-nu)n(gamma-H_n+lnnu))/(n!)=0,

(11)

where gamma is the Euler-Mascheroni constant and H_n is a harmonic number, leading to the transcendental equation

 gamma-H_n+lnnu=0,

(12)

which cannot be solved exactly for n.

The moment-generating function of the Poisson distribution is given by

M(t) = e^(-nu)e^(nue^t)=e^(nu(e^t-1))

(13)

= nue^te^(nu(e^t-1))

(14)

= (nue^t)^2e^(nu(e^t-1))+nue^te^(nu(e^t-1))

(15)

R(t) = nu(e^t-1)

(16)

= nue^t

(17)

= nue^t,

(18)

so

mu =

(19)

sigma^2 =

(20)

(Papoulis 1984, p. 554).

The raw moments can also be computed directly by summation, which yields an unexpected connection with the Bell polynomial phi_n(x) and Stirling numbers of the second kind,

 phi_n(x)=sum_(k=0)^infty(e^(-x)x^k)/(k!)k^n=sum_(k=1)^nx^kS(n,k)

(21)

known as Dobiński's formula. Therefore,

= nu(1+nu)

(22)

= nu(1+3nu+nu^2)

(23)

= nu(1+7nu+6nu^2+nu^3).

(24)

The central moments can then be computed as

mu_2 = nu

(25)

mu_3 = nu

(26)

mu_4 = nu(1+3nu),

(27)

so the mean, variance, skewness, and kurtosis excess are

mu = nu

(28)

sigma^2 = nu

(29)

gamma_1 = (mu_3)/(sigma^3)=nu/(nu^(3/2))=nu^(-1/2)

(30)

gamma_2 = (mu_4)/(sigma^4)-3=(nu(1+3nu))/(nu^2)-3

(31)

= (nu+3nu^2-3nu^2)/(nu^2)=nu^(-1).

(32)

The characteristic function for the Poisson distribution is

 phi(t)=e^(nu(e^(it)-1))

(33)

(Papoulis 1984, pp. 154 and 554), and the cumulant-generating function is

 K(h)=nu(e^h-1)=nu(h+1/(2!)h^2+1/(3!)h^3+...),

(34)

so

 kappa_r=nu.

(35)

The mean deviation of the Poisson distribution is given by

 MD=(2e^(-nu)nu^(|_nu_|+1))/(|_nu_|!).

(36)

The Poisson distribution can also be expressed in terms of

 lambda=nu/x,

(37)

the rate of changes, so that

 P_nu(n)=((lambdax)^ne^(-lambdax))/(n!).

(38)

The moment-generating function of a Poisson distribution in two variables is given by

 M(t)=e^((nu_1+nu_2)(e^t-1)).

(39)

If the independent variables x_1x_2, ..., x_N have Poisson distributions with parameters mu_1mu_2, ..., mu_N, then

 X=sum_(j=1)^Nx_j

(40)

has a Poisson distribution with parameter

 mu=sum_(j=1)^Nmu_j.

(41)

This can be seen since the cumulant-generating function is

 K_j(h)=mu_j(e^h-1)

(42)

 K=sum_(j)K_j(h)=(e^h-1)sum_(j)mu_j=mu(e^h-1).

(43)

A generalization of the Poisson distribution has been used by Saslaw (1989) to model the observed clustering of galaxies in the universe. The form of this distribution is given by

 f_b(N)=(N^_(1-b))/(N!)[N^_(1-b)+Nb]^(N-1)e^(N^_(1-b)-Nb),

(44)

where N is the number of galaxies in a volume VN^_=n^_Vn^_ is the average density of galaxies, and b=-W/(2K) approx 0.70+/-0.05, with 0<=b<1 is the ratio of gravitational energy to the kinetic energy of peculiar motions, Letting b=0 gives

 f_0(N)=(e^(-N^_)N^_^N)/(N!),

(45)

which is indeed a Poisson distribution with nu=N^_. Similarly, letting b=1 gives f_1(N)=0.


REFERENCES:

Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 532, 1987.

Grimmett, G. and Stirzaker, D. Probability and Random Processes, 2nd ed. Oxford, England: Oxford University Press, 1992.

Papoulis, A. "Poisson Process and Shot Noise." Ch. 16 in Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, 2nd ed. New York: McGraw-Hill, pp. 554-576, 1984.

Pfeiffer, P. E. and Schum, D. A. Introduction to Applied Probability. New York: Academic Press, 1973.

Press, W. H.; Flannery, B. P.; Teukolsky, S. A.; and Vetterling, W. T. "Incomplete Gamma Function, Error Function, Chi-Square Probability Function, Cumulative Poisson Function." §6.2 in Numerical Recipes in FORTRAN: The Art of Scientific Computing, 2nd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 209-214, 1992.

Saslaw, W. C. "Some Properties of a Statistical Distribution Function for Galaxy Clustering." Astrophys. J. 341, 588-598, 1989.

Spiegel, M. R. Theory and Problems of Probability and Statistics. New York: McGraw-Hill, pp. 111-112, 1992.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.