מציאת חסם עליון להסתברות בעזרת אי שוויון מרקוב ואי שוויון צ'בישב

ההכנסה הממוצעת לנפש בהרצליה פיתוח היא 10,000 דולר. מצאו חסם עליון לאחוז האנשים שהכנסתם מעל 50,000 דולר, אם ידוע כי סטיית התקן של ההכנסה היא 8,000 דולר.

  1. לפי אי שוויון מרקוב.
  2. לפי אי שוויון צ’בישב.

נתבונן על הרצליה פיתוח ככד. נגדיר מ"מ X להיות המקרה בו הכנסת אדם שנבחר באקראי. ע"פ נתוני השאלה E\left(X\right)=10,000 וגם Var\left(X\right)=8,000^{2}. נפתור את הסעיפים:

סעיף ראשון
נמצא חסם עליון לאחוז האנשים שהכנסתם מעל 50,000 דולר בעזרת אי שוויון מרקוב, כלומר נרצה למצוא חסם עליון ל-P\left(X\geq50,000\right). ע"פ אי-שוויון מרקוב מתקיים:

P\left(X\geq50,000\right)\leq\frac{E\left(X\right)}{50,000}=\frac{10,000}{50,000}=\frac{1}{5}

סעיף שני
נמצא חסם עליון לאחוז האנשים שהכנסתם מעל 50,000 דולר בעזרת אי שוויון צ’בישב, כלומר נרצה למצוא חסם עליון ל-P\left(X\geq50,000\right). ע"פ אי-שוויון צ’בישב מתקיים:

\begin{align*} P\left(X\geq50,000\right)&=P\left(X-10,000\geq50,000-10,000\right)\\&\overset{(*)}{=}P\left(|X-10,000|\geq40,000\right)-\underset{0}{\underbrace{P\left(X-10,000\leq40,000\right)}}\\&=P\left(|X-10,000|\geq5\cdot SD\left(X\right)\right)\leq\frac{1}{5^{2}}=\frac{1}{25} \end{align*}

כאשר במעבר (*) השתמשנו בכך שמתקיים:

P\left(|X|\geq b\right)=P\left(X\geq b\right)+P\left(X\leq-b\right)