background image

The concepts of

probability

 


background image

LEARNING OBJECTIVES

 

At the end of the lecture the student should:

1. Be able to understand the b

asic

concepts of probability

.

2. know and apply laws of Probability.

3. know the characteristics of the normal

distribution .

 

2


background image

4.

5.

know the 

Standard Normal

Distribution curve (z distribution) and

understand  what is meant by a z score.

be able to perform  normal calculations,

both finding areas  under the curve and

percentages where the area under the

curve is given.

3


background image

Definitions

Probability

 is a numerical measure of

the likelihood that an event will occur.

An

 

experiment

 is any process that

generates well-defined 

outcomes

.

 

Sample space, 

S

,

 is the set of all

possible outcomes of an experiment.


background image

Definitions

An 

event

A

,

 is an outcome or set of

outcomes that are of interest to the
experimenter (An event A is a subset
of the sample space.

The 

probability of an event A, P(A),

 is a

measure of the likelihood that an event

A

 will occur.

 

 


background image

Example – Tossing a  Coin

 

 

 

 
 

S = {H, T}

 

 


background image

Example – Tossing a  Dice



 
 
 

 

S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}
A = {roll an even number}
A = {2, 4, 6}
 

 


background image

Calcula on of  Probability

In classical probability each outcome is
equally likely

In these cases, if there are 

 outcomes in

S then the probability of any one outcome
is 1/

N.

If A is any event and 

n

A

 is the number of 

outcomes in A, then

 

 

A

P A

n

N


background image

Example – Tossing a  Dice

S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}.

The 6 outcomes are equally likely, i.e., P(1)
= P(2) = P(3) = P(4) = P(5) = P(6) = 1/6.

A = {roll an even number} = {2, 4, 6}.

 

 

 

 

3

P A

0 .5

6


background image

Empirical probability

It is simply the relative frequency that
some event is observed to happen (or
fail)
 

Number of times an event occurred
divided by the number of trials

 


background image

Relative Frequency Example

#Children Freq Relative. frequency

0    40               -

1    80      80/215= 0.37

2    50              -

3    30              -

4    10              -

5     5              -

sum    215

 


background image

Basic Concepts of

Probability

Probability values are always assigned
on a scale from 0 to 1.

A probability near 0 indicates an event
is very unlikely to occur.

A probability near 1 indicates an event
is almost certain to occur.


background image

Basic Concepts of

Probability

A probability of 0.5 indicates the
occurrence of the event is just as
likely as it is unlikely.

The sum of the probabilities of all
outcomes is 1.

 


background image

Laws of Probability


background image

1.Law of Addition

Probability of one event 

or

 another

 

 

If  A and B are mutually exclusive
events( A&B can't occur at the same
time) , then

 

P(A 

or

 B) = P(A) + P(B) – P(A and B)

 

P(A

 or

 B) = P(A) + P(B)


background image

Mutually exclusive events:

Occurrence of one event precludes the
occurrence of the other event

Independent events: 

 Occurrence of

one event does not affect the
occurrence or non occurrence of the
other event

 


background image

2.Law of Multiplication

 

What is the probability that both A and B

occur together?

   P(A 

and

 B) =  P(A) x P(B)

 

 

 


background image

Probability Distribution

X

Probability Distribution is defined as
the distribution of all possible
outcomes of a particular event.

Examples of probability distributions
are:

the binomial distribution (only two
statistically independent outcomes
are possible on each attempt) .

 


background image

X
X

The normal distribution
other distributions exist (such as the
Poisson, t, F, chi-square, etc.) that
are used to make statistical
inferences.

 


background image

The Normal Distribution Curve

The characteristics of the Normal

distribution curve

The normal curve is 

bell-shaped

 and

has a single peak at the exact center
of the distribution.

The arithmetic mean, median, and
mode of the distribution are equal and
located at the peak.

 


background image

The normal probability distribution is
symmetrical about its mean ( half the
observations are above the mean, &
half below the mean.

It is determined by two quantities the
mean & the standard deviation

The random variable has an infinite
theoretical range (Tails don’t touch X
axis)

The total area under the curve is equal
to 

1


background image

68% of the area under the curve is
between the mean ±1 SD.

95% of the area under the curve is
between mean±1.96 SD.

99% of the area under the curve is
between mean±2.58 SD.

 

 


background image

The Normal Distribution

Mean-2.58 SD

Mean+2.58 SD

95%  of the area

Mean +1.96 SD

Mean -1.96 SD

                    

99% of the area

68%  interval

Mean

Mean -1 SD

Mean +1 SD


background image

Why the Normal Distribution

is Important

The normal distribution is a very

important probability distribution in
statistics Because:

Many types of data that are of interest
have a normal distributions (height of
adults, weight of children , intelligence)

 


background image

Means of any distribution has a

Normal distribution (Central Limit

Theorem) . Sampling distribution of

means becomes normal as N

increases, regardless of shape of

original distribution

 Binomial becomes normal as N

increases.

 

 


background image

Standard Normal Distribution

curve (z distribution)

 

 

• A normal distribu on

with a mean of 0 and
a standard devia on
of 1 is called the

standard normal
distribu on.

 

-3

-2

-1

1

2

3


background image

Any normal distribution can be
converted to the standard normal
distribution using the 

Z statistic

.

Z value (score):

 The distance between

a selected value, designated 

X,

 and the

mean  , divided by the  standard
deviation.

 

sd

x

x

z

i


background image

Z-Scores

 

 A 

z score

 is  often called the

standardized value or Standard Normal

Deviate (SND)

 .It represents the number

of standard deviation a data value x is

away from the mean and in which

direction.

A data value less than the sample mean
will have a z-score less than zero (has a
minus sign).


background image

A data value greater than the sample

mean will have a z‐score greater than zero

(has a posi ve sign).

A data value equal to the sample mean

will have a z‐score of zero.

Formula:

 

 

 

s

x

x

z

i


background image

z-Scores (cont)

 

 

The formula changes a “raw” score (x)
to a standardized score (Z).

 The Z-score can be used to determine
an area under the curve which is
known as a probability by using the
standard distribution table


background image

background image

background image

Example Z Score

Calculate the Z score for blood pressure

of 140 if the sample mean is 110 and the

standard deviation is 10

Z = 140 – 110 / 10 = 3


background image

Using the Normal Curve: Z

Scores


Procedure:
First calculate the Z score(Convert raw

score to Z score), taking careful note

of the sign of the score.
Draw a normal curve

   -Indicate where Z score falls
   - Shade area  in which you are

interested (you are trying to find).
Use the standard distribution table

 


background image

1-Determine the percentage above

or below a Z score

 

1.

2.

Example:

After an exam, you learn that the
mean for the class is 60, with a
standard deviation of 10. Suppose
your exam score is 70.

What is your Z-score?

What percentage of students have a
score below your score?  Above?

 


background image

To solve:

Available information:          

X

= 70

       

= 60

 
                                        S  = 10

 

Formula:Z  = (X

i

 –     )  / S

    = (70 – 60) /10

    = +1.0


background image

The Z-score of +1.0 is exactly 1 sd
above the mean.

From the table the probability above z
+1.0 = 0.1587

(% of marks above 70= 15.87%)

Therefore  the probability below z +1.0
= 1-0.1587  =0.8413.
(% of marks below 70= 84.13%).
 


background image

The Standard Normal

Distribution

 

60

Z=

 +1

   

p= 0.1587

   

p= 0 .8413.

70


background image

What if your mark is 55%?

1.

2.

 

Calculate the Z-score.

 

What percentage of students have a
score below your score?  Above?

 

 

 


background image

Answer:

Z = (55 – 60) /10 = -0.5

Area above Z=-0.5 = 0.6915

    (% of marks above 55= 69.15%)

 
The area below Z = 1-0.6915=0.3085

(% of marks below 55=30.85%)

 

 

 


background image

The Standard Normal

Distribution

 

60

Z=

 -0.5

55

P=0.3085

P= 0.6915


background image

2-Determine the percentage between 2

Z scores

 

Suppose your score is  72 and your
classmate has 55.

What is the probability of someone
having a mark between your score and
your classmate’s?

 


background image

Answer:

Z for 72 = (72 – 60) /10 = +1.2

The area above Z 1.2 =0.1151

Z for 55% = (55 – 60) /10 = -0.5

The area above Z -0.5= 0.6915

The area between Z = 1.2 and Z = -0.5
would be 0.6915 -0 .1151 = 0.5764


background image

• The probability of having a mark

between 72 and 55 for this distribution
is p =0 .5764 or 57.64%

 

44


background image

The Standard Normal

Distribution

 

60

Z=

 -0.5

Z=

 +1.2

55

72

P=

 0.5764

P=

 0.6915

P=

 0 .1151


background image

3-Determine the percentage of

scores between the mean and

particular z score

 

 

What is the probability of having a
mark between 60% and 70%?

The area above Z score 1=0.1587

0.5-0.1587=0.3413

There is a 0.3413 probability (or
34.13% chance) of having a mark
between 60 and 70.

 


background image

The Standard Normal

Distribution

 

60

Z=

 +1

  

 

p= 0.1587

  

70

  

 

p= 0.5

   

 

p= 0.3413


background image

4‐ Steps for determining a Z score or

raw score from percentage
(propor on)

If, instead, we are given a propor on and
asked to find the original value of 

x

corresponding to it?

Draw normal curve ,shade approxima on
area for percentage desired

 


background image

The Standard Normal

Distribution

100

Z=

 +0.84

  

 

p= 0.2

 

116.8


background image

We have to use the Table  backwards!

What propor on are we interested in?

Look inside the body of the Table for the

value closest to this “propor on. That will

give us a 

score.  Then the original value

of 

x

 is simply

 

.

zsd

x

x


background image

example

For a normal distribution with mean of

100 and standard deviation of 20, find the

score that cuts the upper 20% .
From the table Z=0.84

0.84=

x-

100/20

X=20*0.84+100=116.8
 


background image

52

Chapter 7  Probability

Thank You




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 86 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل