
15. Distribució de Poisson
Enunciat 15.1
La centraleta telefònica d’un hostal, rep un nombre de trucades per minut que segueix una distribució de Poisson amb paràmetre \(\lambda = 0.5\). Determinar:
- La probabilitat de que en un minuto al atzar, es rebi una única trucada.
- La probabilitat de que en un minut al atzar, es rebin un màxim de dues trucades.
- La probabilitat de que en un minut al atzar, es rebin més de tres trucades per minut.
- Es rebin cinc trucades en dos minuts.
- El nombre de trucades per minut, mínimes que ha de rebre la centraleta perquè hi hagi una probabilitat del 98.5 %.
Solució
a) La probabilitat de que en un minuto al atzar, es rebi una única trucada.
Sigui la variable aleatòria discreta \(X\), el nombre de trucades per minut que rep la centraleta telefònica. Aquesta variable aleatòria segueix una distribució de Poisson: \(X \sim \mathcal{P}(0.5)\).
Per resoldre aquest apartat, necessitem resoldre: \(P(X = 1)\), per tant, només necessitem el valor que pren \(X\) en el punto 1 de la funció de densitat:
dpois(c(1), 0.5) \(\rightarrow\) 0.3032653
b) La probabilitat de que en un minut al atzar, es rebin un màxim de dues trucades.
Necessitem resoldre: \(P(X = 2) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2)\), i per calcular-ho directament utilitzarem la funció de distribució acumulada:
ppois(c(2), 0.5) \(\rightarrow\) 0.9856123
ppois(c(2), lambda=0.5, lower.tail=TRUE) \(\rightarrow\) 0.9856123
c) La probabilitat de que en un minut al atzar, es rebin més de tres trucades per minut.
Necessitem resoldre: \(P(X > 3) = 1 - P(X = 3)\).
1 - ppois(c(3), 0.5) \(\rightarrow\) 0.001751623
Però realment, la funció "ppois()" disposa de l’argument "lower.tail" per a definir la cua de probabilitat:
ppois(c(3), 0.5, lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.001751623
ppois(c(3), lambda=0.5, lower.tail=FALSE) \(\rightarrow\) 0.001751623
d) Es rebin cinc trucades en dos minuts.
Si en un minut la mitjana és \(\lambda = 0.5\), en dos minuts, serà el doble, per tant:
dpois(c(5), 1) \(\rightarrow\) 0.003065662
e) El nombre de trucades per minut, mínimes que ha de rebre la centraleta perquè hi hagi una probabilitat del 98.5 %.
S’ha de calcular el valor de la variable aleatòria \(X\), donada la probabilitat 0.985:
qpois(0.985, 0.5) \(\rightarrow\) 2
Enunciat 15.2
El nombre de llavors de la Lleteresa berrugosa (Euphorbia flavicoma) que germinen per m2 segueix una distribució de Poisson de paràmetre 3.
- Quina és la probabilitat de que germinin més de 3 llavors en 1 m2?
- Quina és la probabilitat de que germinin més de 130 llavors en 50 m2?
- En una determinada zona, s’escullen 10 quadrícules independents, cadascuna de 1 m2. Quina és la probabilitat de que al menys en la meitat d’elles germinin més de 3 llavors?
Solució
a) Quina és la probabilitat de que germinin més de 3 llavors en 1 m2?
Segons l’enunciat, la variable aleatòria \(X\) que comptabilitza el nombre de llavors que germinen en un m2 segueix una distribució de Poisson amb paràmetre \(X \sim \mathcal{P}(3)\).
\(P(X > 3) = 1 - P(X \leq 3) = 0.3527681\)
ppois(3,3,lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.3527681
b) Quina és la probabilitat de que germinin més de 130 llavors en 50 m2?
La variable aleatòria \(Y\), que comptabilitza el nombre de llavors que germinen en 50 m2 segueix una distribució de Poisson amb paràmetre \(Y \sim \mathcal{P}(3 \cdot 50)\).
\(P(Y > 130) = 1 - P(Y \leq 130) = 0.9468172\)
ppois(130,150,lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.9468172
c) En una determinada zona, s’escullen 10 quadrícules independents, cadascuna de 1 m2. Quina és la probabilitat de que al menys en la meitat d’elles germinin més de 3 llavors?
La variable aleatòria \(U\), que comptabilitza el nombre de quadrícules de 1 m2, de entre les deu de l’enunciat, en les que germinen més de tres llavors, segueix una distribució binomial amb paràmetre \(U \sim \mathcal{B}(10, p)\).
Segons l’apartat a): \(p = P(X >3) = 1 - P(X \leq 3) = 0.3527681\). Per tant \(P(U > 4) = 0.2546085\)
pbinom(4,10,0.3527681,lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.2546085
Enunciat 15.3
La probabilitat de que una determinada màquina fabriqui una peça defectuosa és \(10^{-4}\). En un any es fabriquen \(2 \cdot 10^4\) peces. Quina és la probabilitat de que el nombre de peces defectuoses produïdes en un any sigui més de 3?
Solució
Es tracta d’una distribució binomial amb \(n = 2 \cdot 10^4\) i \(p = 10^{-4}\). Com \(n\) és molt gran i \(p\) molt petita, podem aproximar-la a una distribució de Poisson amb paràmetre \(\lambda = np = 2 \cdot 10^4 \cdot 10^{-4} = 2\).
\[P(X > 3) = 1 - P(X \leq 4) = 1 - e^{-\lambda} \left( 1 + \lambda + \frac{\lambda^2}{2!} + \frac{\lambda^3}{3!} \right)\]
\[P(X > 3) = 1 - e^{-2} \left( 1 + 2 + \frac{4}{2!} + \frac{8}{3!} \right) = 1 - \frac{19}{3} \cdot e^{-2} \approx 0.1428675\]
1 - sum(dbinom(0:3, 20000, 0.0001)) \(\rightarrow\) 0.1428675
1 - ppois(c(3), 2) \(\rightarrow\) 0.1428765
Enunciat 15.4
En un determinat centre de salut, el nombre de persones que atenen a urgències segueix una distribució de Poisson amb una mitjana de 85 persones en un dia. El servei del sistema col·lapsa amb més de 100 demandes. Es demana:
- Quin percentatge de dies col·lapsarà el servei?
- Quina és la probabilitat de que no hi hagi cap demanda entre les dues i les tres de la tarda?
Solució
a) Quin percentatge de dies col·lapsarà el servei?
Segons l’enunciat, la variable aleatòria \(X\) que comptabilitza el nombre de persones que arriben al servei d’urgències en un dia segueix una distribució \(X \sim \mathcal{P}(85)\). El servei col·lapsa amb \(X > 100\).
\(P(X > 100) = 1 - P(X \leq 100) = 0.04934533\)
1 - ppois(c(100), 85) \(\rightarrow\) 0.04934533
ppois(c(100), 85, lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.04934533
El servei col·lapsarà, aproximadament, un 5 % dels dies.
b) Quina és la probabilitat de que no hi hagi cap demanda entre les dues i les tres de la tarda?
Sigui \(Y\) la variable aleatòria que comptabilitza el nombre de persones ateses en el servei en una hora. Aleshores \(Y \sim \mathcal{P}(\frac{85}{24})\). Per tant, \[P(Y = 0) = e^{\frac{-85}{24}} = 0.02896501\]
dpois(c(0), 85/24) \(\rightarrow\) 0.02896501
Enunciat 15.5
Una companyia d’assegurances de vida amb 105 assegurats, troba que el 10-5 % de la població mor anualment per un determinat sinistre. Es demana:
- La probabilitat de que la companyia hagi de pagar més de 1 accidents d’aquest tipus en un any.
- El nombre d’accidents mitjà anual d’aquest tipus.
Solució
a) La probabilitat de que la companyia hagi de pagar més de 1 accidents d’aquest tipus en un any.
Es tracta d’una distribució binomial amb \(n = 10^5\) i \(p = 10^{-5}\). Com \(n\) és gran i \(p\) petita, es pot aproximar a una distribució de Poisson amb paràmetre \(λ = np = 1\).
\[P(X > 1) = 1 - P(X \leq 1) = 1 - e^{-1} \left( 1 + \frac{1^1}{1!} \right) = 0.2642411\]
1 - sum(dbinom(0:1, 100000, 0.00001)) \(\rightarrow\) 0.2642411
1 - ppois(c(1), 1) \(\rightarrow\) 0.2642411
b) El nombre d’accidents mitjà anual d’aquest tipus.
L’esperança és \(\lambda = 1\). Per tant hi haurà, de mitjana, 1 accident/any.
Enunciat 15.6
Les sortides d’una estació d’autobusos no tenen una planificació fixa però segueixen una distribució de Poisson de mitjana 18 sortides per hora. Calculis la probabilitat de que:
- En 15 minuts hi hagi 5 sortides.
- La següent sortida sigui abans d’un minut.
- Comptant 24 hores del dia, en, com a màxim, 5 de 60 dies elegits aleatòriament, hi hagi menys de 400 sortides.
Solució
a) En 15 minuts hi hagi 5 sortides.
Si, segons l’enunciat, la mitjana és de 18 sortides/hora, en un quart d’hora seran \(18/4 = 4.5\) sortides.
Sigui \(X\) la variable aleatòria que comptabilitza el nombre de sortides, amb \(X \sim \mathcal{P}(4.5)\). Aleshores
\[P(X = 5) = \frac{4.5^5}{5!} e^{-4.5} = 0.1708\]
dpois(c(5), 4.5) \(\rightarrow\) 0.1708269
b) La següent sortida sigui abans d’un minut.
Sigui \(Y\) la variable aleatòria que comptabilitza les sortides en un minut, amb \(Y \sim \mathcal{P}(18/60) \rightarrow Y \sim \mathcal{P}(0.3)\). Aleshores
\[P(Y \geq 1) = 1 - P(Y = 0) = 1 - e^{-0.3} = 0.2592\]
ppois(c(0), 0.3, lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.2591818
c) Comptant 24 hores del dia, en, com a màxim, 5 de 60 dies elegits aleatòriament, hi hagi menys de 400 sortides.
Sigui \(D\) la variable aleatòria que comptabilitza les sortides diàries. Aleshores \(D \sim \mathcal{P}(18 \cdot 24) \rightarrow D \sim \mathcal{P}(432)\).
\(P(D < 400) = P(D \leq 399) = 0.05753834\)
ppois(c(399), 432, lower.tail=T) \(\rightarrow\) 0.05753834
Si \(S\) és la variable aleatòria que recull el nombre de dies entre 60 en els que hi ha menys de 400 sortides, aleshores \(S \sim \mathcal{B}(60,p)\), amb \(p = 0.05753834\).
\(P(S \leq 5) = 0.8698824\)
pbinom(5,60,0.05753834) \(\rightarrow\) 0.8698824
Enunciat 15.7
Un determinat genotip té una freqüència d’un 1 %. Calculis la probabilitat de trobar exactament una persona amb aquest genotip en un grup de 300 persones.
Solució
Segons l'enunciat: \(n = 300; \quad p = 0.01; \quad \lambda = np = 300 \cdot 0.01 = 3\). El nombre esperat de persones amb aquest genotip és doncs igual a 3. Se’ns demana la probabilitat de trobar-ne només 1.
\[P(k = 1) = e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^k}{k!} = e^{-3} \cdot \frac{3^1}{1!} = 0.1493612051\]
La probabilitat de trobar exactament una persona amb aquest genotip en un grup de 300 persones és aproximadament del 15 %.
dpois(c(1), 3) \(\rightarrow\) 0.1493612
Enunciat 15.8
Un servidor web rep unes 300 visites a la hora i no pot establir més de 5 connexions per minut. Es demana:
- La probabilitat de que el servidor col·lapsi.
- La probabilitat de que el servidor rebi una única visita en un minut donat.
Solució
a) La probabilitat de que el servidor col·lapsi.
Es pot considerar que es tracta d’una distribució de Poisson (en un minut poden donar-se moltes visites però la probabilitat de que una persona en concret ho faci és molt petita).
Es desconeixen els paràmetres \(n\) i \(p\) i s’estima el valor de \(ºlambda\) a partir del nombre de visites per minut: \(\lambda = 300/60 = 5\).
\[P(x > 5) = 1 - P(x \leq 5) = 1 - e^{-5} \left( 1 + 5 + \frac{5^2}{2!} + \frac{5^3}{3!} + \frac{5^4}{4!} + \frac{5^5}{5!} \right) = 0.3840393\]
1 - ppois(c(5), 5) \(\rightarrow\) 0.3840393
b) La probabilitat de que el servidor rebi una única visita en un minut donat.
\[P(x = 1) = e^{-5} \cdot \frac{5}{1!} = 0.0337\]
dpois(c(1), 5) \(\rightarrow\) 0.03368973
Enunciat 15.9
En una persona adulta sana, el valor mitjà dels basòfils en una analítica de sang és de 110 basòfils/μL. Quina és la probabilitat de que una analítica de sang en una persona sana contingui menys de 80 basòfils/μL?
Solució
Es pot considerar que es tracta d’una distribució de Poisson (en un volum determinat de sang podrien haver, en principi, un nombre molt gran de basòfils i la probabilitat de que un basòfil en particular hi sigui és molt petita).
S’estima el valor de \(\lambda\) a partir del nombre mitjà de basòfils: \(\lambda = 110\).
\[P(x < 80) = \sum_{k=0}^{79} e^{-110} \cdot \frac{110^k}{k!}\]
ppois(c(80), 110) - dpois(c(80), 110) \(\rightarrow\) 0.001166801
ppois(79, 110) \(\rightarrow\) 0.001166801
Enunciat 15.10
Critiquis el següent raonament: si l’esperança de la distribució binomial és \(np\), com \(np\) tendeix a \(λ\), l’esperança de la distribució de Poisson és igual a \(λ\).
Solució
El raonament és incorrecte. S’hauria de demostrar prèviament que el límit de les esperances de les distribucions binomials és igual a l’esperança de la distribució límit. Per a obtenir l’esperança correctament s’ha d’aplicar la fórmula:
\[\mathbb{E}(X) = \sum_{k=0}^{\infty} k \cdot e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^k}{k!} = \lambda\]
És necessari demostrar aquest límit formalment en lloc d'assumir-lo directament.
Enunciat 15.11
En una població el nombre d’accidents setmanals de trànsit segueix una llei de Poisson de paràmetre \(\lambda = 1\). Es demana:
- La probabilitat de que en una setmana determinada hi hagi algun accident.
- La probabilitat de que hi hagin quatre accidents en dues setmanes.
- La probabilitat de que hi hagin dos accidents en una setmana i altres dos accidents a la setmana següent.
- És dilluns hi ha hagut un accident. Calculis la probabilitat de que en la mateixa setmana no hi hagi més de tres accidents.
Solució
a) La probabilitat de que en una setmana determinada hi hagi algun accident.
\(P(x > 0) = 1 - P(x = 0) = 1 - e^{-1} \approx 0.6321206\)
1 - dpois(c(0), 1) \(\rightarrow\) 0.6321206
b)La probabilitat de que hi hagin quatre accidents en dues setmanes.
Siguin les variables aleatòries
- \(X\) = { Els accidents en la primera setmana },
- \(Y\) = { Els accidents en la segona setmana }.
Amb \(X, Y\) independents.
Sigui la variable \(XY = X + Y\) = { El nombre d'accidents en les dues setmanes }, amb \(XY \sim \mathcal{P}(1 + 1)\).
\[P(XY = 4) = e^{-2} \frac{2^4}{4!} = 0.09022352\]
dpois(c(4), 2) \(\rightarrow\) 0.09022352
c) La probabilitat de que hi hagin dos accidents en una setmana i altres dos accidents a la setmana següent.
Siguin \(X\) i \(Y\) les variables independents de l’apartat anterior.
\[\begin{align*} &P(X = 2) \cap P(Y = 2) = P(X = 2) \cdot P(Y = 2) = e^{-1} \frac{1^2}{2!} \cdot e^{-1} \frac{1^2}{2!} = e^{-2} \frac{1}{4} \\ &P(X = 2) \cap P(Y = 2) = \mathbf{0.03383382} \end{align*}\]
dpois(c(2), 1)*dpois(c(2),1) \(\rightarrow\) 0.03383382
d) És dilluns hi ha hagut un accident. Calculis la probabilitat de que en la mateixa setmana no hi hagi més de dos accidents.
Es planteja la probabilitat condicionada: \[P(X \leq 2 / X \geq 1) = \frac{P(1 \leq X \leq 2)}{P(X \geq 1)} = \frac{e^{-1} \left( 2 + \frac{1^2}{2!} \right)}{1 - e^{-1}}\]
, amb \(P(1 \leq X \leq 2) = P(X = 1) + P(X = 2)\)
dpois(c(1), 1) + dpois(c(2), 1) \(\rightarrow\) 0.5518192
\(P(X \geq 1) = P(X > 1) + P(X = 1)\)
ppois(c(1), 1, lower.tail=F) + dpois(c(1), 1) \(\rightarrow\) 0.6321206
Per tant: \[ \frac{P(1 \leq X \leq 2)}{P(X \geq 1)} = \frac{0.5518192}{0.6321206} = 0.8729651\]
Enunciat 15.12
La freqüència d’accidents de tràfic en 10 cruïlles de Barcelona durant 40 anys, per cruïlla i any, és la següent:

Es pot afirmar que el nombre d’accidents de tràfic en les 10 cruïlles és a l’atzar ?
Solució
Segons l’enunciat, 10 cruïlles x 20 anys = 400 accidents, que suposen un nombre elevat, i indeterminat, de cotxes. La probabilitat de que un cotxe determinat tingui un accident és molt petita. Es pot doncs considerar que es seguirà una llei de Poisson, si els accidents es deuen a l’atzar. Es calcula \(\lambda\) a partir de la mitjana de valors:
\(\lambda = (0 \cdot 220 + 1 \cdot 132 + 2 \cdot 40 + 3 \cdot 8)/400 = (0 + 132 + 80 + 24)/400 = 0.59\)
Es calculen, amb R, les probabilitats de cada esdeveniment:
dpois(c(0,1,2,3,4), 0.59) \(\rightarrow\) 0.554327285 0.327053098 0.096480664 0.018974531 0.002798743
Es calculen les freqüències teòriques, multiplicant les probabilitats de cada succés per 200:

S’observa que, per la semblança entre les freqüències esperades i les freqüències teòriques, es pot suposar que el nombre d’accidents de trànsit és deu efectivament a l’atzar.
Ho verifiquem amb un test \(chi\)-quadrat:
Amb R:

Com \(p\)-value \(= 0.8505 > 0.05\) no es pot rebutjar la hipòtesi nul·la i acceptem que les freqüències observades són iguals a les freqüències esperades, els accidents són aleatoris.
Enunciat 15.13
El nombre de baixes laborals per malaltia que es produeixen en una empresa segueix una llei de Poisson tal que la probabilitat de hi hagi 5 baixes laborals és un 10 % més gran de la que n’hi hagi 3.
- Calculis el valor de \(\lambda\).
- Calculis el nombre màxim setmanal de baixes laborals, amb probabilitat del 90 %.
- Calculis la probabilitat de cap baixa laboral en 4 setmanes.
Solució
a) Calculis el valor de \(\lambda\).
\[P(X = 5) = 1.1 \cdot P(X = 3) \Rightarrow e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^5}{5!} = 1.1 \cdot e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^3}{3!} \Rightarrow \lambda = \sqrt{20} = 2 \sqrt{5}\]
b) Calculis el nombre màxim setmanal de baixes laborals, amb probabilitat del 90 %.
S’ha de trobar el valor de \(k\) per tal de que \(P(X \leq k) = 0.9\).
qpois(0.9, sqrt(20)) \(\rightarrow\) 7
c) Calculis la probabilitat de cap baixa laboral en 4 setmanes.
Es té \(\lambda = 4 \cdot 2\sqrt{5} = 8 \sqrt{5}\), el nombre de baixes laborals en quatre setmanes és la suma de quatre variables de Poisson independents, amb \(\lambda =2 \sqrt{5}\).
Per tant: \(P(X = 0) = e^{-8\sqrt{5})} = 1.70256667956644E-08\), una probabilitat molt baixa.
dpois(c(0), 17.88854382) \(\rightarrow\) 1.702567e-08
Enunciat 15.14
Sigui \(X\) una variable aleatòria que segueix una llei de Poisson d’esperança igual a \(\lambda\). Es defineix una nova variable aleatòria \(Y\) com:
- \(Y = x/3\), si \(x\) és un nombre parell diferent de zero.
- \(Y=0\), si \(x\) és un nombre senar.
Trobis la funció de densitat de probabilitat de \(Y\).
Solució
El paràmetre de la variable aleatòria \(X\) serà \(\lambda\), perquè coincideix amb l’esperança. \[P(X = k) = e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^k}{k!}\]
- Si \(X\) és parell, es té que \(Y = x/3\). \[\begin{align*} P(Y = 1) &= P\left(\frac{X}{3} = 1\right) = P(X = 3) = e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^3}{3!} \\ P(Y = 2) &= P\left(\frac{X}{3} = 2\right) = P(X = 6) = e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^6}{6!} \\ &\vdots \end{align*}\]
- Per tant \[P(Y = k) = f_Y(k) = e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^{3k}}{(3k)!}\], amb \(k =1, 2, \cdots\)
- Si \(X\) és senar —f(0)— \(Y = 0\) si \(X = 1, 3, 5, \cdots\). Els esdeveniments \(X = 1, X = 3, X =, \cdots\) són mútuament excloents, per tant \[P(X = 0) = P(X = 1) + P(X = 3) + \cdots + P(X = 2k-1) + \cdots\]
- El que implica que \[f(0) = P(X = 0) = e^{-\lambda} \sum_{k=1}^{\infty} \frac{\lambda^{2k - 1}}{(2k - 1)!}\]
Enunciat 15.15
A Barcelona, l’any 2020, amb una població de 1664182 habitants, hi va haver una mitjana de 32 accidents de trànsit diaris. Calculis la probabilitat de que hi hagi 20 accidents en un dia determinat.
Solució
Es tracta d’una distribució binomial amb \(n = 1664182\) i \(p =32/1664182\). Com \(n\) és molt gran i \(p\) molt petita, es pot aproximar la distribució a una distribució de Poisson amb paràmetre \(\lambda = np = 32\).
\[\begin{align*} P(X = k) &= e^{-\lambda} \cdot \frac{\lambda^k}{k!} \\ P(X = 20) &= e^{-32} \cdot \frac{32^{20}}{20!} = 0.0065985983565001 \end{align*}\]
dbinom(20, 1664182,(32/1664182)) \(\rightarrow\) 0.00659835
dpois(c(20), 32) \(\rightarrow\) 0.006598596
Enunciat 15.16
En un informe de gener de 2021 es detalla que la probabilitat de patir una reacció al·lèrgica greu per una vacuna contra la covid-19 és del 0,0025 %. Calculis la probabilitat de que en una mostra de 100000 individus:
- Exactament 2 individus pateixin una reacció al·lèrgica.
- Més de 2 individus pateixin una reacció al·lèrgica.
Solució
a) Exactament 2 individus pateixin una reacció al·lèrgica.
Es tracta d’una distribució binomial amb \(n = 100000\) i \(p = 0.000025\). Com \(n\) és molt gran i \(p\) molt petita, es pot aproximar a una distribució de Poisson de paràmetre \(\lambda = np = 2.5\).
dbinom(2,100000,0.000025) \(\rightarrow\) 0.2565179
dpois(c(2), 2.5) \(\rightarrow\) 0.2565156
b) Més de 2 individus pateixin una reacció al·lèrgica.
S’ha de calcular \(P(X > 2) = 1- P(X = 0) - P(X = 1) - P(X = 2)\)
1 - sum(dbinom(0:2, 100000,0.000025)) \(\rightarrow\) 0.4561885
pbinom(c(2), 100000, 0.000025,lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.4561885
ppois(c(2), 2.5, lower.tail=F) \(\rightarrow\) 0.4561869
Enunciat 15.17
S’ha observat que el nombre d’errors per pàgina, en un determinat material imprès és

Suposant que es segueix una llei de Poisson, calculis la probabilitat de que en una pàgina hi hagi algun error.
Solució
S’estima el paràmetre \(\lambda\) de la distribució de Poisson a partir de l’estimador màxim versemblant, la mitjana mostral \[\tilde{\lambda} = \frac{(0 \cdot 40) + (1 \cdot 30) + \cdots + (5 \cdot 1) + (6 \cdot 0)}{40 + 30 + \cdots + 1 + 0} = \frac{94}{95} \approx 0.9894737\]
Amb R:

Aleshores, la probabilitat teòrica de que hi hagi algun error és \[1 - P(X = 0) = 1 - e^{-0.9894737} = 0.6282277\]
1 - exp(-0.9894737) \(\rightarrow\) 0.6282277
Enunciat 15.18
Una determinada màquina produeix, de mitjana, 90 peces defectuoses cada 30 dies. Es demana:
- La probabilitat de produir 5 peces defectuoses en un dia.
- El nombre màxim de peces defectuoses en un dia, amb una certesa aproximada del 90 %.
Solució
a) La probabilitat de produir 5 peces defectuoses en un dia.
Es considera cada dia independent de l’altre, de manera que la màquina produeix, de mitjana, 3 peces defectuoses al dia. En aquest temps la màquina ha fabricat \(n\) peces i, per tant, la probabilitat \(p\) de fabricar una peça defectuosa és igual a \(3/n\).
Suposant una distribució de Poisson, es té \(\lambda = np = n \cdot (3/n) = 3\)
dpois(c(5), 3) \(\rightarrow\) 0.1008188
b) El nombre màxim de peces defectuoses/dia, amb una certesa aproximada del 90 %.
ppois(c(0,1,2,3,4,5,6,7), 3) \(\rightarrow\) 0.0498 0.1991 0.4232 0.6472 0.8153 0.9161 0.9665 0.9881
S’observa que per \(k = 5\) el valor s’aproxima molt a 0.9.
qpois(0.9, 3) \(\rightarrow\) 5
Enunciat 15.19
En dues hores, el nombre de trucades per minut d’una centraleta telefònica va ser:

Esbrinis si la variable aleatòria “nombre de trucades per minut” s’ajusta a una distribució de Poisson. (amb \(\alpha = 0.05\))
Solució
Amb R:

Com \(p\)-value \(= 0.1198916 > 0.05\) s’accepta que el nombre de trucades per minut segueix una distribució de Poisson.
Enunciat 15.20
Al acabar la segona guerra mundial és va voler donar raons científiques per a decidir si el bombardeig de Londres amb les bombes V2 buscava o no objectius militars estratègics concrets. Per fer-ho, es va quadricular Londres en 576 caselles i es varen comptar el nombre de projectils caiguts a cada casella:
Tenint en compte que es varen comptabilitzar 534 projectils V2, determinis si el bombardeig buscava o no objectius militars estratègics.
Solució
El nombre de bombes és elevat i la probabilitat de que una bomba en concret caigui sobre una casella en concret és molt petita, es pot suposar per tant una distribució de Poisson.
Es calcula P(X), amb \(X = \{ 0, 1, 2, 3, 4 \}\), la probabilitat teòrica de \(0, 1, 2, 3, 4\) projectils per casella: \[P(X = x) = \frac{\mu^x \cdot e^{-\mu}}{x!}\]
Aleshores, les freqüències teòriques s’obtindran multiplicant respectivament aquestes probabilitats pel nombre de caselles (576).
Posteriorment es calcula la \(chi^2\) per tal de valorar si les freqüències obtingudes s’ajusten o no a les freqüències esperades \[\chi^2 = \sum \frac{(\text{freqüència obtinguda} - \text{freqüència esperada})^2}{\text{freqüència esperada}}\]
Amb R:

Com \(p\)-value \(= 0.890112700849 > 0.05\), s’accepta que el bombardeig s’ajusta a una distribució de Poisson, o sigui que no buscava objectius concrets, amb una probabilitat d’equivocar-nos d’un 1 %.
qchisq(0.99,4) \(\rightarrow\) 13.2767
S'observa que \(X\)-squared \(\approx 1.12608 < 13.2767\)
Enunciat 15.21
Una determinada extensió de terreny s’ha dividit en 100 petites parcel·les d’un metre quadrat cadascuna. S’ha comptat el nombre de llavors d’una determinada espècie de planta, germinades espontàniament, amb els següents resultats:

Pot admetre’s, amb \(\alpha = 0.05\), que el nombre de llavors/m2 s’ajusta a una distribució de Poisson ?
Solució
El nombre de llavors és elevat i la probabilitat de que una llavor en concret germini en una parcel·la en concret és molt petita, es pot suposar per tant una distribució de Poisson.
Es calcula \(P(X)\), amb \(X = \{ 0, 1, 2, 3, 4,5 \}\), la probabilitat teòrica de 0, 1, 2, 3, 4, 5 llavors germinades/m2: \[P(X = x) = \frac{\mu^x \cdot e^{-\mu}}{x!}\]
Aleshores, les freqüències teòriques s’obtenen multiplicant respectivament aquestes probabilitats pel nombre de parcel·les (100).
Posteriorment es calcula la χ^2 per tal de valorar si les freqüències obtingudes s’ajusten o no a les freqüències esperades: \[\chi^2 = \sum \frac{(\text{freqüència obtinguda} - \text{freqüència esperada})^2}{\text{freqüència esperada}}\]
Amb R:

Com \(p\)-value \(= 0.7094 > 0.05\), s’accepta que el nombre de llavors s’ajusta a una distribució de Poisson.
Enunciat 15.22
Sigui \(X\) la variable aleatòria —amb distribució de Poisson— que recull el nombre de visites diàries d’una pàgina web. Amb un nombre mitjà de visites diàries \(\bar x = 100\). Calculis —per aproximació a la distribució normal— els casos següents:
- La probabilitat de més de 110 visites en un dia.
- La probabilitat de menys de 95 visites en un dia.
- El nombre de visites diàries tal que la seva probabilitat excedeixi el valor sigui 0.01.
Solució
Segons l’enunciat, \(\lambda = 100\) —el valor de la mitjana de visites diàries—. Es demana l’aproximació a una distribució \(X \sim \mathcal{N}(\lambda, \sqrt{\lambda})\).
Es tipifica \(X\): \[z= \frac{x - \lambda}{sqrt{\lambda}} = \frac{x - 100}{\sqrt{100}} = \frac{x - 100}{10}\]
a) La probabilitat de més de 110 visites en un dia.
Es calcula \(P(X > 110)\) amb \(X \sim \mathcal{P}(100)\).
Sigui \[z = {110 - 100}{10} = 1\], amb \(Z \sim \mathcal{N}(0,1)\). Aleshores \(P(Z > 1) = 1 - P(Z < 1) = 0.1586553\)
1 - pnorm(1,0,1) \(\rightarrow\) 0.1586553
A \(X \sim \mathcal{P}(100)\) s’observa que l’aproximació és prou acurada: \(P(X > 110) = 1 - P(X < 110) = 1 - P(X \leq 109) = 0.1705599\)
1 - ppois(109,100,lower.tail=T) \(\rightarrow\) 0.1705599
La probabilitat de més de 110 visites en un dia és aproximadament del 17.06 %.
b) La probabilitat de menys de 95 visites en un dia.
Es calcula \(P(X < 95)\) amb \(X \sim \mathcal{P}(100)\).
Sigui \[z= \frac{95-100}{10} = -0.5\], amb \(Z \sim \mathcal{N}(0,1)\). Aleshores \(P(Z < -0.5) = 1 - P(Z < 0.5) = 0.3085375\)
1-pnorm(0.5,0,1) \(\rightarrow\) 0.3085375
A \(X \sim \mathcal{P}(100)\) s’observa que l’aproximació és prou acurada: \(P(X < 95) = P(X \leq 94) = 0.2951793\)
ppois(94,100,lower.tail=T) \(\rightarrow\) 0.2951793
La probabilitat de menys de 95 visites en un dia és aproximadament del 29.52 %.
c) El nombre de visites diàries tal que la probabilitat d’excedir-ne el valor sigui 0.01.
Es calcula \(P(X > x) = 0.01\) —equivalent a \(P(X < x) = 0.99\)— amb \(X \sim \mathcal{P}(20000)\).
Sigui \[z = \frac{x - 100}{10} \rightarrow x = 10z + 100\], amb \(Z \sim \mathcal{N}(0,1)\).
Es calcula \(z\): \(P(Z < z) = 0.99 \implies z = 2.326348\)
qnorm(0.99,0,1,lower.tail=TRUE) \(\rightarrow\) 2.326348
qnorm(0.01,0,1,lower.tail=FALSE) \(\rightarrow\) 2.326348
Es verifica, per tant, que \(1 - pnorm(2.326348,0,1) = 0.009999997 \approx 0.01\)
I, aleshores, \(x = (10 \cdot 2.326348) + 100 \approx 123\). El nombre de visites diàries tal que la probabilitat d’excedir-ne el valor sigui 0.01 és 123.
Jordi Coll Vera - 2022