Statistika 1 FEUG DISTRIBUSI PROBABILITAS VARIABEL ACAK YANG DIKENAL (KNOWN RANDOM VARIABLE PROBABILITY DISTRIBUTION) Distribusi probabilitas variabel acak diskrit yang dikenal diantaranya : 1. Distribusi Binomial 2. Distribusi Poisson 3. Distribusi Geometrik 4. Distribusi Hipergeometrik 5. Distribusi Binom Negatif Distribusi probabilitas variabel acak kontinu yang dikenal diantaranya : 1. Distribusi Normal 2. Distribusi t-Student 3. Distribusi F 4. Distribusi χ2 5. Distribusi Eksponensial 6. Distribusi Gamma 7. Distribusi Beta DISTRIBUSI BINOMIAL Distribusi binomial adalah distribusi probabilitas variabel acak diskrit yang diturunkan berdasarkan eksperimen Bernoulli. Suatu eksperimen disebut eksperimen Bernoulli, jika memenuhi kriteria sebagai berikut : 1. Eksperimen tersebut dapat diulangi sebanyak n kali 2. Setiap eksperimen hanya menghasilkan dua peristiwa, yaitu sukses (S) dan gagal (G). 3. P(S) = p dan P(G) = 1 – p = q dimana nilai p dan q bersifat tetap untuk setiap eksperimen. 4. Setiap eksperimen bebas satu sama lainnya Misalkan suatu eksperimen terdiri dari n eksperimen Bernoulli dengan probabilitas sukses p dan probabilitas gagal q = 1 – p, dan misalkan X adalah variabel acak yang menyatakan jumlah sukses dari n eksperimen tersebut, maka distribusi probabilitas untuk X dituliskan sebagai X b(n,p) dengan fungsi probabilitasnya adalah : n x n x b(x|n,p) = P(X = x) = x p (1 p) untuk x = 0, 1, 2, 3, ... , n n n b ( x n , p ) p x (1 p)n x 1 x 0 x x 0 n Rata-rata (mean) dari variabel acak X yang berdistribusi binomial : μX = E(X) = np Varians dan Standar deviasi dari variabel acak X yang berdistribusi binomial : ©Rina Sugiarti Page 1 Statistika 1 FEUG Var(X) = 2X npq Std(X) = X Var( X) npq ====================================================================== Bila sekeping uang (koin) yang memiliki muka bergambar angka (A) dan muka bergambar hurup (H) ditoss sebanyak 10 kali. Tentukanlah probabilitas peristiwa muncul muka bergambar angka (A) : (a) 6 kali (b) Paling banyak 3 kali (c) Paling sedikit 2 kali (d) Hitung rata-rata jumlah muka A yang muncul dan standar deviasinya Jawab : Misalkan X adalah variabel acak yang menunjukkan jumlah muka A yang muncul n = 10 p = 0.5 q = 0.5 (a) P(X = 6) = ? 10 0.560.510 4 0.2051 6 P(X = 6) = Lihat Tabel III untuk n = 10, p = 0.5, dan x = 6 P(X = 6) = 0.2051 (b) P(X 3) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2) + P(X = 3) = 0.0010 + 0.0098 + 0.0439 + 0.1172 = 0.1719 (c) P(X 2) = P(X = 2) + P(X = 3) + . . . + P(X = 10) Menggunakan Tabel III : P(X 2) = 1 – P(X = 0) – P(X = 1) = 1 – 0.0010 – 0.0098 = 0.9892 Menggunakan Tabel IV : P(X 2) = 10 10 10 b( x 10;0.5) 0.5 x 0.510 x 0.989 x 2 x 2 x (d) Rata-rata jumlah muka A yang muncul : x = 10(0.5) = 5 Standar deviasi X : x = 10(0.5)(0.5) 1.58 ====================================================================== Sepuluh dadu yang homogin ditoss sekaligus, berapakah probabilitas muncul muka bertitik 6 sebanyak 3 buah dadu. Jawab : Misalkan X adalah variabel acak yang menunjukkan jumlah dadu dengan muka yang muncul bertitik 6 n = 10 p = 1/6 q = 5/6 10 3 P( X 3) 1 / 6 (5 / 6)7 0.155 3 ====================================================================== ©Rina Sugiarti Page 2 Statistika 1 FEUG Diketahui dari seluruh barang yang diproduksi terdapat 10% barang yang rusak (cacat). Dari barang yang diproduksi tersebut diambil sampel acak berukuran 25 unit barang, tentukan probabilitasnya bahwa dalam sampel tersebut akan terdapat barang rusak : (a) Sebanyak 5 unit (b) Paling banyak 5 unit (c) Paling sedikit 7 unit (d) Antara 1 dan 7 unit (e) Hitunglah rata-rata jumlah barang rusak dan standar deviasinya Jawab : Misalkan X adalah variabel acak yang menunjukkan jumlah barang rusak n = 25 p = 0.1 q = 0.9 25 20 (a) P( X 5) 5 0.1 (0.9) 0.065 5 (b) P(X 5) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2) + P(X = 3) + P(X = 4) + P(X = 5) = 0.072 + 0.199 + 0.266 + 0.226 + 0.138 + 0.065 = 0.966 Menggunakan Tabel IV : P(X 5) = 1 10 25 25 b( x 10;0.5) 1 0.1x0.925 x 1 0.033 0.967 x 2 x 6 x (c) P(X 7) = P(X = 7) + P(X = 8) + . . . + P(X = 25) 25 x 0.1 0.925 x 0.009 x x 7 25 = (d) P(1 X 7) = P(2 X 6) = P(X = 2) + P(X = 3) + P(X = 4) + P(X = 5) + P(X = 6) = 0.266 + 0.226 + 0.138 + 0.065 + 0.024 = 0.719 (e) Rata-rata jumlah barang rusak : x = 25(0.1) = 2.5 Standar deviasinya : x = 25(0.1)(0.9) 1.5 ====================================================================== DISTRIBUSI POISSON Jika variabel acak X b(n,p) dengan n yang besar sekali (n 50) dengan p kecil sekali (p 0.01), maka np , dimana adalah bilangan positif. Sehingga X dalam hal ini akan berdistribusi Poisson X p() atau p(xn,p). Hasil pengamatan terhadap peristiwa yang jarang terjadi akan berditribusi Poisson. Peristiwa yang jarang terjadi tersebut ditunjukkan oleh probabilitasnya yang sangat kecil. Sehingga untuk ruang pengamatan yang kecil (n kecil), maka peristiwa tersebut sangat kecil kemungkinannya untuk teramati. Peristiwa tersebut akan teramati jika ruang pengamatannya diperbesar (n diperbesar). Misalkan, kita akan mengamati jumlah orang ©Rina Sugiarti Page 3 Statistika 1 FEUG yang terkena kanker. Diketahui bahwa insidensi seseorang terkena penyakit kanker adalah sangat kecil, misalnya satu per sepuluh ribu orang (p = 0.0001). Sehingga jika pengamatan dilakukan terhadap semua orang yang ada di lingkungan anda (fakultas) yang berjumlah 3 ribu orang, maka kemungkinan anda menemukan jumlah orang yang terkena kanker secara rata-rata sebanyak = 0.0001 x 3000 = 0.3 orang. Jika ruang pengamatan diperbesar, pengamatan dilakukan terhadap semua orang di lingkungan anda (universitas) yang berjumlah 25 ribu orang, maka kemungkinan anda menemukan jumlah orang yang terkena kanker secara rata-rata sebanyak = 0.0001 x 25000 = 2.3 orang. Demikian pula jika ruang pengamatan diperbesar lagi, misalnya semua orang di lingkungan anda (provinsi) yang berjumlah 5 juta orang, maka kemungkinan anda menemukan jumlah orang yang terkenan kanker secara rata-rata sebanyak = 0.0001 x 5000000 = 500 orang Fungsi probabilitasnya adalah : x e P(X = x) = ; x! x = 0, 1, 2, 3, . . . x e P( X x ) 1 x! x 0 x 0 Rata-rata dari variabel acak X : μX = E(X) = np = Standar deviasinya : x = Dalam kehidupan sehari-hari, peristiwa yang mengikuti distribusi poisson adalah peristiwa-peristiwa yang jarang terjadi atau teramati dalam ruang pengamatan yang relatif sedikit, misalnya observasi mengenai jumlah orang yang terkena penyakit kanker, observasi mengenai jumlah pesawat yang bertabrakan di udara, terjadinya krisis moneter, terjadinya hyperinflation, dsb. ====================================================================== Seorang pengusaha fotocopy menjamin bahwa dalam setiap 1000 lembar hasil fotocopy nya akan ada rata-rata 16 lembar yang rusak. Kalau saudara memintanya untuk memfotocopy 30 lembar, maka berapakah probabilitasnya saudara mendapatkan : (a) Tidak ada yang rusak (b) Lebih dari 5 lembar yang rusak (c) Kurang dari 4 lembar yang rusak Jawab : Misalkan X adalah variabel acak yang menunjukkan jumlah lembar fotocopy yang rusak = 16 n = 30 p = 16/1000 = 0.016 X p(16) P(X = x) = 16 x e 16 x! 160 e 16 e 16 1.125 x10 7 0.000000125 (a) P(X = 0) = 0! (b) P(X 5) = P(X = 6) + P(X = 7) + P(X = 8) + P(X = 9) + . . . . . = 1 – P(X=0) – P(X = 1) – P(X = 2) – P(X = 3) – P(X = 4) – P(X = 5) P(X = 0) = 1.125351747 x 10-7 ©Rina Sugiarti Page 4 Statistika 1 FEUG 161e 16 16e 16 1.800562796x10 6 P(X = 1) = 1! P(X = 2) = 162 e16 1.440450236x105 2! P(X = 3) = 16 3 e 16 7.682401261x10 5 3! P(X = 4) = 16 4 e 16 3.072960504 x10 4 4! P(X = 5) = 16 5 e 16 9.833473613 x10 4 5! P(X 5) = 1 – 0.00138 = 0.99862 (c) P(X 4) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2) + P(X = 3) = 9.314161294 x 10-5 = 0.000093 ====================================================================== Probabilitas seorang mahasiswa yang berumur 18 tahun akan hidup sampai umur 19 tahun adalah 0.988. Bila X adalah variabel acak yang menunjukkan jumlah mahasiswa tersebut yang meninggal dunia, maka tentukanlah probabilitas bahwa dari 50 mahasiswa berumur 18 tahun yang terpilih secara acak akan meninggal dunia pada umur 19 tahun : (a) Tidak ada (b) Paling banyak 4 orang (c) Paling sedikit 3 orang Jawab : Probabilitas meninggal dunia p = 1 – 0.988 = 0.012 n = 50 = np = 50(0.012) = 0.6 (a) P(X = 0) = 0.60 e0.6 0.548811636 P( X 0) 0.55 0! (b) P(X 4) = P(X = 0) + P(X = 1) + P(X = 2) + P(X = 3) + P(X = 4) P(X = 1) = 0.61e0.6 0.329286981 1! P(X = 2) = 0.62 e0.6 0.098786094 2! P(X = 3) = 0.63 e0.6 0.019757218 3! P(X = 4) = 0.64 e0.6 0.002963583 4! P(X 4) = 0.999605511 (c) P(X 3) = P(X = 3) + P(X = 4) + P(X = 5) + . . . . . . = 1 – P(X=0) – P(X = 1) – P(X = 2) = 1 – 0.976884711 = 0.023115289 P(X 3) = 0.023 ====================================================================== ©Rina Sugiarti Page 5 Statistika 1 FEUG DISTRIBUSI NORMAL Distribusi Normal yang juga disebut sebagai Distribusi Gauss merupakan distribusi probabilitas variabel acak kontinu yang paling penting dan banyak dijumpai dalam masalah sosial maupun eksakta (natural). Bila X adalah variabel acak yang berdistribusi Normal dengan rata-rata dan varians 2 yang dituliskan sebagai X N(;2), maka fungsi probabilitas untuk X dirumuskan sebagai : f (x) 1 2 e 1 x 2 2 - x dan 0 ; Probability Density Function untuk X tersebut ditulis sebagai : P( – x ) = 1 2 e 1 x 2 2 dx 1 Untuk menghitung nilai probabilitas variabel acak X yang berdistribusi Normal dengan menggunakan perumusan di atas adalah sangat sulit, karena memerlukan pengetahuan kalkulus lanjut (advance calculus) serta kurang praktis untuk diterapkan dalam analisa data pada umumnya. Misalnya X N(80;25), hitunglah P(72 X 92), dengan rumus di atas menjadi : P( 72 X 92) = 92 72 5 1 2 e 1 x 80 2 5 2 dx , penyelesaian integral ini tidaklah mudah Agar penggunaannya mudah dan cepat, maka dilakukan transformasi dengan menggunakan variabel acak transformasi Z sebagai berikut : Z X Z disebut juga sebagai angka baku yang juga berdistribusi Normal dengan rata-rata 0 dan varians 1 yang dituliskan sebagai Z N(0;1). Distribusi variabel acak Z disebut distribusi Normal Baku (Normal Standard Distribution) dengan fungsi probabilitasnya dirumuskan sebagai berikut : f ( z) 1 2 1 z2 2 e ; - z Untuk keperluan praktis, nilai-nilai probabilitas variabel acak Z yang dihitung dengan rumus tersebut dapat dilihat dalam tabel normal baku. Sehingga untuk mengetahui nilai P(72 X 92), sekarang diubah dulu menjadi : Z1 72 80 92 80 1.6 dan Z2 1.6 P( 1.6 Z 1.6) 5 5 ©Rina Sugiarti Page 6 Statistika 1 FEUG P( 1.6 Z 1.6) = 1.6 1.6 1 2 e 1 2 z2 dz menyelesaikan integral ini juga masih sulit, untuk itu bisa dilihat dengan mudah jawabannya jika menggunakan Tabel Normal baku. Dalam hal ini, untuk P( 1.6 Z 1.6) = 0.4452 + 0.4452 = 0.8904 1.6 0 1.6 Kurva dari fungsi probabilitas X yang berdistribusi Normal berbentuk lonceng (bell shape) yang tertelungkup seperti berikut : 3 =0 +3 Ciri-ciri dari kurva Normal : Simetris terhadap sumbu vertikal, untuk Z N(0;1) maka P( Z ) = 1 sehingga P(( Z 0) = 0.5 dan P(0 Z ) = 0.5 P( 3 Z 3) 1.0 Kurva Normal tidak pernah menyentuh sumbu horizontal. Sumbu horizontal merupakan asimptot dari kurva Normal. Dalam hal ini, kurva Normal akan mendekati asimptot pada saat X = + 3 ke kanan dan X = 3 ke kiri PENGGUNAAN TABEL NORMAL BAKU 1. Hitunglah nilai probabilitas dari : (a) P(0 Z 1.72) (b) P(1.5 Z 2.85) (c) P(1.65 Z 1.65) (d) P(1.75 Z 0.45) Jawab : Lihat Tabel Normal Baku dan perhatikan gambar kurvanya (a) P(0 Z 1.72) = 0.4573 0 ©Rina Sugiarti 1.72 Page 7 Statistika 1 FEUG (b) P(1.5 Z 2.85) = P(0 Z 2.85) P(0 Z 1.5) = 0.4978 0.04332 = 0.0646 0 1.5 2.85 (c) P(1.65 Z 1.65) = P( 1.65 Z 0) + P(0 Z 1.65) = 0.4505 + 0.04505 = 0.901 1.65 0 1.65 (d) P(1.75 Z 0.45) = P( 1.75 Z 0) P( 0.45 Z 0) = 0.4599 0.1736 = 0.2863 1.75 0.45 0 2. Tentukanlah nilai z* bila diketahui nilai probabilitasnya sebagai berikut : (a) P(Z z*) = 0.5713 (b) P(Z z*) = 0.4809 (c) P( z* Z z*) = 0.85 (d) P(Z z*) = 0.2115 (e) P(Z z*) = 0.7528 Jawab : (a) P(Z z*) = P(Z 0) + P(0 Z z*) = 0.5713 = 0.5 + P(0 Z z*) = 0.5713 P(0 Z z*) = 0.0713 z* = 0.18 0 z* = 0.18 ©Rina Sugiarti Page 8 Statistika 1 FEUG (b) P(Z z*) = P(Z 0) P(0 Z z*) = 0.4809 = 0.5 P(0 Z z*) = 0.4809 = P(0 Z z*) = 0.0191 z* = 0.05 z* = 0.05 0 (c) P( z* Z z*) = P( z* Z 0) + P(0 Z z*) = 0.85 = P(0 Z z*) = 0.4250 z* = 1.44 Z* = 1.44 0 z* = 1.44 (d) P(Z z*) = P(Z 0) P(0 Z z*) = 0.2115 = 0.5 P(0 Z z*) = 0.2115 = P(0 Z z*) = 0.2885 z* = 0.8 0 z* = 0.8 (e) P(Z z*) = P( z* Z 0) + P(Z 0) = 0.7528 = P( z* Z 0) + 0.5 = 0.7528 = P( z* Z 0) = 0.2528 z* = 0.68 z* = 0.68 0 3. Nilai rata-rata dari 750 calon mahasiswa dalam ujian saringan masuk FE Universitas “ABC” untuk mata pelajaran matematika adalah 55 dengan standar deviasinya 20. Bila nilai tersebut diasumsikan berdistribusi Normal, maka tentukan probabilitasnya ©Rina Sugiarti Page 9 Statistika 1 FEUG bahwa seorang calon mahasiswa yang dipilih secara acak akan mendapat nilai matematika : (a) Antara 36 dan 65 (b) Paling sedikit 60 (c) Paling besar 45 (d) Jika yang diterima adalah 20% dari calon mahasiswa yang nilainya tertinggi, maka tentukan nilai minimum untuk dapat diterima. Jawab : Misalkan X adalah variabel acak yang menunjukkan nilai matematika, X N(55;400) (a) P(36 X 65) = ? Z1 36 55 65 55 0.95 dan Z2 0.5 P( 0.95 Z 0.5) = ? 20 20 P( 0.95 Z 0.5) = P( 0.95 Z 0) + P(0 Z 0.5) = 0.3289 + 0.1915 = 0.5204 0.95 0 0.5 (b) P(X 60) = 0.4013 Z 60 55 0.25 P(Z 0.25) = ? 20 P(Z 0.25) = 0.5 P(0 Z 0.25) = 0.5 0.0987 = 0.4013 0 0.25 (c) P(X 45) = 0.3085 Z 45 55 0.5 P(Z 0.5) = ? 20 P(Z 0.25) = 0.5 P( 0.5 Z 0) = 0.5 0.1915 = 0.3085 0.5 0 ©Rina Sugiarti Page 10 Statistika 1 FEUG (d) P(X = Xmin) = 0.2 Xmin = ? Z* Xmin 55 X 55 0.84 min Xmin 16.8 55 71.8 20 20 P(Z z*) = 0.2 P( 0 Z z*) = 0.3 z* = 0.84 Xmin = 71.8 55 Xmin = ? 0 z*= ? (e) Tentukan nilai maksimum dari 20% calon yang nilainya terendah 4. Berdasarkan soal Nomor 3, tentukan jumlah calon mahasiswa yang nilainya : (a) Antara 36 dan 65 (b) Paling sedikit 60 (c) Paling besar 45 Jawab : (a) E(36 X 65) = N x P(36 X 65) = 750 x 0.5204 = 390.3 390 orang (b) E(X 60) = N x P(X 60) = 750 x 0.4013 = 300.975 301 orang (c) E(X 45) = N x P(X 45) = 750 x 0.3085 = 231.375 231 orang 5. Jika diketahui tinggi badan calon taruna TNI berdistribusi Normal dengan rata-rata 167 cm dan standar deviasi 15 cm. Hitunglah ada berapa persen dari mereka yang tingginya : (a) Paling rendah 165 cm (b) Antara 165 s/d 175 cm (c) Paling tinggi 167 cm Dari 10 ribu bayi yang baru lahir diketahui rata-rata beratnya 3750 gram dengan standar deviasi 325 gram. Jika diasumsikan berat bayi tersebut berdistribusi Normal, hitunglah : 1. Berapa persen bayi yang beratnya lebih dari 4500 gram 2. Berapa jumlah bayi yang beratnya antara 3500 gram s/d 4500 gram. 3. Berapa jumlah bayi yang beratnya kurang dari 4000 gram ©Rina Sugiarti Page 11 Statistika 1 FEUG PENDEKATAN DISTRIBUSI BINOMIAL KE DISTRIBUSI NORMAL Misalkan probabilitas peristiwa A adalah P(A) = p dan X adalah variabel acak diskrit yang menunjukkan jumlah peristiwa A yang muncul. Bila diambil sampel acak berukuran n, maka X akan berdistribusi binomial : X b(n;p) Bila p besar (p 0.1) dan n besar (n 25), maka distribusi probabilitas variabel acak X akan mendekati distribusi Normal dengan rata-rata x = E(X) = np dan standar deviasi x = Z np(1 p) . Sehingga angka baku Z dirumuskan sebagai : X np np (1 p) Z N(0;1) Karena nilai variabel acak X adalah diskrit dan berdistribusi binomial, kemudian diubah menjadi variabel acak kontinu yang berdistribusi Normal, maka nilai-nilai X tersebut perlu mendapat penyesuaian dengan cara ditambah atau dikurangi 0.5. ====================================================================== Bila sekeping uang yang bergambar angka (A) dan bergambar hurup (H) ditoss sebanyak 10 kali. Hitunglah probabilitas muncul muka A antara 3 s/d 6 dengan menggunakan : (a) Distribusi binomial (b) Pendekatan distribusi binomial ke distribusi Normal Jawab : (a) P(3 X 6) = P(4 X 6) = P(X = 4) + P(X = 5) + P(X = 6) = 0.2051 + 0.2461 + 0.2051 = 0.6563 (b) = np = 10(0.5) = 5 dan = 10(0.5)(0.5) 1.58113883 P(3 X 6) = P(3.5 X 6.5) Z1 3.5 5 6.5 5 0.95 dan Z2 0.95 1.58113883 1.58113883 P(3 X 6) = P(3.5 X 6.5) = P( 0.95 Z 0.95) = 0.3289 + 0.3289 = 0.6578 0.95 0 0.95 Sebuah dadu yang seimbang ditoss sebanyak 120 kali, hitunglah probabilitas munculnya muka bertitik 4 paling banyak 18 kali, dengan menggunakan pendekatan distribusi binomial ke distribusi Normal. ©Rina Sugiarti Page 12 Statistika 1 FEUG Jawab : (c) = np = 160(1/6) = 20 dan = 160(1 / 6)(5 / 6) 4.082482905 P(X 18) = P(X 18.5) Z 18.5 20 0.37 P(X 18.5) = P(Z 0.37) 4.082482905 = 0.5 0.1443 = 0.3557 0.37 0 SOAL-SOAL PENDEKATAN DISTRIBUSI BINOMIAL KE DISTRIBUSI NORMAL 1. Berdasarkan hasil suatu penelitian survey diperoleh keterangan bahwa 15% penduduk Kota “ABC” berpenghasilan lebih dari Rp 5 juta per bulan. Jika diambil sampel acak yang terdiri dari 500 orang penduduk kota tersebut, maka tentukanlah probabilitas dalam sampel tersebut akan terdapat penduduk berpenghasilan lebih dari Rp 5 juta per bulan : a. Paling banyak 65 orang b. Antara 65 dan 78 orang c. Paling sedikit 78 orang 2. Setiap paket barang yang dikirim terdiri dari 500 unit. Pembeli jadi membelinya jika dari sampel berukuran 50 unit yang diambil secara acak dari setiap paket kiriman akan berisi paling banyak 6 unit barang yang rusak. Perusahaan pembuat barang tersebut menjamin bahwa setiap paket kiriman berisi 10% yang rusak. Berapakah probabilitas setiap paket yang dikirim ditolak oleh pembeli. 3. Hasil penelitian pasar tahun sebelumnya, diketahui bahwa 20% konsumen potensial menyukai sabun mandi merk “Purple”. Jika diambil secara acak sampel berukuran 900 orang konsumen, maka berapa probabilitas bahwa dalam sampel tersebut berisi paling sedikit 200 orang yang menyukai sabun merk tersebut. ©Rina Sugiarti Page 13 Statistika 1 FEUG ddd ddd ddd Dddd ©Rina Sugiarti Page 14 Statistika 1 ©Rina Sugiarti FEUG Page 15