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Lição 9 — Probabilidade e Integrais Impróprias

Variáveis aleatórias contínuas, função densidade de probabilidade, valor esperado, variância, distribuições normal e exponencial via integrais impróprias.

Usado em: Cálculo 2 — Unidade 1 · USP MAT0112 · ITA MA-012

∫−∞∞f(x) dx=1,μ=∫−∞∞x f(x) dx,σ2=∫−∞∞(x−μ)2f(x) dx\int_{-\infty}^{\infty} f(x)\,dx = 1, \quad \mu = \int_{-\infty}^{\infty} x\,f(x)\,dx, \quad \sigma^2 = \int_{-\infty}^{\infty}(x-\mu)^2 f(x)\,dx

Uma função densidade de probabilidade (fdp) f(x)≥0f(x) \geq 0 caracteriza uma variável aleatória contínua. O valor esperado μ\mu e variância σ2\sigma^2 são integrais impróprias.

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Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses

Variáveis aleatórias contínuas

Função densidade de probabilidade (fdp)

Uma função f:R→Rf: \mathbb{R}\to\mathbb{R} é uma fdp se:

  1. f(x)≥0f(x) \geq 0 para todo xx.
  2. ∫−∞∞f(x) dx=1\displaystyle\int_{-\infty}^\infty f(x)\,dx = 1.

A probabilidade de X∈[a,b]X \in [a,b] é P(a≤X≤b)=∫abf(x) dxP(a \leq X \leq b) = \displaystyle\int_a^b f(x)\,dx.

Medidas de localização e dispersão

μ=E[X]=∫−∞∞x f(x) dx(valor esperado)\mu = E[X] = \int_{-\infty}^\infty x\,f(x)\,dx \quad \text{(valor esperado)} σ2=Var(X)=∫−∞∞(x−μ)2f(x) dx=E[X2]−μ2\sigma^2 = \text{Var}(X) = \int_{-\infty}^\infty (x-\mu)^2 f(x)\,dx = E[X^2] - \mu^2 σ=Var(X)(desvio padra˜o)\sigma = \sqrt{\text{Var}(X)} \quad \text{(desvio padrão)}

Distribuições fundamentais

Exponencial com parâmetro λ>0\lambda > 0: f(x)=λe−λx,  x≥0.μ=1/λ,σ2=1/λ2.f(x) = \lambda e^{-\lambda x}, \; x \geq 0. \quad \mu = 1/\lambda, \quad \sigma^2 = 1/\lambda^2.

Normal (gaussiana) com parâmetros μ,σ2\mu, \sigma^2: f(x)=1σ2πe−(x−μ)2/(2σ2).E[X]=μ,Var(X)=σ2.f(x) = \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-(x-\mu)^2/(2\sigma^2)}. \quad E[X] = \mu, \quad \text{Var}(X) = \sigma^2.

Uniforme em [a,b][a,b]: f(x)=1b−a,  a≤x≤b.μ=a+b2,σ2=(b−a)212.f(x) = \frac{1}{b-a}, \; a \leq x \leq b. \quad \mu = \frac{a+b}{2}, \quad \sigma^2 = \frac{(b-a)^2}{12}.

Exemplos resolvidos


Exercícios

Bloco A — fdp e probabilidades

Bloco B — Normal e momentos

Bloco C — Nível ITA/USP

Para continuar

  • Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §7.9 — Cengage, 8ª ed.
  • Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 2, §7.1 — LTC, 5ª ed.
  • Apostol, T.M. — Calculus, vol. 1, §12.22 — Wiley, 2ª ed.
  • Active Calculus — Boelkins et al., §5.8 — CC-BY-SA (activecalculus.org)
  • OpenStax — Calculus II, §3.7 — CC-BY (openstax.org)
  • REAMAT — Cálculo Numérico, §6.5 — UFRGS (reamat.ufrgs.br)

Atualizado em 2026-05-28 · Autor(es): Clube da Matemática

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