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IGNOU MTE-11 Solved Question Paper PDF

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IGNOU MTE-11 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (क) एक परीक्षा में 25 विद्यार्थियों के अंक (100 में से) निम्नलिखित हैं : 6 40, 65, 57, 2, 26, 42, 75, 49, 50, 35, 52, 42, 5, 70, 63, 40, 38, 56, 60, 70, 51, 5, 44, 42, 22 (i) अंकों का बारंबारता बंटन तैयार कीजिए। पहला वर्ग अंतराल 0-20 लीजिए। (ii) ‘से कम’ और ‘से अधिक’ संचयी बारंबारता बंटन की रचना कीजिए। (iii) उन विद्यार्थियों का समानुपात ज्ञात कीजिए, जिनके : (A) अंक 50 से कम हैं। (B) अंक 70 से अधिक हैं। (ख) निम्नलिखित अपूर्ण बंटन लीजिए : 4 वर्ग बारंबारता 0—10 10 10–20 20 20—30 ? 30—40 40 40—50 ? 50—60 25 60—70 5 यदि माध्यिका 35 है, तो लुप्त बारंबारताएँ ज्ञात कीजिए।
Ans.
(क) दिए गए आँकड़े: 40, 65, 57, 2, 26, 42, 75, 49, 50, 35, 52, 42, 5, 70, 63, 40, 38, 56, 60, 70, 51, 5, 44, 42, 22. कुल विद्यार्थी = 25.
(i) बारंबारता बंटन: हम 20 की वर्ग चौड़ाई के साथ वर्ग अंतराल बनाते हैं, जैसा कि निर्देश दिया गया है।
- वर्ग 0-20: 2, 5, 5 (बारंबारता = 3)
- वर्ग 20-40: 26, 35, 38, 22 (बारंबारता = 4)
- वर्ग 40-60: 40, 42, 49, 50, 52, 42, 57, 40, 56, 51, 44, 42 (बारंबारता = 12)
- वर्ग 60-80: 65, 75, 70, 63, 60, 70 (बारंबारता = 6)
बारंबारता सारणी:
वर्ग अंतराल
बारंबारता (f)
0-20 3
20-40 4
40-60 12
60-80 6
कुल 25
(ii) संचयी बारंबारता बंटन:
- ‘से कम’ संचयी बारंबारता:
- 20 से कम: 3
- 40 से कम: 3 + 4 = 7
- 60 से कम: 7 + 12 = 19
- 80 से कम: 19 + 6 = 25
- ‘से अधिक’ संचयी बारंबारता:
- 0 से अधिक: 25
- 20 से अधिक: 25 – 3 = 22
- 40 से अधिक: 22 – 4 = 18
- 60 से अधिक: 18 – 12 = 6
(iii) विद्यार्थियों का समानुपात: (A) अंक 50 से कम: हम दिए गए आँकड़ों से सीधे उन विद्यार्थियों की गिनती करते हैं जिनके अंक 50 से कम हैं।
वे हैं: 40, 2, 26, 42, 49, 35, 42, 5, 40, 38, 5, 44, 42, 22. कुल 14 विद्यार्थी हैं।
समानुपात = 14 / 25 = 0.56. (B) अंक 70 से अधिक: हम उन विद्यार्थियों की गिनती करते हैं जिनके अंक 70 से अधिक हैं।
वे हैं: 75.
केवल 1 विद्यार्थी है।
समानुपात = 1 / 25 = 0.04. (ख) लुप्त बारंबारताएँ ज्ञात करना। मान लीजिए कि वर्ग 20-30 की लुप्त बारंबारता f₁ है और वर्ग 40-50 की लुप्त बारंबारता f₂ है। दिया गया है: माध्यिका = 35. चूँकि माध्यिका 35 है, यह माध्यिका वर्ग 30-40 में स्थित है। माध्यिका का सूत्र है: माध्यिका = L + [ (N/2 – C) / f ] × h जहाँ: L = माध्यिका वर्ग की निम्न सीमा = 30 f = माध्यिका वर्ग की बारंबारता = 40 h = वर्ग अंतराल की चौड़ाई = 10 C = माध्यिका वर्ग से पहले की संचयी बारंबारता = 10 + 20 + f₁ = 30 + f₁ N = कुल बारंबारता = 10 + 20 + f₁ + 40 + f₂ + 25 + 5 = 100 + f₁ + f₂ इन मानों को सूत्र में रखने पर: 35 = 30 + [ ( (100 + f₁ + f₂) / 2 – (30 + f₁) ) / 40 ] × 10 5 = [ (50 + 0.5f₁ + 0.5f₂ – 30 – f₁) / 40 ] × 10 5 = [ (20 – 0.5f₁ + 0.5f₂) / 4 ] 20 = 20 – 0.5f₁ + 0.5f₂ 0 = -0.5f₁ + 0.5f₂ 0.5f₁ = 0.5f₂ f₁ = f₂ यह संबंध दर्शाता है कि दोनों लुप्त बारंबारताएँ बराबर हैं। हालाँकि, प्रश्न में कुल बारंबारता (N) नहीं दी गई है, जिसके बिना f₁ और f₂ का अद्वितीय मान ज्ञात नहीं किया जा सकता है। यह एक अपूर्ण प्रश्न है। यदि हम मान लें कि कुल बारंबारता (N) दी गई थी, उदाहरण के लिए N = 170 (इस प्रकार के प्रश्नों में यह एक सामान्य स्थिति है)। तब, N = 100 + f₁ + f₂ 170 = 100 + f₁ + f₂ f₁ + f₂ = 70 चूंकि f₁ = f₂, हमारे पास है: 2f₁ = 70 f₁ = 35 इसलिए, f₁ = 35 और f₂ = 35 । (नोट: यह समाधान इस धारणा पर आधारित है कि कुल बारंबारता 170 थी।)
Q2. (क) एक विशेष बंटन में, पहले चार केंद्रीय आघूर्ण क्रमशः 0, 16, -64 और 162 हैं। गुणांक β₁ और β₂ ज्ञात कीजिए। जाँच कीजिए कि बंटन वैषम्य है या नहीं । 3 (ख) A और B एक ही पद पर दो रिक्त जगहों के लिए साक्षात्कार में उपस्थित होते हैं। A के चयन की प्रायिकता 1/5 है और B के चयन की प्रायिकता 1/2 है। वह प्रायिकता ज्ञात कीजिए कि : 4 (i) A और B दोनों का चयन होगा। (ii) उनमें से कम से कम एक का चयन होगा। (ग) मान लीजिए कि यादृच्छिक चर X का p.m.f. है: f(x) = (3-x)/10, x = -1, 0, 1, 2 E(X) और E(X²) की गणना कीजिए। E[ (4X +5) ] भी ज्ञात कीजिए। 3
Ans.
(क) दिए गए केंद्रीय आघूर्ण हैं: μ₁ = 0 μ₂ = 16 (प्रसरण) μ₃ = -64 μ₄ = 162
वैषम्य का गुणांक (β₁): β₁ का सूत्र है: β₁ = μ₃² / μ₂³ β₁ = (-64)² / (16)³ = (64 × 64) / (16 × 16 × 16) β₁ = (4 × 16) × (4 × 16) / (16 × 16 × 16) = (4 × 4) / 16 = 16 / 16 = 1 β₁ = 1 ककुदता का गुणांक (β₂): β₂ का सूत्र है: β₂ = μ₄ / μ₂² β₂ = 162 / (16)² = 162 / 256 β₂ को सरल करने पर, हम 2 से भाग देते हैं: β₂ = 81 / 128 बंटन की वैषम्यता की जाँच: वैषम्यता की जाँच μ₃ या β₁ के मान से की जाती है। चूंकि μ₃ = -64 , जो शून्य नहीं है, बंटन वैषम्य (skewed) है। क्योंकि μ₃ ऋणात्मक है, बंटन ऋणात्मक रूप से वैषम्य (negatively skewed) है। इसके अतिरिक्त, वैषम्यता का गुणांक γ₁ = √β₁ = √1 = 1 होता है। चूंकि γ₁ ≠ 0 है, इसलिए बंटन वैषम्य है। (ख) दिया गया है: A के चयन की प्रायिकता, P(A) = 1/5 B के चयन की प्रायिकता, P(B) = 1/2 हम मानते हैं कि A और B का चयन स्वतंत्र घटनाएँ हैं। (i) A और B दोनों का चयन होगा: दोनों के चयन की प्रायिकता उनकी व्यक्तिगत प्रायिकताओं का गुणनफल है। P(A और B) = P(A ∩ B) = P(A) × P(B) P(A ∩ B) = (1/5) × (1/2) = 1/10 (ii) उनमें से कम से कम एक का चयन होगा: कम से कम एक के चयन की प्रायिकता की गणना P(A ∪ B) से की जा सकती है। P(A ∪ B) = P(A) + P(B) – P(A ∩ B) P(A ∪ B) = 1/5 + 1/2 – 1/10 P(A ∪ B) = 2/10 + 5/10 – 1/10 = (2 + 5 – 1) / 10 = 6/10 = 3/5 वैकल्पिक रूप से, हम इसकी गणना इस प्रकार कर सकते हैं: 1 – (किसी का भी चयन न होने की प्रायिकता)। P(A का चयन नहीं) = P(A’) = 1 – 1/5 = 4/5 P(B का चयन नहीं) = P(B’) = 1 – 1/2 = 1/2 P(किसी का भी चयन नहीं) = P(A’ ∩ B’) = P(A’) × P(B’) = (4/5) × (1/2) = 4/10 = 2/5 P(कम से कम एक का चयन) = 1 – P(किसी का भी चयन नहीं) = 1 – 2/5 = 3/5 (ग) दिया गया प्रायिकता द्रव्यमान फलन (p.m.f.) है: f(x) = (3-x)/10, जहाँ x = -1, 0, 1, 2. E(X) की गणना: E(X) = Σ x * f(x) E(X) = (-1) f(-1) + (0) f(0) + (1) f(1) + (2) f(2) E(X) = (-1) (3 – (-1))/10 + (0) (3-0)/10 + (1) (3-1)/10 + (2) (3-2)/10 E(X) = (-1) (4/10) + 0 + (1) (2/10) + (2) * (1/10) E(X) = -4/10 + 2/10 + 2/10 = (-4 + 2 + 2) / 10 = 0 / 10 = 0 E(X²) की गणना: E(X²) = Σ x² * f(x) E(X²) = (-1)² f(-1) + (0)² f(0) + (1)² f(1) + (2)² f(2) E(X²) = (1) (4/10) + 0 + (1) (2/10) + (4) * (1/10) E(X²) = 4/10 + 2/10 + 4/10 = (4 + 2 + 4) / 10 = 10/10 = 1 E[ (4X + 5) ] की गणना: प्रत्याशा की रैखिकता के गुण का उपयोग करते हुए, E(aX + b) = aE(X) + b. E(4X + 5) = 4 * E(X) + 5 E(4X + 5) = 4 * (0) + 5 = 0 + 5 = 5
Q3. (क) दर्शाइए कि m प्राचल वाले प्वॉयसां बंटन का आघूर्ण जनक फलन M(t) = e^(m(e^t – 1)) होगा। 3 (ख) विद्यार्थियों की लंबाई 155 cm माध्य और 5 मानक विचलन वाले प्रसामान्य बंटन के सन्निकटन है। वह प्रायिकता ज्ञात कीजिए कि एक यादृच्छया चुने गए विद्यार्थी की लंबाई : 4 (i) 150 cm से कम है। (ii) 150 cm और 160 cm के बीच है। [आप Φ(-1) = 0.1587 एवं Φ(1) = 0.8413 का प्रयोग कर सकते हैं।] (ग) मान लीजिए कि X₁, X₂, …, Xₙ एक यादृच्छिक प्रतिदर्श निम्नलिखित घनत्व फलन वाले बंटन से लिया गया है : 3 f(x) = (1/θ)e^(-x/θ) ; θ>0, x>0 दर्शाइए कि X̄ = (1/n)ΣXᵢ, θ का एक अनभिनत आकलक है।
Ans.
(क) एक प्वॉयसां बंटन जिसका प्राचल m है, का प्रायिकता द्रव्यमान फलन (p.m.f.) इस प्रकार दिया जाता है: P(X = k) = (e⁻ᵐ * mᵏ) / k!, जहाँ k = 0, 1, 2, …
आघूर्ण जनक फलन (MGF), Mₓ(t), की परिभाषा है: Mₓ(t) = E[eᵗˣ] = Σ [k=0 से ∞] eᵗᵏ * P(X = k) P(X = k) का मान रखने पर: Mₓ(t) = Σ [k=0 से ∞] eᵗᵏ (e⁻ᵐ mᵏ) / k! Mₓ(t) = e⁻ᵐ Σ [k=0 से ∞] (eᵗᵏ mᵏ) / k! Mₓ(t) = e⁻ᵐ Σ [k=0 से ∞] (m eᵗ)ᵏ / k! हम जानते हैं कि eʸ का मैक्लॉरिन श्रेणी विस्तार है: Σ [k=0 से ∞] yᵏ / k! यहाँ, y = m * eᵗ है। अतः, Σ [k=0 से ∞] (m eᵗ)ᵏ / k! = e^(m eᵗ) इस मान को MGF के व्यंजक में प्रतिस्थापित करने पर: Mₓ(t) = e⁻ᵐ e^(m eᵗ) Mₓ(t) = e^(m*eᵗ – m) Mₓ(t) = e^(m(eᵗ – 1)) इस प्रकार, यह सिद्ध होता है कि प्वॉयसां बंटन का MGF M(t) = e^(m(eᵗ – 1)) है। (ख) दिया गया है: माध्य (μ) = 155 cm, मानक विचलन (σ) = 5. मान लीजिए X विद्यार्थी की ऊंचाई है। X ~ N(155, 5²). हमें Z-स्कोर की गणना करके चर को मानकीकृत करने की आवश्यकता है: Z = (X – μ) / σ (i) प्रायिकता कि लंबाई 150 cm से कम है: P(X < 150) Z = (150 – 155) / 5 = -5 / 5 = -1 P(X < 150) = P(Z < -1) दिए गए मान का उपयोग करते हुए, Φ(-1) = 0.1587. अतः, P(X < 150) = 0.1587 (ii) प्रायिकता कि लंबाई 150 cm और 160 cm के बीच है: P(150 < X < 160) पहले, हम 160 cm के लिए Z-स्कोर की गणना करते हैं: Z = (160 – 155) / 5 = 5 / 5 = 1 हमें P(-1 < Z < 1) ज्ञात करना है। P(-1 < Z < 1) = P(Z < 1) – P(Z < -1) P(-1 < Z < 1) = Φ(1) – Φ(-1) दिए गए मानों का उपयोग करते हुए: P(-1 < Z < 1) = 0.8413 – 0.1587 = 0.6826 (ग) यह दिखाने के लिए कि प्रतिदर्श माध्य X̄, θ का एक अनभिनत आकलक है, हमें यह सिद्ध करना होगा कि E(X̄) = θ. दिया गया प्रायिकता घनत्व फलन (p.d.f.) चरघातांकीय बंटन का है: f(x) = (1/θ)e^(-x/θ), x > 0, θ > 0 पहले, हम यादृच्छिक चर X का प्रत्याशित मान E(X) ज्ञात करते हैं। E(X) = ∫ [0 से ∞] x * f(x) dx E(X) = ∫ [0 से ∞] x * (1/θ)e^(-x/θ) dx हम खंडशः समाकलन (integration by parts) का उपयोग करते हैं: ∫ u dv = uv – ∫ v du मान लीजिए u = x और dv = (1/θ)e^(-x/θ) dx. तब du = dx और v = ∫ (1/θ)e^(-x/θ) dx = -e^(-x/θ). E(X) = [x * (-e^(-x/θ))]_[0 से ∞] – ∫ [0 से ∞] (-e^(-x/θ)) dx E(X) = [-x * e^(-x/θ)]_[0 से ∞] + ∫ [0 से ∞] e^(-x/θ) dx पहला पद शून्य हो जाता है क्योंकि lim (x→∞) -x e^(-x/θ) = 0 और 0 e⁰ = 0. E(X) = 0 + [-θ * e^(-x/θ)]_[0 से ∞] E(X) = [-θ e⁻°°] – [-θ e⁰] = 0 – (-θ * 1) = θ. तो, E(X) = θ . अब, हम प्रतिदर्श माध्य X̄ का प्रत्याशित मान ज्ञात करते हैं। X̄ = (1/n) Σ [i=1 से n] Xᵢ E(X̄) = E[ (1/n) Σ Xᵢ ] प्रत्याशा की रैखिकता के कारण: E(X̄) = (1/n) Σ E(Xᵢ) चूंकि Xᵢ एक ही बंटन से लिए गए स्वतंत्र और समान रूप से वितरित (i.i.d.) यादृच्छिक चर हैं, इसलिए प्रत्येक Xᵢ के लिए E(Xᵢ) = E(X) = θ. E(X̄) = (1/n) Σ [i=1 से n] θ E(X̄) = (1/n) * (nθ) = θ. चूंकि E(X̄) = θ , हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि प्रतिदर्श माध्य X̄, प्राचल θ का एक अनभिनत आकलक है।
Q4. (क) मान लीजिए कि एक द्विचर यादृच्छिक चर (X, Y) का संयुक्त घनत्व फलन है: 5 f(x,y) = 4xy * e^(-x²-y²) ; x≥0, y≥0 (i) X और Y के सीमांत बंटन ज्ञात कीजिए। (ii) प्रतिबंधित बंटन f(x|y) ज्ञात कीजिए। (iii) दर्शाइए कि X और Y स्वतंत्र हैं। (ख) यदि X₁, X₂, …, Xₙ, m प्राचल वाले प्वॉयसां बंटन से लिया गया n आकार का एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है, तो m का अधिकतम संभावित आकलक ज्ञात कीजिए। 5
Ans.
(क) दिया गया संयुक्त घनत्व फलन: f(x,y) = 4xy * e^(-x² – y²), जहाँ x ≥ 0, y ≥ 0.
(i) X और Y के सीमांत बंटन: X का सीमांत बंटन, fₓ(x), y के सापेक्ष f(x,y) का समाकलन करके प्राप्त किया जाता है: fₓ(x) = ∫ [0 से ∞] f(x,y) dy = ∫ [0 से ∞] 4xy * e^(-x² – y²) dy fₓ(x) = 4x e^(-x²) ∫ [0 से ∞] y e^(-y²) dy समाकल को हल करने के लिए, मान लीजिए u = y², तो du = 2y dy या y dy = du/2. ∫ [0 से ∞] y e^(-y²) dy = ∫ [0 से ∞] e⁻ᵘ (du/2) = (1/2) [-e⁻ᵘ]_[0 से ∞] = (1/2) * (0 – (-1)) = 1/2. अतः, fₓ(x) = 4x e^(-x²) (1/2) = 2x * e^(-x²) , जहाँ x ≥ 0. सममिति के कारण, Y का सीमांत बंटन, fᵧ(y), समान रूप का होगा: fᵧ(y) = ∫ [0 से ∞] f(x,y) dx = 2y * e^(-y²) , जहाँ y ≥ 0. (ii) प्रतिबंधित बंटन f(x|y): X का प्रतिबंधित बंटन दिया गया Y, इस प्रकार परिभाषित है: f(x|y) = f(x,y) / fᵧ(y). f(x|y) = (4xy e^(-x² – y²)) / (2y e^(-y²)) f(x|y) = (4xy e^(-x²) e^(-y²)) / (2y * e^(-y²)) पदों को रद्द करने पर: f(x|y) = 2x * e^(-x²) , जहाँ x ≥ 0. (iii) दर्शाइए कि X और Y स्वतंत्र हैं: दो यादृच्छिक चर X और Y स्वतंत्र होते हैं यदि और केवल यदि उनका संयुक्त घनत्व फलन उनके सीमांत घनत्व फलनों के गुणनफल के बराबर हो, अर्थात् f(x,y) = fₓ(x) * fᵧ(y). चलिए जाँच करते हैं: fₓ(x) fᵧ(y) = (2x e^(-x²)) (2y e^(-y²)) fₓ(x) fᵧ(y) = 4xy e^(-x² – y²) यह मूल संयुक्त घनत्व फलन f(x,y) के बराबर है। चूंकि f(x,y) = fₓ(x) * fᵧ(y) , इसलिए X और Y स्वतंत्र हैं। एक अन्य प्रमाण यह है कि प्रतिबंधित बंटन f(x|y) = 2x * e^(-x²) केवल x पर निर्भर करता है और y पर नहीं, और यह fₓ(x) के बराबर है, जो स्वतंत्रता को सिद्ध करता है। (ख) X₁, X₂, …, Xₙ एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है जो प्राचल m के साथ प्वॉयसां बंटन से लिया गया है। प्वॉयसां बंटन का p.m.f. है: P(X = xᵢ) = (e⁻ᵐ * mˣᵢ) / xᵢ! प्रतिदर्श के लिए संभाविता फलन (Likelihood function) L(m) है: L(m) = Π [i=1 से n] P(X = xᵢ) L(m) = Π [i=1 से n] [ (e⁻ᵐ * mˣᵢ) / xᵢ! ] L(m) = (e⁻ᵐ)ⁿ * m^(Σxᵢ) / (Π xᵢ!) L(m) = e^(-nm) * m^(Σxᵢ) / (Π xᵢ!) अधिकतम संभाविता आकलक (MLE) ज्ञात करने के लिए, हम लॉग-संभाविता फलन, l(m) = ln(L(m)), का उपयोग करते हैं। l(m) = ln(e^(-nm)) + ln(m^(Σxᵢ)) – ln(Π xᵢ!) l(m) = -nm + (Σxᵢ) * ln(m) – Σln(xᵢ!) अब, हम m के सापेक्ष l(m) का अवकलन करते हैं और इसे शून्य के बराबर रखते हैं: d(l(m))/dm = -n + (Σxᵢ) / m – 0 d(l(m))/dm = 0 रखने पर: -n + (Σxᵢ) / m = 0 (Σxᵢ) / m = n m = (Σxᵢ) / n प्रतिदर्श माध्य की परिभाषा X̄ = (Σxᵢ) / n है। अतः, m का अधिकतम संभाविता आकलक, जिसे m̂ से दर्शाया गया है, m̂ = X̄ (प्रतिदर्श माध्य) है।
Q5. (क) मान लीजिए कि X₁, X₂, …, Xₙ, N(μ, 1) वाले प्रसामान्य बंटन से लिया गया एक यादृच्छिक प्रतिदर्श है जिसका p.d.f. निम्नलिखित है : 6 f(x) = (1/√(2π)) * e^(-(1/2)(x-μ)²) H₀: μ = μ₀ के विरुद्ध H₁: μ = μ₁ (μ₁ > μ₀) के परीक्षण के लिए नेमान-पीयर्सन प्रमेयिका का प्रयोग करके क्रांतिक प्रदेश निकालिए। (ख) एक फर्म की बिक्री और विज्ञापन में लगे खर्चे निम्नलिखित आँकड़ों में दिए गए हैं : 4 बिक्री (करोड़ ₹ में) / विज्ञापन खर्च (करोड़ ₹ में) माध्य: 40 / 6 मानक विचलन: 10 / 1.5 सहसंबंध गुणांक (r) = 0.9 (i) दो समाश्रयण रेखाएँ प्राप्त कीजिए । (ii) प्रस्तावित विज्ञापन खर्च ₹ 10 करोड़ के लिए बिक्री आकलित कीजिए ।
Ans.
(क) हमें H₀: μ = μ₀ के विरुद्ध H₁: μ = μ₁ (जहाँ μ₁ > μ₀) का परीक्षण करने के लिए सर्वोत्तम क्रांतिक प्रदेश (best critical region) ज्ञात करना है। प्रतिदर्श N(μ, 1) से है। नेमान-पीयर्सन प्रमेयिका के अनुसार, सर्वोत्तम क्रांतिक प्रदेश संभाविता अनुपात (likelihood ratio) पर आधारित होता है: L(μ₀) / L(μ₁) ≤ k, जहाँ k एक स्थिरांक है।
संभाविता फलन L(μ) है: L(μ) = Π [i=1 से n] (1/√(2π)) * e^(-(1/2)(xᵢ-μ)²) L(μ) = (1/(2π)ⁿᐟ²) * e^(-(1/2) Σ(xᵢ-μ)²) अब, संभाविता अनुपात की गणना करें: L(μ₀) / L(μ₁) = [e^(-(1/2) Σ(xᵢ-μ₀)²)] / [e^(-(1/2) Σ(xᵢ-μ₁)²)] L(μ₀) / L(μ₁) = e^[- (1/2) * (Σ(xᵢ-μ₀)² – Σ(xᵢ-μ₁)²)] असमता L(μ₀) / L(μ₁) ≤ k बन जाती है: e^[- (1/2) * (Σ(xᵢ² – 2xᵢμ₀ + μ₀²) – Σ(xᵢ² – 2xᵢμ₁ + μ₁²))] ≤ k दोनों तरफ प्राकृतिक लघुगणक (ln) लेने पर:
- (1/2) * [Σ(-2xᵢμ₀ + μ₀²) – Σ(-2xᵢμ₁ + μ₁²)] ≤ ln(k)
- (1/2) * [(-2μ₀Σxᵢ + nμ₀²) – (-2μ₁Σxᵢ + nμ₁²)] ≤ ln(k)
-2 से गुणा करने पर (असमता का चिह्न बदल जाएगा): (-2μ₀Σxᵢ + nμ₀²) – (-2μ₁Σxᵢ + nμ₁²) ≥ -2ln(k) 2μ₁Σxᵢ – 2μ₀Σxᵢ – nμ₁² + nμ₀² ≥ k’ (जहाँ k’ = -2ln(k)) 2(μ₁ – μ₀)Σxᵢ ≥ k’ + nμ₁² – nμ₀² चूंकि हमें दिया गया है कि μ₁ > μ₀, तो (μ₁ – μ₀) धनात्मक है। हम 2(μ₁ – μ₀) से भाग दे सकते हैं: Σxᵢ ≥ (k’ + nμ₁² – nμ₀²) / (2(μ₁ – μ₀)) Σxᵢ ≥ c’, जहाँ c’ एक नया स्थिरांक है। या, दोनों तरफ n से भाग देने पर: X̄ ≥ c’/n = c अतः, क्रांतिक प्रदेश वह समुच्चय है जहाँ प्रतिदर्श माध्य एक निश्चित स्थिरांक c से अधिक या बराबर होता है। क्रांतिक प्रदेश: { (x₁, …, xₙ) | X̄ ≥ c } इसका अर्थ है कि हम शून्य परिकल्पना H₀ को अस्वीकार कर देंगे यदि प्रतिदर्श माध्य एक निश्चित सीमा से अधिक हो। स्थिरांक c का मान सार्थकता स्तर α द्वारा निर्धारित किया जाता है। (ख) दिए गए आँकड़े: बिक्री (X) और विज्ञापन खर्च (Y) X̄ = 40 (करोड़ ₹), Ȳ = 6 (करोड़ ₹) σₓ = 10, σᵧ = 1.5 r = 0.9 (i) दो समाश्रयण रेखाएँ:
1. Y पर X की समाश्रयण रेखा: (X – X̄) = bₓᵧ (Y – Ȳ) bₓᵧ (X का Y पर समाश्रयण गुणांक) = r * (σₓ / σᵧ) bₓᵧ = 0.9 (10 / 1.5) = 0.9 (20/3) = (9/10) * (20/3) = 6 रेखा का समीकरण: (X – 40) = 6 * (Y – 6) X – 40 = 6Y – 36 X = 6Y + 4
2. X पर Y की समाश्रयण रेखा: (Y – Ȳ) = bᵧₓ (X – X̄) bᵧₓ (Y का X पर समाश्रयण गुणांक) = r * (σᵧ / σₓ) bᵧₓ = 0.9 (1.5 / 10) = 0.9 0.15 = 0.135 रेखा का समीकरण: (Y – 6) = 0.135 * (X – 40) Y – 6 = 0.135X – 5.4 Y = 0.135X + 0.6
(ii) बिक्री का आकलन: हमें प्रस्तावित विज्ञापन खर्च Y = 10 करोड़ ₹ के लिए बिक्री (X) का आकलन करना है। इसके लिए, हम Y पर X की समाश्रयण रेखा का उपयोग करेंगे: X = 6Y + 4. Y = 10 रखने पर: X = 6(10) + 4 X = 60 + 4 = 64 अतः, ₹ 10 करोड़ के विज्ञापन खर्च के लिए अनुमानित बिक्री ₹ 64 करोड़ है।
Q6. (क) मान लीजिए कि X एक ऋणात्मक चरघातांकीय चर है जिसका प्रायिकता घनत्व फलन है: 6 f(x) = (1/α)e^(-x/α) ; x>0 (i) X का माध्य (μ) और प्रसरण (σ²) ज्ञात कीजिए। (ii) चेबिशेव असमिका का प्रयोग करके P[|X-μ| < 3σ] की निम्न सीमा निकालिए। (iii) भाग (ii) के मान की ठीक मान से तुलना कीजिए। (ख) एक यादृच्छिक संख्या जनित्र निम्नलिखित U(0, 1) यादृच्छिक संख्याएँ निर्मित करता है : 4 वर्ग / बारंबारता 0—0.2 / 8 0.2—0.4 / 6 0.4—0.6 / 9 0.6—0.8 / 9 0.8—1.0 / 8 काई-वर्ग का प्रयोग करके परीक्षण कीजिए कि यादृच्छिक संख्याएँ 5% सार्थकता स्तर पर एकसमान बंटन से ली गयी हैं। [आप χ²(0.05, 4) = 9.488 का प्रयोग कर सकते हैं।]
Ans.
(क) दिया गया p.d.f. है f(x) = (1/α)e^(-x/α), x > 0.
(i) माध्य (μ) और प्रसरण (σ²) ज्ञात करना:
माध्य (μ): μ = E(X) = ∫ [0 से ∞] x f(x) dx = ∫ [0 से ∞] x (1/α)e^(-x/α) dx यह एक मानक समाकल है। गामा फलन का उपयोग करके, E(X) = α Γ(2) = α 1! = α. अतः, माध्य μ = α . प्रसरण (σ²): σ² = E(X²) – [E(X)]² पहले E(X²) की गणना करें: E(X²) = ∫ [0 से ∞] x² * (1/α)e^(-x/α) dx गामा फलन का उपयोग करके, E(X²) = α² Γ(3) = α² 2! = 2α². अब प्रसरण की गणना करें: σ² = 2α² – (α)² = α² अतः, प्रसरण σ² = α² . (और मानक विचलन σ = α). (ii) चेबिशेव असमिका का प्रयोग: चेबिशेव असमिका का एक रूप है: P(|X – μ| < kσ) ≥ 1 – 1/k² यहाँ, हमें P(|X – μ| < 3σ) की निम्न सीमा ज्ञात करनी है, इसलिए k = 3. P(|X – μ| < 3σ) ≥ 1 – 1/3² P(|X – μ| < 3σ) ≥ 1 – 1/9 P(|X – μ| < 3σ) ≥ 8/9 अतः, निम्न सीमा 8/9 है (लगभग 0.8889)। (iii) मान की तुलना: अब हम P(|X – μ| < 3σ) का ठीक मान ज्ञात करते हैं। चूंकि μ = α और σ = α, हमें P(|X – α| < 3α) की गणना करनी है। |X – α| < 3α का अर्थ है -3α < X – α < 3α, या -2α < X < 4α. चूंकि X हमेशा धनात्मक होता है (x > 0), यह असमता P(0 < X < 4α) के बराबर है। P(0 < X < 4α) = ∫ [0 से 4α] (1/α)e^(-x/α) dx = [ -e^(-x/α) ]_[0 से 4α] = (-e^(-4α/α)) – (-e⁰) = -e⁻⁴ + 1 = 1 – e⁻⁴ अब तुलना करते हैं: ठीक मान = 1 – e⁻⁴ ≈ 1 – 0.0183 = 0.9817 चेबिशेव की निम्न सीमा = 8/9 ≈ 0.8889 तुलना से पता चलता है कि ठीक मान (0.9817) चेबिशेव असमिका द्वारा प्रदान की गई निम्न सीमा (0.8889) से काफी अधिक है। यह अपेक्षित है, क्योंकि चेबिशेव असमिका किसी भी बंटन के लिए लागू होती है और इसलिए यह एक रूढ़िवादी अनुमान देती है। (ख)
काई-वर्ग (Chi-square) आसंजन-सुष्ठुता परीक्षण (Goodness-of-Fit Test): H₀: आँकड़े U(0, 1) बंटन से लिए गए हैं। H₁: आँकड़े U(0, 1) बंटन से नहीं लिए गए हैं।
1. अपेक्षित बारंबारताओं की गणना: कुल प्रेक्षण (N) = 8 + 6 + 9 + 9 + 8 = 40. 5 वर्ग हैं, प्रत्येक की चौड़ाई 0.2 है। एकसमान बंटन U(0,1) के लिए, किसी भी वर्ग में आने की प्रायिकता उसकी चौड़ाई के बराबर होती है, यानी p = 0.2. प्रत्येक वर्ग के लिए अपेक्षित बारंबारता (E) = N × p = 40 × 0.2 = 8.
2. काई-वर्ग सांख्यिकी की गणना:
वर्ग
प्रेक्षित (O)
अपेक्षित (E)
(O – E)
(O – E)²
(O – E)² / E
0-0.2 8 8 0 0 0.0
0.2-0.4 6 8 -2 4 4/8 = 0.5
0.4-0.6 9 8 1 1 1/8 = 0.125
0.6-0.8 9 8 1 1 1/8 = 0.125
0.8-1.0 8 8 0 0 0.0
कुल 40 40 0.75
गणित काई-वर्ग मान: χ²_calc = 0.75
3. क्रांतिक मान और निर्णय: स्वातन्त्र्य कोटि (df) = k – 1 = 5 – 1 = 4 (जहाँ k वर्गों की संख्या है)। सार्थकता स्तर (α) = 0.05. प्रश्न में दिया गया क्रांतिक मान: χ²_crit (0.05, 4) = 9.488 .
निर्णय नियम: यदि χ²_calc < χ²_crit, तो H₀ को अस्वीकार न करें। यहाँ, 0.75 < 9.488. चूंकि परिकलित मान क्रांतिक मान से कम है, हम शून्य परिकल्पना (H₀) को अस्वीकार करने में विफल रहते हैं। निष्कर्ष: 5% सार्थकता स्तर पर, यह मानने के लिए पर्याप्त साक्ष्य नहीं हैं कि यादृच्छिक संख्याएँ एकसमान बंटन से नहीं ली गई हैं। हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि आँकड़े U(0, 1) बंटन के अनुरूप हैं।
Q7. निम्नलिखित कथनों में से कौन-से कथन सत्य या असत्य हैं ? अपने उत्तर के पक्ष में संक्षिप्त उपपत्ति या प्रति-उदाहरण दीजिए : 10 (i) मौसम विभाग द्वारा रिकार्ड किये गये आँकड़े एक अन्वेषक द्वारा Ph. D. थीसिस लिखने के लिए प्रयोग किये गये, अन्वेषक के लिए यह प्राथमिक आँकड़े हैं। (ii) यदि एक अच्छी तरह से फेंटी हुई ताशों की गड्डी से एक पत्ता चुना जाता है, तो एक बादशाह निकलने की प्रायिकता 1/8 होगी। (iii) यदि चर X और Y स्वतंत्र हैं, तो उनके बीच सहसंबंध गुणांक 1 होगा। (iv) एक अनभिनत पासे को फेंकने पर आयी संख्या की प्रत्याशा 7/2 है। (v) प्राचल (5, 1/2) वाले द्विपद बंटन का प्रसरण 5/4 होता है।
Ans.
(i) कथन: असत्य।
कारण: प्राथमिक आँकड़े वे आँकड़े होते हैं जो अन्वेषक द्वारा पहली बार अपने अध्ययन के विशिष्ट उद्देश्य के लिए एकत्र किए जाते हैं। मौसम विभाग द्वारा पहले से ही एकत्र किए गए आँकड़ों का उपयोग करना अन्वेषक के लिए द्वितीयक आँकड़ों का उपयोग करना है, क्योंकि आँकड़े किसी और द्वारा किसी अन्य उद्देश्य के लिए एकत्र किए गए थे।
(ii) कथन: असत्य।
कारण: एक मानक ताश की गड्डी में 52 पत्ते होते हैं, जिनमें 4 बादशाह होते हैं। एक बादशाह निकालने की प्रायिकता अनुकूल परिणामों की संख्या को कुल संभावित परिणामों की संख्या से भाग देकर प्राप्त की जाती है।
P(बादशाह) = (बादशाहों की संख्या) / (कुल पत्तों की संख्या) = 4 / 52 = 1/13 । यह 1/8 के बराबर नहीं है। (iii) कथन: असत्य।
कारण: यदि दो चर X और Y स्वतंत्र हैं, तो उनका सहप्रसरण शून्य होता है, Cov(X, Y) = 0। सहसंबंध गुणांक, ρ, को Cov(X, Y) / (σₓσᵧ) के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि Cov(X, Y) = 0 है, तो सहसंबंध गुणांक 0 होगा (यह मानते हुए कि प्रसरण शून्य नहीं हैं)। सहसंबंध गुणांक 1 एक पूर्ण धनात्मक रैखिक संबंध को इंगित करता है, जो स्वतंत्रता के विपरीत है। (iv) कथन: सत्य।
कारण: एक अनभिनत पासे के लिए, प्रत्येक फलक (1, 2, 3, 4, 5, 6) की प्रायिकता 1/6 होती है। प्रत्याशा (या माध्य) की गणना इस प्रकार की जाती है: E(X) = Σ x * P(x)
E(X) = 1(1/6) + 2(1/6) + 3(1/6) + 4(1/6) + 5(1/6) + 6(1/6)
E(X) = (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) / 6 = 21 / 6 = 7/2 या 3.5. (v) कथन: सत्य।
कारण: एक द्विपद बंटन B(n, p) का प्रसरण सूत्र Var(X) = np(1-p) द्वारा दिया जाता है। दिए गए प्राचल हैं n = 5 और p = 1/2। Var(X) = 5 × (1/2) × (1 – 1/2)
Var(X) = 5 × (1/2) × (1/2) = 5/4 .
IGNOU MTE-11 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) The marks (out of 100) of 25 students in an exam are given below: 6 40, 65, 57, 2, 26, 42, 75, 49, 50, 35, 52, 42, 5, 70, 63, 40, 38, 56, 60, 70, 51, 5, 44, 42, 22 (i) Prepare frequency distribution of the marks. Take the first class interval as 0—20. (ii) Construct ‘less than’ and ‘more than’ cumulative frequency distributions. (iii) Estimate the proportion of students who got: (A) less than 50 marks. (B) more than 70 marks. (b) An incomplete distribution is given below: 4 Class Frequency 0—10 10 10–20 20 20—30 ? 30—40 40 40—50 ? 50—60 25 60—70 5 Find out missing frequencies if median value is 35.
Ans. (a) Given data: 40, 65, 57, 2, 26, 42, 75, 49, 50, 35, 52, 42, 5, 70, 63, 40, 38, 56, 60, 70, 51, 5, 44, 42, 22. Total students = 25.
(i) Frequency Distribution: We create class intervals with a class width of 20, as instructed.
- Class 0-20: 2, 5, 5 (Frequency = 3)
- Class 20-40: 26, 35, 38, 22 (Frequency = 4)
- Class 40-60: 40, 42, 49, 50, 52, 42, 57, 40, 56, 51, 44, 42 (Frequency = 12)
- Class 60-80: 65, 75, 70, 63, 60, 70 (Frequency = 6)
Frequency Table:
| Class Interval | Frequency (f) |
|---|---|
| 0-20 | 3 |
| 20-40 | 4 |
| 40-60 | 12 |
| 60-80 | 6 |
Total |
25 |
(ii) Cumulative Frequency Distributions:
- ‘Less than’ Cumulative Frequency:
- Less than 20: 3
- Less than 40: 3 + 4 = 7
- Less than 60: 7 + 12 = 19
- Less than 80: 19 + 6 = 25
- ‘More than’ Cumulative Frequency:
- More than 0: 25
- More than 20: 25 – 3 = 22
- More than 40: 22 – 4 = 18
- More than 60: 18 – 12 = 6
(iii) Proportion of students: (A) Less than 50 marks: We count the students with marks less than 50 directly from the raw data. They are: 40, 2, 26, 42, 49, 35, 42, 5, 40, 38, 5, 44, 42, 22. There are 14 such students. Proportion = 14 / 25 = 0.56.
(B) More than 70 marks: We count the students with marks strictly greater than 70. That is: 75. There is only 1 such student. Proportion = 1 / 25 = 0.04.
(b) Finding the missing frequencies. Let the missing frequency for the class 20-30 be f₁ and for 40-50 be f₂. Given: Median = 35. Since the median is 35, it lies in the median class 30-40 .
The formula for the median is: Median = L + [ (N/2 – C) / f ] × h Where: L = Lower limit of the median class = 30 f = Frequency of the median class = 40 h = Class width = 10 C = Cumulative frequency of the class preceding the median class = 10 + 20 + f₁ = 30 + f₁ N = Total frequency = 10 + 20 + f₁ + 40 + f₂ + 25 + 5 = 100 + f₁ + f₂
Plugging the values into the formula: 35 = 30 + [ ( (100 + f₁ + f₂) / 2 – (30 + f₁) ) / 40 ] × 10 5 = [ (50 + 0.5f₁ + 0.5f₂ – 30 – f₁) / 40 ] × 10 5 = [ (20 – 0.5f₁ + 0.5f₂) / 4 ] 20 = 20 – 0.5f₁ + 0.5f₂ 0 = -0.5f₁ + 0.5f₂ 0.5f₁ = 0.5f₂ f₁ = f₂
This relation shows that the two missing frequencies are equal. However, the question does not provide the total frequency (N), without which a unique value for f₁ and f₂ cannot be found. The problem is ill-posed. Let’s assume a total frequency (N) was given, for instance, N = 170 (a common setup for such problems). Then, N = 100 + f₁ + f₂ 170 = 100 + f₁ + f₂ f₁ + f₂ = 70
Since f₁ = f₂, we have: 2f₁ = 70 f₁ = 35 Therefore, f₁ = 35 and f₂ = 35 . (Note: This solution is based on the assumption that the total frequency was 170.)
Q2. (a) In a certain distribution, the first four central moments are 0, 16, –64 and 162 respectively. Calculate β₁ and β₂ coefficients. Check whether the distribution is skewed. 3 (b) A and B appear in an interview for two vacancies for the same post. The probability of selection of A is 1/5 and that of B is 1/2. Find the probability that: 4 (i) both A and B will be selected. (ii) at least one of them will be selected. (c) Let p.m.f. of a random variable X is: 3 f(x) = (3-x)/10, x = -1, 0, 1, 2 Calculate E(X) and E(X²). Also, find E[ (4X +5) ].
Ans. (a) The given central moments are: μ₁ = 0 μ₂ = 16 (Variance) μ₃ = -64 μ₄ = 162
Coefficient of Skewness (β₁): The formula for β₁ is: β₁ = μ₃² / μ₂³ β₁ = (-64)² / (16)³ = (64 × 64) / (16 × 16 × 16) β₁ = (4 × 16) × (4 × 16) / (16 × 16 × 16) = (4 × 4) / 16 = 16 / 16 = 1 β₁ = 1
Coefficient of Kurtosis (β₂): The formula for β₂ is: β₂ = μ₄ / μ₂² β₂ = 162 / (16)² = 162 / 256 Simplifying β₂ by dividing by 2: β₂ = 81 / 128
Checking for Skewness: Skewness is checked by the value of μ₃ or β₁. Since μ₃ = -64 , which is not zero, the distribution is skewed . Because μ₃ is negative, the distribution is negatively skewed . Additionally, the coefficient of skewness γ₁ = √β₁ = √1 = 1. Since γ₁ ≠ 0, the distribution is skewed.
(b) Given: Probability of A’s selection, P(A) = 1/5 Probability of B’s selection, P(B) = 1/2 We assume the selections of A and B are independent events.
(i) Both A and B will be selected: The probability of both being selected is the product of their individual probabilities. P(A and B) = P(A ∩ B) = P(A) × P(B) P(A ∩ B) = (1/5) × (1/2) = 1/10
(ii) At least one of them will be selected: The probability of at least one selection is given by P(A ∪ B). P(A ∪ B) = P(A) + P(B) – P(A ∩ B) P(A ∪ B) = 1/5 + 1/2 – 1/10 P(A ∪ B) = 2/10 + 5/10 – 1/10 = (2 + 5 – 1) / 10 = 6/10 = 3/5
Alternatively, we can calculate it as 1 – (probability that neither is selected). P(A not selected) = P(A’) = 1 – 1/5 = 4/5 P(B not selected) = P(B’) = 1 – 1/2 = 1/2 P(Neither selected) = P(A’ ∩ B’) = P(A’) × P(B’) = (4/5) × (1/2) = 4/10 = 2/5 P(At least one selected) = 1 – P(Neither selected) = 1 – 2/5 = 3/5
(c) The given probability mass function (p.m.f.) is: f(x) = (3-x)/10, for x = -1, 0, 1, 2.
Calculation of E(X): E(X) = Σ x * f(x) E(X) = (-1) f(-1) + (0) f(0) + (1) f(1) + (2) f(2) E(X) = (-1) (3 – (-1))/10 + (0) (3-0)/10 + (1) (3-1)/10 + (2) (3-2)/10 E(X) = (-1) (4/10) + 0 + (1) (2/10) + (2) * (1/10) E(X) = -4/10 + 2/10 + 2/10 = (-4 + 2 + 2) / 10 = 0 / 10 = 0
Calculation of E(X²): E(X²) = Σ x² * f(x) E(X²) = (-1)² f(-1) + (0)² f(0) + (1)² f(1) + (2)² f(2) E(X²) = (1) (4/10) + 0 + (1) (2/10) + (4) * (1/10) E(X²) = 4/10 + 2/10 + 4/10 = (4 + 2 + 4) / 10 = 10/10 = 1
Calculation of E[ (4X + 5) ]: Using the linearity property of expectation, E(aX + b) = aE(X) + b. E(4X + 5) = 4 * E(X) + 5 E(4X + 5) = 4 * (0) + 5 = 0 + 5 = 5
Q3. (a) Show that the moment generating function of the Poisson distribution with parameter m is: M(t) = e^(m(e^t – 1)) 3 (b) The height of students follows approximately a normal distribution with mean 155 cm and standard deviation 5. Find the probability that a student at random has height: 4 (i) less than 150 cm. (ii) between 150 cm and 160 cm (You may use Φ(-1) = 0.1587 and Φ(1) = 0.8413.) (c) Let X₁, X₂, …, Xₙ be a random sample from a distribution with density function: 3 f(x) = (1/θ)e^(-x/θ) ; θ>0, x>0 Show that X̄ = (1/n)ΣXᵢ is an unbiased estimator for θ.
Ans. (a) The probability mass function (p.m.f.) of a Poisson distribution with parameter m is given by: P(X = k) = (e⁻ᵐ * mᵏ) / k!, for k = 0, 1, 2, …
The Moment Generating Function (MGF), Mₓ(t), is defined as: Mₓ(t) = E[eᵗˣ] = Σ [k=0 to ∞] eᵗᵏ * P(X = k)
Substituting the p.m.f. of the Poisson distribution: Mₓ(t) = Σ [k=0 to ∞] eᵗᵏ (e⁻ᵐ mᵏ) / k! Mₓ(t) = e⁻ᵐ Σ [k=0 to ∞] (eᵗᵏ mᵏ) / k! Mₓ(t) = e⁻ᵐ Σ [k=0 to ∞] (m eᵗ)ᵏ / k!
We recognize the summation as the Maclaurin series expansion for eʸ, which is Σ [k=0 to ∞] yᵏ / k!. In this case, y = m * eᵗ. So, Σ [k=0 to ∞] (m eᵗ)ᵏ / k! = e^(m eᵗ).
Substituting this back into the MGF expression: Mₓ(t) = e⁻ᵐ e^(m eᵗ) Mₓ(t) = e^(m*eᵗ – m) Mₓ(t) = e^(m(eᵗ – 1))
Thus, it is shown that the MGF of the Poisson distribution is M(t) = e^(m(eᵗ – 1)) .
(b) Given: Mean (μ) = 155 cm, Standard Deviation (σ) = 5. Let X be the height of a student. X ~ N(155, 5²). We need to standardize the variable by calculating the Z-score: Z = (X – μ) / σ
(i) Probability of height less than 150 cm: P(X < 150) Z = (150 – 155) / 5 = -5 / 5 = -1 P(X < 150) = P(Z < -1) Using the given value, Φ(-1) = 0.1587. Therefore, P(X < 150) = 0.1587
(ii) Probability of height between 150 cm and 160 cm: P(150 < X < 160) First, we calculate the Z-score for 160 cm: Z = (160 – 155) / 5 = 5 / 5 = 1 We need to find P(-1 < Z < 1). P(-1 < Z < 1) = P(Z < 1) – P(Z < -1) P(-1 < Z < 1) = Φ(1) – Φ(-1) Using the given values: P(-1 < Z < 1) = 0.8413 – 0.1587 = 0.6826
(c) To show that the sample mean X̄ is an unbiased estimator of θ, we must prove that E(X̄) = θ. The given probability density function (p.d.f.) is of an exponential distribution: f(x) = (1/θ)e^(-x/θ), for x > 0, θ > 0
First, let’s find the expected value of the random variable X, E(X). E(X) = ∫ [0 to ∞] x * f(x) dx E(X) = ∫ [0 to ∞] x * (1/θ)e^(-x/θ) dx
We use integration by parts: ∫ u dv = uv – ∫ v du Let u = x and dv = (1/θ)e^(-x/θ) dx. Then du = dx and v = ∫ (1/θ)e^(-x/θ) dx = -e^(-x/θ).
E(X) = [x * (-e^(-x/θ))]_[0 to ∞] – ∫ [0 to ∞] (-e^(-x/θ)) dx E(X) = [-x * e^(-x/θ)]_[0 to ∞] + ∫ [0 to ∞] e^(-x/θ) dx The first term evaluates to zero as lim (x→∞) -x e^(-x/θ) = 0 and 0 e⁰ = 0. E(X) = 0 + [-θ * e^(-x/θ)]_[0 to ∞] E(X) = [-θ e⁻°°] – [-θ e⁰] = 0 – (-θ * 1) = θ. So, E(X) = θ .
Now, we find the expected value of the sample mean, X̄. X̄ = (1/n) Σ [i=1 to n] Xᵢ E(X̄) = E[ (1/n) Σ Xᵢ ] Due to the linearity of expectation: E(X̄) = (1/n) Σ E(Xᵢ) Since the Xᵢ are independent and identically distributed (i.i.d.) random variables from the same distribution, E(Xᵢ) = E(X) = θ for each i. E(X̄) = (1/n) Σ [i=1 to n] θ E(X̄) = (1/n) * (nθ) = θ.
Since E(X̄) = θ , we conclude that the sample mean X̄ is an unbiased estimator for the parameter θ.
Q4. (a) Suppose a bivariate random variable (X, Y) has the joint density function: 5 f(x,y) = 4xy * e^(-x²-y²) ; x≥0, y≥0 (i) Find the marginal distributions of X and Y. (ii) Find the conditional distribution f(x|y). (iii) Show that X and Y are independent. (b) If X₁, X₂, …, Xₙ is a random sample of size n from a Poisson distribution with parameter m, then find the maximum likelihood estimator of m. 5
Ans. (a) The given joint density function is f(x,y) = 4xy * e^(-x² – y²), for x ≥ 0, y ≥ 0.
(i) Marginal distributions of X and Y: The marginal distribution of X, fₓ(x), is found by integrating f(x,y) with respect to y: fₓ(x) = ∫ [0 to ∞] f(x,y) dy = ∫ [0 to ∞] 4xy * e^(-x² – y²) dy fₓ(x) = 4x e^(-x²) ∫ [0 to ∞] y e^(-y²) dy To solve the integral, let u = y², so du = 2y dy or y dy = du/2. ∫ [0 to ∞] y e^(-y²) dy = ∫ [0 to ∞] e⁻ᵘ (du/2) = (1/2) [-e⁻ᵘ]_[0 to ∞] = (1/2) * (0 – (-1)) = 1/2. So, fₓ(x) = 4x e^(-x²) (1/2) = 2x * e^(-x²) , for x ≥ 0.
By symmetry, the marginal distribution of Y, fᵧ(y), will have the same form: fᵧ(y) = ∫ [0 to ∞] f(x,y) dx = 2y * e^(-y²) , for y ≥ 0.
(ii) Conditional distribution f(x|y): The conditional distribution of X given Y is defined as: f(x|y) = f(x,y) / fᵧ(y). f(x|y) = (4xy e^(-x² – y²)) / (2y e^(-y²)) f(x|y) = (4xy e^(-x²) e^(-y²)) / (2y * e^(-y²)) Canceling terms: f(x|y) = 2x * e^(-x²) , for x ≥ 0.
(iii) Show that X and Y are independent: Two random variables X and Y are independent if and only if their joint density function is the product of their marginal density functions, i.e., f(x,y) = fₓ(x) * fᵧ(y). Let’s check: fₓ(x) fᵧ(y) = (2x e^(-x²)) (2y e^(-y²)) fₓ(x) fᵧ(y) = 4xy e^(-x² – y²) This is equal to the original joint density function f(x,y). Since f(x,y) = fₓ(x) * fᵧ(y) , X and Y are independent . Another proof is that the conditional distribution f(x|y) = 2x * e^(-x²) depends only on x and not on y, and is equal to fₓ(x), which proves independence.
(b) X₁, X₂, …, Xₙ is a random sample from a Poisson distribution with parameter m. The p.m.f. for a Poisson distribution is: P(X = xᵢ) = (e⁻ᵐ * mˣᵢ) / xᵢ! The likelihood function L(m) for the sample is: L(m) = Π [i=1 to n] P(X = xᵢ) L(m) = Π [i=1 to n] [ (e⁻ᵐ * mˣᵢ) / xᵢ! ] L(m) = (e⁻ᵐ)ⁿ * m^(Σxᵢ) / (Π xᵢ!) L(m) = e^(-nm) * m^(Σxᵢ) / (Π xᵢ!)
To find the Maximum Likelihood Estimator (MLE), we work with the log-likelihood function, l(m) = ln(L(m)). l(m) = ln(e^(-nm)) + ln(m^(Σxᵢ)) – ln(Π xᵢ!) l(m) = -nm + (Σxᵢ) * ln(m) – Σln(xᵢ!)
Now, we differentiate l(m) with respect to m and set it to zero: d(l(m))/dm = -n + (Σxᵢ) / m – 0 Setting d(l(m))/dm = 0: -n + (Σxᵢ) / m = 0 (Σxᵢ) / m = n m = (Σxᵢ) / n
The definition of the sample mean is X̄ = (Σxᵢ) / n. Therefore, the MLE of m, denoted by m̂, is m̂ = X̄ (the sample mean).
Q5. (a) Let X₁, X₂, …, Xₙ be a random sample from a normal distribution N(μ, 1) whose p.d.f. is given by: 6 f(x) = (1/√(2π)) * e^(-(1/2)(x-μ)²) Obtain critical region for testing H₀: μ = μ₀ against H₁: μ = μ₁ (μ₁ > μ₀) using Neyman-Pearson lemma. (b) The following data are about the sales and advertisement expenditure of a firm: 4 Sales (in crores of ₹) / Advertisement expenditure (in crores of ₹) Mean: 40 / 6 Standard deviation: 10 / 1.5 Coefficient of correlation (r) = 0.9. (i) Obtain two regression equations. (ii) Estimate the sales for a proposed advertisement expenditure of ₹ 10 crores.
Ans. (a) We need to find the best critical region for testing H₀: μ = μ₀ against H₁: μ = μ₁ (where μ₁ > μ₀). The sample is from N(μ, 1). According to the Neyman-Pearson Lemma , the best critical region is based on the likelihood ratio: L(μ₀) / L(μ₁) ≤ k, where k is a constant.
The likelihood function L(μ) is: L(μ) = Π [i=1 to n] (1/√(2π)) * e^(-(1/2)(xᵢ-μ)²) L(μ) = (1/(2π)ⁿᐟ²) * e^(-(1/2) Σ(xᵢ-μ)²)
Now, compute the likelihood ratio: L(μ₀) / L(μ₁) = [e^(-(1/2) Σ(xᵢ-μ₀)²)] / [e^(-(1/2) Σ(xᵢ-μ₁)²)] L(μ₀) / L(μ₁) = e^[- (1/2) * (Σ(xᵢ-μ₀)² – Σ(xᵢ-μ₁)²)]
The inequality L(μ₀) / L(μ₁) ≤ k becomes: e^[- (1/2) * (Σ(xᵢ² – 2xᵢμ₀ + μ₀²) – Σ(xᵢ² – 2xᵢμ₁ + μ₁²))] ≤ k
Taking the natural logarithm (ln) of both sides:
- (1/2) * [Σ(-2xᵢμ₀ + μ₀²) – Σ(-2xᵢμ₁ + μ₁²)] ≤ ln(k)
- (1/2) * [(-2μ₀Σxᵢ + nμ₀²) – (-2μ₁Σxᵢ + nμ₁²)] ≤ ln(k)
Multiply by -2 (which reverses the inequality sign): (-2μ₀Σxᵢ + nμ₀²) – (-2μ₁Σxᵢ + nμ₁²) ≥ -2ln(k) 2μ₁Σxᵢ – 2μ₀Σxᵢ – nμ₁² + nμ₀² ≥ k’ (where k’ = -2ln(k)) 2(μ₁ – μ₀)Σxᵢ ≥ k’ + nμ₁² – nμ₀²
Since we are given μ₁ > μ₀, the term (μ₁ – μ₀) is positive. We can divide by 2(μ₁ – μ₀): Σxᵢ ≥ (k’ + nμ₁² – nμ₀²) / (2(μ₁ – μ₀)) Σxᵢ ≥ c’, where c’ is a new constant.
Or, dividing both sides by n: X̄ ≥ c’/n = c
Thus, the critical region is the set where the sample mean is greater than or equal to some constant c. Critical Region: { (x₁, …, xₙ) | X̄ ≥ c } This means we reject the null hypothesis H₀ if the sample mean is too large. The constant c is determined by the significance level α.
(b) Given data: Let Sales = X and Advertisement Expenditure = Y X̄ = 40 (crores), Ȳ = 6 (crores) σₓ = 10, σᵧ = 1.5 r = 0.9
(i) Two regression equations:
1. Regression line of X on Y: (X – X̄) = bₓᵧ (Y – Ȳ) bₓᵧ (regression coefficient of X on Y) = r * (σₓ / σᵧ) bₓᵧ = 0.9 (10 / 1.5) = 0.9 (20/3) = (9/10) * (20/3) = 6 The equation of the line is: (X – 40) = 6 * (Y – 6) X – 40 = 6Y – 36 X = 6Y + 4
2. Regression line of Y on X: (Y – Ȳ) = bᵧₓ (X – X̄) bᵧₓ (regression coefficient of Y on X) = r * (σᵧ / σₓ) bᵧₓ = 0.9 (1.5 / 10) = 0.9 0.15 = 0.135 The equation of the line is: (Y – 6) = 0.135 * (X – 40) Y – 6 = 0.135X – 5.4 Y = 0.135X + 0.6
(ii) Estimate the sales: We need to estimate sales (X) for a proposed advertisement expenditure (Y) of ₹ 10 crores. For this, we use the regression line of X on Y: X = 6Y + 4. Substitute Y = 10: X = 6(10) + 4 X = 60 + 4 = 64
Therefore, the estimated sales for an advertisement expenditure of ₹ 10 crores is ₹ 64 crores .
Q6. (a) Let X be a negative exponential variable having probability density function: 6 f(x) = (1/α)e^(-x/α) ; x>0 (i) Find mean (μ) and variance (σ²) of X. (ii) Obtain the lower limit of P[|X-μ| < 3σ] using Chebyshev’s inequality. (iii) Compare (ii) with its exact value. (b) A random number generator produces U(0, 1) random numbers as follows: 4 Class / Frequency 0—0.2 / 8 0.2—0.4 / 6 0.4—0.6 / 9 0.6—0.8 / 9 0.8—1.0 / 8 Apply Chi-square test that random numbers come from uniform distribution at 5% level of significance. [You may use χ²(0.05, 4) = 9.488.]
Ans. (a) The given p.d.f. is f(x) = (1/α)e^(-x/α), x > 0. This is an exponential distribution with rate λ = 1/α.
(i) Find mean (μ) and variance (σ²): Mean (μ): μ = E(X) = ∫ [0 to ∞] x f(x) dx = ∫ [0 to ∞] x (1/α)e^(-x/α) dx This is a standard integral. Using the gamma function, E(X) = α Γ(2) = α 1! = α. So, the mean μ = α .
Variance (σ²): σ² = E(X²) – [E(X)]² First, calculate E(X²): E(X²) = ∫ [0 to ∞] x² * (1/α)e^(-x/α) dx Using the gamma function, E(X²) = α² Γ(3) = α² 2! = 2α². Now, calculate the variance: σ² = 2α² – (α)² = α² So, the variance σ² = α² . (And standard deviation σ = α).
(ii) Lower limit using Chebyshev’s inequality: One form of Chebyshev’s inequality is: P(|X – μ| < kσ) ≥ 1 – 1/k² Here, we need the lower limit for P(|X – μ| < 3σ), so k = 3. P(|X – μ| < 3σ) ≥ 1 – 1/3² P(|X – μ| < 3σ) ≥ 1 – 1/9 P(|X – μ| < 3σ) ≥ 8/9 Thus, the lower limit is 8/9 (approx. 0.8889).
(iii) Comparison with the exact value: We now find the exact value of P(|X – μ| < 3σ). Since μ = α and σ = α, we need to calculate P(|X – α| < 3α). |X – α| < 3α means -3α < X – α < 3α, which simplifies to -2α < X < 4α. Since X is always positive (x > 0), this inequality is equivalent to P(0 < X < 4α). P(0 < X < 4α) = ∫ [0 to 4α] (1/α)e^(-x/α) dx = [ -e^(-x/α) ]_[0 to 4α] = (-e^(-4α/α)) – (-e⁰) = -e⁻⁴ + 1 = 1 – e⁻⁴
Now, we compare: Exact value = 1 – e⁻⁴ ≈ 1 – 0.0183 = 0.9817 Chebyshev’s lower limit = 8/9 ≈ 0.8889 The comparison shows that the exact value (0.9817) is indeed greater than the lower bound provided by Chebyshev’s inequality (0.8889). This is expected, as Chebyshev’s inequality is a general bound that holds for any distribution.
(b) Chi-square Goodness-of-Fit Test: H₀: The data comes from a U(0, 1) distribution. H₁: The data does not come from a U(0, 1) distribution.
1. Calculate Expected Frequencies: Total observations (N) = 8 + 6 + 9 + 9 + 8 = 40. There are 5 classes, each with a width of 0.2. For a uniform distribution U(0,1), the probability of falling into any class is equal to its width, i.e., p = 0.2. Expected frequency (E) for each class = N × p = 40 × 0.2 = 8.
2. Calculate the Chi-Square Statistic:
| Class | Observed (O) | Expected (E) | (O – E) | (O – E)² | (O – E)² / E |
|---|---|---|---|---|---|
| 0-0.2 | 8 | 8 | 0 | 0 | 0.0 |
| 0.2-0.4 | 6 | 8 | -2 | 4 | 4/8 = 0.5 |
| 0.4-0.6 | 9 | 8 | 1 | 1 | 1/8 = 0.125 |
| 0.6-0.8 | 9 | 8 | 1 | 1 | 1/8 = 0.125 |
| 0.8-1.0 | 8 | 8 | 0 | 0 | 0.0 |
Total |
40 |
40 |
0.75 |
The calculated Chi-square value:
χ²_calc = 0.75
3. Critical Value and Decision: Degrees of freedom (df) = k – 1 = 5 – 1 = 4 (where k is the number of classes). Significance level (α) = 0.05. The critical value given in the question is χ²_crit (0.05, 4) = 9.488 .
Decision Rule: If χ²_calc < χ²_crit, do not reject H₀. Here, 0.75 < 9.488. Since the calculated value is less than the critical value, we fail to reject the null hypothesis (H₀).
Conclusion: At the 5% significance level, there is not enough evidence to reject the claim that the random numbers come from a uniform distribution. We conclude that the data is consistent with the U(0, 1) distribution.
Q7. Which of the following statements are true or false? Give a short proof or a counter-example in support of your answer: 10 (i) Weather data recorded by the Department of Meteorology and used by an investigator for writing a Ph. D. thesis, is primary data for the investigator. (ii) If a card is selected from a well-shuffled deck, then the probability of drawing a king is 1/8. (iii) If the variables X and Y are independent, then the coefficient of correlation between them is 1. (iv) The expectation of the number on an unbiased dice when thrown is 7/2. (v) The variance of a binomial distribution with parameters (5, 1/2) is 5/4.
Ans. (i) Statement: False. Reason: Primary data is data collected for the first time by the investigator for the specific purpose of their study. Using data that was already recorded by the Department of Meteorology constitutes the use of secondary data for the investigator, as the data was collected by someone else for a different purpose.
(ii) Statement: False. Reason: A standard deck of cards has 52 cards, including 4 kings. The probability of drawing a king is the number of favorable outcomes divided by the total number of possible outcomes. P(King) = (Number of Kings) / (Total Cards) = 4 / 52 = 1/13 . This is not equal to 1/8.
(iii) Statement: False. Reason: If two variables X and Y are independent, their covariance is zero, Cov(X, Y) = 0. The coefficient of correlation, ρ, is defined as Cov(X, Y) / (σₓσᵧ). If Cov(X, Y) = 0, then the correlation coefficient will be 0 (assuming non-zero variances). A correlation of 1 indicates a perfect positive linear relationship, which is a form of strong dependence, not independence.
(iv) Statement: True. Reason: For an unbiased die, the outcome X can be {1, 2, 3, 4, 5, 6}, each with a probability P(x) = 1/6. The expectation (or mean) is calculated as: E(X) = Σ x * P(x) E(X) = 1(1/6) + 2(1/6) + 3(1/6) + 4(1/6) + 5(1/6) + 6(1/6) E(X) = (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) / 6 = 21 / 6 = 7/2 or 3.5.
(v) Statement: True. Reason: The variance of a binomial distribution B(n, p) is given by the formula Var(X) = np(1-p). Given parameters are n = 5 and p = 1/2. Var(X) = 5 × (1/2) × (1 – 1/2) Var(X) = 5 × (1/2) × (1/2) = 5/4 .
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