Dirac-Verteilung

Die Dirac-Verteilung, manchmal auch Punktverteilung, deterministische Verteilung, Einheitsmasse^[1] oder degenerierte Verteilung genannt, ist eine spezielle Wahrscheinlichkeitsverteilung in der Stochastik. Sie zählt zu den diskreten Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Ihr Name folgt daher, dass sie aus dem Diracmaß abgeleitet wird. Sie ist meist nur von theoretischer Bedeutung und spielt eine wichtige Rolle in der Klassifikation der unendlich teilbaren Verteilungen.

Definition

Die Verteilungsfunktion von ${\displaystyle \delta _{0}}$

Eine reelle Zufallsvariable ${\displaystyle X}$ heißt Dirac-verteilt zum Punkt ${\displaystyle b}$, in Symbolen ${\displaystyle X\sim \delta _{b}}$, wenn sie die Verteilungsfunktion

${\displaystyle F_{X}(t)={\begin{cases}0&{\text{ falls }}t<b\\1&{\text{ falls }}b\leq t\end{cases}}}$

besitzt. Die Verteilung von ${\displaystyle X}$ ist also genau das Diracmaß im Punkt ${\displaystyle b}$, das heißt für alle messbaren Mengen ${\displaystyle A\subset \mathbb {R} }$ gilt

${\displaystyle P(X\in A)={\begin{cases}1&{\text{ falls }}b\in A,\\0&{\text{ sonst.}}\end{cases}}}$

Die Zufallsvariable ${\displaystyle X}$ nimmt insbesondere fast sicher den Wert ${\displaystyle b}$ an, es gilt also ${\displaystyle P(X=b)=1}$, worauf der Name deterministische Verteilung zurückzuführen ist.

Eigenschaften

Lagemaße

Erwartungswert, Modus und Median fallen alle zusammen und sind gleich dem Punkt ${\displaystyle b}$

Streumaße

Varianz, Standardabweichung und Variationskoeffizient fallen zusammen und sind alle gleich ${\displaystyle 0}$

Symmetrie

Die Dirac-Verteilung ist symmetrisch um ${\displaystyle b}$.

Höhere Momente

Die Momente sind gegeben durch

${\displaystyle m_{k}=b^{k}}$

Entropie

Die Entropie der Dirac-Verteilung ist 0.

Kumulanten

Die kumulantenerzeugende Funktion ist

${\displaystyle g_{X}(t)=bt}$.

Damit ist ${\displaystyle \kappa _{1}=b}$ und alle weiteren Kumulanten sind gleich 0.

Charakteristische Funktion

Die charakteristische Funktion ist

${\displaystyle \varphi _{X}(t)=e^{ibt}\,}$

Momenterzeugende Funktion

Die momenterzeugende Funktion ist

${\displaystyle M_{X}(t)=e^{bt}\,}$

Reproduktivität, α-Stabilität und unendliche Teilbarkeit

Die Klasse der Dirac-Verteilungen ist reproduktiv, da die Summe Dirac-verteilter Zufallsvariablen wieder Dirac-verteilt ist, da für die Faltung

${\displaystyle \delta _{x}*\delta _{y}=\delta _{x+y}}$

gilt. Des Weiteren sind Dirac-Verteilungen α-stabile Verteilungen mit ${\displaystyle \alpha =1}$. Teilweise werden aber Dirac-Verteilungen explizit von der Definition der α-Stabilität ausgeschlossen. Außerdem sind Dirac-Verteilungen unendlich teilbar, da ${\displaystyle \delta _{b/n}^{*n}=\delta _{b}}$ gilt.

Beziehung zu anderen Verteilungen

Die Dirac-Verteilung tritt meist als degenerierter Fall bei schlechter Parameterwahl von anderen Verteilungen auf. Beispielsweise sind die Bernoulli-Verteilung, die Zweipunktverteilung und die Binomialverteilung alles Dirac-Verteilungen, wenn man ${\displaystyle p=0}$ wählt. Des Weiteren ist auch die diskrete Gleichverteilung auf einem Punkt eine Dirac-Verteilung.

Literatur

• Achim Klenke: Wahrscheinlichkeitstheorie. 3. Auflage. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-36017-6, doi:10.1007/978-3-642-36018-3. 
• Hans-Otto Georgii: Stochastik. Einführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik. 4. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2009, ISBN 978-3-11-021526-7, doi:10.1515/9783110215274. 

Einzelnachweise

1. ↑ Georgii: Stochastik. 2009, S. 14.