diff --git a/docs/5_17_1_proceso_funciones_poisson.md b/docs/5_17_1_proceso_funciones_poisson.md index 48d2628..cceee1b 100644 --- a/docs/5_17_1_proceso_funciones_poisson.md +++ b/docs/5_17_1_proceso_funciones_poisson.md @@ -2,6 +2,106 @@ [17 - Proceso contador de Poisson](https://www.overleaf.com/read/ctgmjmgscrhj#116f35) -### Secciones -- Proceso aleatorio de Poisson (1 - 6) -- Funciones de densidad del proceso de Poisson (7 - 9) \ No newline at end of file +# Proceso aleatorio de Poisson + +!!! note "Introducción" + + Un proceso aleatorio de Poisson describe el número de veces que algún evento ha ocurrido, como una función del tiempo o el espacio, y en donde los eventos ocurren en instantes o lugares al azar. + + Ejemplos de situaciones que pueden describirse con este modelo incluyen: + + - La llegada de un cliente a la caja de supermercado. + - La caída de un rayo dentro de un área prescrita. + - La falla de un componente en un sistema. + - La emisión de un electrón desde la superficie de un material sensible a la luz (fotodetector). + - El número de solicitudes a un servidor. + - El número de plantas en un área boscosa. + + El proceso se reduce a contar el número de tales ocurrencias con el tiempo. Por esta razón, el proceso también se conoce como **proceso contador de Poisson**. + +--- + +## Definición del proceso de Poisson + +!!! tip "Definición del proceso de Poisson" + + Sea \( X(t) \) el número de ocurrencias del evento con el tiempo (el proceso). Entonces \( X(t) \) consiste en funciones de valores enteros no-decrecientes. La probabilidad de que sucedan exactamente \( k \) eventos en el tiempo \( t \) está dada por: + + $$ + P(X = k) = \frac{(\lambda t)^k}{k!} e^{-\lambda t}, \quad k = 0, 1, 2, \ldots + $$ + + Por conveniencia, se toma \( X(t) = 0 \) en \( t = 0 \); para \( t > 0 \), \( X(t) \) es el número de ocurrencias en el intervalo \([0, t]\); para \( t < 0 \), \( X(t) \) es el negativo del número de ocurrencias en el intervalo \([t, 0]\). + + +![Distribución de Poisson para distintos valores de k](images/poisson_curvas.png) + +--- + +!!! tip "Visualización del proceso" + + La evolución del proceso \( X(t) \) puede visualizarse como una función escalonada que aumenta en pasos unitarios en los puntos de ocurrencia del evento. Cada incremento representa un evento observado. + + +![Función muestra del proceso Poisson](images/poisson_pasos.png) + + +--- + +## Condiciones del proceso de Poisson + +!!! tip "Condiciones que debe cumplir el proceso" + + - A la vez solamente ocurre un evento (aunque los tiempos puedan estar muy cerca). + - Los tiempos de ocurrencia son estadísticamente independientes, de modo que el número de eventos en un intervalo dado es independiente del número en otro. + - El número esperado de eventos crece de forma aproximadamente lineal con el tiempo. + + El número de ocurrencias de eventos en cualquier intervalo finito está descrito por la distribución de Poisson con tasa promedio \( \lambda \), también conocida como intensidad. + +--- + +## Ejemplo: Contador de Geiger + +!!! example "¿Cuál es la probabilidad de que en 30 segundos se reciba al menos un pulso?" + + Suponga que en un contador de Geiger llegan pulsos con una tasa promedio de 6 por minuto, de forma que \( \lambda = 6 \). Queremos conocer la probabilidad de que en un intervalo de 30 segundos (es decir, \( t = 0.5 \) minutos) al menos un pulso sea recibido. + + Como el número de pulsos sigue una distribución de Poisson con parámetro \( \lambda t = 3 \), se tiene: + + $$ + P(X \geq 1) = 1 - P(X = 0) = 1 - \frac{(3)^0}{0!} e^{-3} = 1 - e^{-3} \approx 0.95 + $$ + +!!! note "" + Hay un 95 % de probabilidad de detectar al menos un pulso en 30 segundos. + +--- + +# Funciones de densidad del proceso de Poisson + +## Definición de la función de densidad + +!!! tip "Función de densidad del proceso de Poisson" + + La probabilidad de exactamente \( k \) ocurrencias sobre un intervalo \([0, t]\) es: + + $$ + P[X(t) = k] = \frac{(\lambda t)^k}{k!} e^{-\lambda t}, \quad k = 0, 1, 2, \ldots + $$ + + La densidad de probabilidad del número de ocurrencias se puede escribir como: + + $$ + f_X(x) = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{(\lambda t)^k}{k!} e^{-\lambda t} \delta(x - k) + $$ + +--- + +!!! tip "Interpretación visual" + + La función de masa de probabilidad (PMF) del proceso Poisson representa la probabilidad de ocurrencia exacta de un número entero de eventos. A medida que el tiempo \( t \) aumenta, la dispersión de la distribución también aumenta, lo que se traduce en una mayor variabilidad del número de eventos esperados. + + +![Función PMF de Poisson con λ = 2.5](images/pmf_poisson.png) + +--- diff --git a/docs/images/pmf_poisson.png b/docs/images/pmf_poisson.png new file mode 100644 index 0000000..d61d2ce Binary files /dev/null and b/docs/images/pmf_poisson.png differ diff --git a/docs/images/poisson_curvas.png b/docs/images/poisson_curvas.png new file mode 100644 index 0000000..482ba71 Binary files /dev/null and b/docs/images/poisson_curvas.png differ diff --git a/docs/images/poisson_pasos.png b/docs/images/poisson_pasos.png new file mode 100644 index 0000000..1230c4a Binary files /dev/null and b/docs/images/poisson_pasos.png differ