SlideShare a Scribd company logo
MTH 263  
Probability and Random Variables
                 Lecture 2, Chapter 2
                     Dr. Sobia Baig
         Electrical Engineering Department
  COMSATS Institute of Information Technology, Lahore
Contents
• RANDOM EXPERIMENTS
  RANDOM EXPERIMENTS
  – Examples
• THE AXIOMS OF PROBABILITY
  THE AXIOMS OF PROBABILITY
  – Examples
• Sample Space
  – Discrete
  – Continuous


         Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   2
Basic Concepts of Probability Theory

• set theory is used to specify the sample space and the 
  events of a random experiment
• the axioms of probability specify rules for computing the 
  probabilities of events
• the notion of conditional probability allows us to determine 
  how partial information about the outcome of an 
  experiment affects the probabilities of events
• Conditional probability also allows us to formulate the 
  notion of “independence” of events and of experiments. 
• We consider “sequential” random experiments that consist 
  We consider  sequential random experiments that consist
  of performing a sequence of simple random 
  subexperiments.


             Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   3
RANDOM EXPERIMENTS
       RANDOM EXPERIMENTS
• A random experiment is an experiment in
  A random experiment is an experiment in 
  which the outcome varies in an unpredictable 
  fashion when the experiment is repeated 
  fashion when the experiment is repeated
  under the same conditions.




          Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   4
SPECIFYING RANDOM EXPERIMENTS
 SPECIFYING RANDOM EXPERIMENTS
• A random experiment is specified by stating
  A random experiment is specified by stating 
  – an experimental procedure and 
  – a set of one or more measurements or
    a set of one or more measurements or 
    observations




          Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   5
Examples of Random Experiments
Examples of Random Experiments




      Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   6
Examples of Random Experiments
Examples of Random Experiments




      Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   7
Sample Space
                     Sample Space
• The sample space S of a random experiment is
  The sample space S of a random experiment is 
  defined as the set of all possible outcomes.
• We will denote an outcome of an experiment
  We will denote an outcome of an experiment 
  by ζ where ζ is an element or point in S.
• E h
  Each performance of a random experiment 
           f           f      d          i
  can then be viewed as the selection at random 
  of a single point (outcome) from S.
   f i l        i (           )f     S


          Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   8
Specifying Sample Space
       Specifying Sample Space
• The sample space S can be specified
  The sample space S can be specified 
  compactly by using set notation.
• It can be visualized by
  It can be visualized by
  – drawing tables
  – Di
    Diagrams
  – intervals of the real line
  – regions of the plane.



           Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   9
Sets
• There are two basic ways to specify a set:
  There are two basic ways to specify a set:
1. List all the elements, separated by commas, 
   inside a pair of braces:
   inside a pair of braces:
      A={1,2,3}
2. Give a property that specifies the elements of 
   the set:
• A = {x: x is an integer such that 0 ≤x ≤ 36}


          Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   10
Sample Space of Example 2.1 
Sample Space of Example 2.1




    Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   11
Sample Space Classification
     Sample Space Classification
• A sample space can be 
       p p
  – Finite
  – countably infinite
  – uncountably i fi it
           t bl infinite
• We call S a discrete sample space if S is
  countable; that is, its outcomes can be put into
  one‐to‐one correspondence with the positive
  integers.
• W
  We call S a continuous sample space if S is not 
        ll S      i            l      if S i
  countable. Experiments and have finite discrete 
      p p
  sample spaces.
           Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   12
Sample Space Classification Examples
Sample Space Classification‐Examples




       Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   13
Events
• Events are subsets of Sample Space
• We may not be interested in a single outcome, instead 
  in occurrence of an event
• An event of special interest is the certain event S
  An event of special interest is the certain event, S, 
  which consists of all outcomes and hence always 
  occurs.
• th i
  the impossible or null event, which contains no 
             ibl        ll     t hi h       t i
  outcomes and hence never occurs Ø
• An event from a discrete sample space that consists of 
                                  p p                    f
  a single outcome is called an elementary event.
• Which event in previous slide is Elementary?

            Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   14
Example of Events
   Example of Events




Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   15
Set Theory & Venn Diagrams

Co cepts o Set eo y
Concepts from Set Theory.
• A set is a collection of 
  objects and will be 
  denoted by capital letters
• We define U as the 
  universal set that 
     i      l t th t
  consists of all possible 
  objects of interest in a 
     j       f
  given setting or 
  application.

                    Probability and Random Variables, Lecture 
                                                                 16
                                2, by Dr. Sobia Baig
Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   17
Set Operations
         Set Operations




Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   18
THE AXIOMS OF PROBABILITY
    THE AXIOMS OF PROBABILITY
• Probabilities are numbers assigned to events
  Probabilities are numbers assigned to events 
  that indicate how “likely” it is that the events 
  will occur when an experiment is performed
  will occur when an experiment is performed




           Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   19
Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   20
Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   21
Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   22
Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   23
Discrete Sample Spaces
           Discrete Sample Spaces
• Discrete vs. Continuous Samples
• the probability law for an experiment with a countable 
  sample space can be specified by giving the probabilities of 
  the elementary events
• Given a finite sample space S = {a1, a2,…,an} and all distinct 
  elements are disjoint, then the probability of an event
• B = {a1’, a2’,…,am’} P(B) = P{a1’, a2’,…,am’} = P(a1’) + …P( 
   B  {a , a         }  P(B)  P{a , a         }  P(a )  …P(
  am’) , 
• and if an event is D = {b1’, b2’,… }  P(D) = P(b1’) + P(b2’)… 
• Equally likely outcomes: Then the probability of an event is
  Equally likely outcomes: Then the probability of an event is 
  equal to the number of outcomes in the event divided by 
  the total number of outcomes in S 


              Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   24
Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   25
Continuous Sample Spaces
         Continuous Sample Spaces
• Continuous sample spaces arise in experiments in which the 
  outcomes are numbers that can assume a continuum of values, so 
     t               b th t                       ti       f l
  we let the sample space S be the entire real line R (or some interval 
  of the real line).

• Consider the random experiment “pick a number x at random 
  between zero and one.

• The sample space S for this experiment is the unit interval [0, 1], 
  which is uncountably infinite.

•    If we suppose that all the outcomes S are equally likely to be 
    selected, then we would guess that the probability that the 
    outcome is in the interval [0, 1/2] is the same as the probability that 
    the outcome is in the interval [1/2, 1].
    the outcome is in the interval [1/2 1]

                Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   26
Example
• Consider Experiment where we picked two
  Consider Experiment where we picked two 
  numbers x and y at random between zero and 
  one.
• The sample space is then the unit square. 
• If we suppose that all pairs of numbers in the unit
  If we suppose that all pairs of numbers in the unit 
  square are equally likely to be selected, then it is 
  reasonable to use a probability assignment in 
  reasonable to use a probability assignment in
  which the probability of any region R inside the 
  unit square is equal to the area of R.
        q         q
           Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   27
Continuous Sample Space
Continuous Sample Space




  Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   28
Continuous Sample Space
Continuous Sample Space




  Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   29
Summary
• A probability model is specified by identifying the sample space S, 
  the event class of interest, and an initial probability assignment, a 
  th      t l      fi t     t d i iti l          b bilit     i     t
  “probability law,” from which the probability of all events can be 
  computed.

• The sample space S specifies the set of all possible outcomes. If it has 
   a finite or countable number of elements, S is discrete; S is 
   continuous otherwise.

• Events are subsets of S that result from specifying conditions that are 
   of interest in the particular experiment.When S is discrete, events 
   consist of the union of elementary events.When S i
         i f h       i    f l                 Wh S is continuous, 
                                                               i
   events consist of the union or intersection of intervals in the real 
   line.


                Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   30
Summary …
                               Summary …
• The axioms of probability specify a set of properties that must be 
   satisfied by the probabilities of events.
     ti fi d b th      b biliti    f     t

• The corollaries that follow from the axioms provide rules for 
  computing the probabilities of events in terms of the probabilities 
  computing the probabilities of events in terms of the probabilities
  of other related events.

• An initial probability assignment that specifies the probability of 
• An initial probability assignment that specifies the probability of
   certain events must be determined as part of the modeling. 

• If S is discrete it suffices to specify the probabilities of the
  If S is discrete, it suffices to specify the probabilities of the 
  elementary events. If S is continuous, it suffices to specify the 
  probabilities of intervals or of semi‐infinite intervals.



                Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig   31

More Related Content

PPT
PDF
Probability Theory: Probabilistic Model of an Experiment & Sample-point Approach
PDF
Ass2 mth ddp
PDF
Ass2 mth ddp
PPTX
Mth263 lecture 4
PPTX
Mth263 lecture 5
PDF
PTSP notes by jntu hyderabad syallabus r18
PPTX
MS 1_Definition of Statistics.pptx
Probability Theory: Probabilistic Model of an Experiment & Sample-point Approach
Ass2 mth ddp
Ass2 mth ddp
Mth263 lecture 4
Mth263 lecture 5
PTSP notes by jntu hyderabad syallabus r18
MS 1_Definition of Statistics.pptx

Similar to Mth263 lecture 2 (20)

PPTX
Random-Variables-and-Probability-Distributions.pptx
PDF
Lecture (Introduction To Probability).pdf
PDF
Mth263 lecture 1
PDF
Mth263 lecture 1
PDF
schaum_probability.pdf
PPT
Probability And Random Variable Lecture 1
PPTX
Probability
PPTX
RANDOM-VARIABLES-2.pptx
PPT
Indefinite integration class 12
PPTX
Probability and statistics - Discrete Random Variables and Probability Distri...
PPTX
Mth263 lecture 6
PPTX
Mth263 lecture 6
PPTX
Set theory and probability presentation complete
PPTX
Presentation1.pptx... Learn and understand everything
PDF
STAB52 Introduction to probability (Summer 2025) Lecture 1
PDF
Theory of Probability
PDF
Bai giang Chapter 6 avandce math for engeneering
DOC
En505 engineering statistics student notes
PDF
PTSP PPT.pdf
DOCX
Probability[1]
Random-Variables-and-Probability-Distributions.pptx
Lecture (Introduction To Probability).pdf
Mth263 lecture 1
Mth263 lecture 1
schaum_probability.pdf
Probability And Random Variable Lecture 1
Probability
RANDOM-VARIABLES-2.pptx
Indefinite integration class 12
Probability and statistics - Discrete Random Variables and Probability Distri...
Mth263 lecture 6
Mth263 lecture 6
Set theory and probability presentation complete
Presentation1.pptx... Learn and understand everything
STAB52 Introduction to probability (Summer 2025) Lecture 1
Theory of Probability
Bai giang Chapter 6 avandce math for engeneering
En505 engineering statistics student notes
PTSP PPT.pdf
Probability[1]
Ad

Mth263 lecture 2

  • 1. MTH 263   Probability and Random Variables Lecture 2, Chapter 2 Dr. Sobia Baig Electrical Engineering Department COMSATS Institute of Information Technology, Lahore
  • 2. Contents • RANDOM EXPERIMENTS RANDOM EXPERIMENTS – Examples • THE AXIOMS OF PROBABILITY THE AXIOMS OF PROBABILITY – Examples • Sample Space – Discrete – Continuous Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 2
  • 3. Basic Concepts of Probability Theory • set theory is used to specify the sample space and the  events of a random experiment • the axioms of probability specify rules for computing the  probabilities of events • the notion of conditional probability allows us to determine  how partial information about the outcome of an  experiment affects the probabilities of events • Conditional probability also allows us to formulate the  notion of “independence” of events and of experiments.  • We consider “sequential” random experiments that consist  We consider  sequential random experiments that consist of performing a sequence of simple random  subexperiments. Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 3
  • 4. RANDOM EXPERIMENTS RANDOM EXPERIMENTS • A random experiment is an experiment in A random experiment is an experiment in  which the outcome varies in an unpredictable  fashion when the experiment is repeated  fashion when the experiment is repeated under the same conditions. Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 4
  • 5. SPECIFYING RANDOM EXPERIMENTS SPECIFYING RANDOM EXPERIMENTS • A random experiment is specified by stating A random experiment is specified by stating  – an experimental procedure and  – a set of one or more measurements or a set of one or more measurements or  observations Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 5
  • 6. Examples of Random Experiments Examples of Random Experiments Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 6
  • 7. Examples of Random Experiments Examples of Random Experiments Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 7
  • 8. Sample Space Sample Space • The sample space S of a random experiment is The sample space S of a random experiment is  defined as the set of all possible outcomes. • We will denote an outcome of an experiment We will denote an outcome of an experiment  by ζ where ζ is an element or point in S. • E h Each performance of a random experiment  f f d i can then be viewed as the selection at random  of a single point (outcome) from S. f i l i ( )f S Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 8
  • 9. Specifying Sample Space Specifying Sample Space • The sample space S can be specified The sample space S can be specified  compactly by using set notation. • It can be visualized by It can be visualized by – drawing tables – Di Diagrams – intervals of the real line – regions of the plane. Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 9
  • 10. Sets • There are two basic ways to specify a set: There are two basic ways to specify a set: 1. List all the elements, separated by commas,  inside a pair of braces: inside a pair of braces: A={1,2,3} 2. Give a property that specifies the elements of  the set: • A = {x: x is an integer such that 0 ≤x ≤ 36} Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 10
  • 11. Sample Space of Example 2.1  Sample Space of Example 2.1 Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 11
  • 12. Sample Space Classification Sample Space Classification • A sample space can be  p p – Finite – countably infinite – uncountably i fi it t bl infinite • We call S a discrete sample space if S is countable; that is, its outcomes can be put into one‐to‐one correspondence with the positive integers. • W We call S a continuous sample space if S is not  ll S i l if S i countable. Experiments and have finite discrete  p p sample spaces. Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 12
  • 13. Sample Space Classification Examples Sample Space Classification‐Examples Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 13
  • 14. Events • Events are subsets of Sample Space • We may not be interested in a single outcome, instead  in occurrence of an event • An event of special interest is the certain event S An event of special interest is the certain event, S,  which consists of all outcomes and hence always  occurs. • th i the impossible or null event, which contains no  ibl ll t hi h t i outcomes and hence never occurs Ø • An event from a discrete sample space that consists of  p p f a single outcome is called an elementary event. • Which event in previous slide is Elementary? Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 14
  • 15. Example of Events Example of Events Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 15
  • 16. Set Theory & Venn Diagrams Co cepts o Set eo y Concepts from Set Theory. • A set is a collection of  objects and will be  denoted by capital letters • We define U as the  universal set that  i l t th t consists of all possible  objects of interest in a  j f given setting or  application. Probability and Random Variables, Lecture  16 2, by Dr. Sobia Baig
  • 18. Set Operations Set Operations Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 18
  • 19. THE AXIOMS OF PROBABILITY THE AXIOMS OF PROBABILITY • Probabilities are numbers assigned to events Probabilities are numbers assigned to events  that indicate how “likely” it is that the events  will occur when an experiment is performed will occur when an experiment is performed Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 19
  • 24. Discrete Sample Spaces Discrete Sample Spaces • Discrete vs. Continuous Samples • the probability law for an experiment with a countable  sample space can be specified by giving the probabilities of  the elementary events • Given a finite sample space S = {a1, a2,…,an} and all distinct  elements are disjoint, then the probability of an event • B = {a1’, a2’,…,am’} P(B) = P{a1’, a2’,…,am’} = P(a1’) + …P(  B  {a , a }  P(B)  P{a , a }  P(a )  …P( am’) ,  • and if an event is D = {b1’, b2’,… }  P(D) = P(b1’) + P(b2’)…  • Equally likely outcomes: Then the probability of an event is Equally likely outcomes: Then the probability of an event is  equal to the number of outcomes in the event divided by  the total number of outcomes in S  Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 24
  • 26. Continuous Sample Spaces Continuous Sample Spaces • Continuous sample spaces arise in experiments in which the  outcomes are numbers that can assume a continuum of values, so  t b th t ti f l we let the sample space S be the entire real line R (or some interval  of the real line). • Consider the random experiment “pick a number x at random  between zero and one. • The sample space S for this experiment is the unit interval [0, 1],  which is uncountably infinite. • If we suppose that all the outcomes S are equally likely to be  selected, then we would guess that the probability that the  outcome is in the interval [0, 1/2] is the same as the probability that  the outcome is in the interval [1/2, 1]. the outcome is in the interval [1/2 1] Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 26
  • 27. Example • Consider Experiment where we picked two Consider Experiment where we picked two  numbers x and y at random between zero and  one. • The sample space is then the unit square.  • If we suppose that all pairs of numbers in the unit If we suppose that all pairs of numbers in the unit  square are equally likely to be selected, then it is  reasonable to use a probability assignment in  reasonable to use a probability assignment in which the probability of any region R inside the  unit square is equal to the area of R. q q Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 27
  • 28. Continuous Sample Space Continuous Sample Space Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 28
  • 29. Continuous Sample Space Continuous Sample Space Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 29
  • 30. Summary • A probability model is specified by identifying the sample space S,  the event class of interest, and an initial probability assignment, a  th t l fi t t d i iti l b bilit i t “probability law,” from which the probability of all events can be  computed. • The sample space S specifies the set of all possible outcomes. If it has  a finite or countable number of elements, S is discrete; S is  continuous otherwise. • Events are subsets of S that result from specifying conditions that are  of interest in the particular experiment.When S is discrete, events  consist of the union of elementary events.When S i i f h i f l Wh S is continuous,  i events consist of the union or intersection of intervals in the real  line. Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 30
  • 31. Summary … Summary … • The axioms of probability specify a set of properties that must be  satisfied by the probabilities of events. ti fi d b th b biliti f t • The corollaries that follow from the axioms provide rules for  computing the probabilities of events in terms of the probabilities  computing the probabilities of events in terms of the probabilities of other related events. • An initial probability assignment that specifies the probability of  • An initial probability assignment that specifies the probability of certain events must be determined as part of the modeling.  • If S is discrete it suffices to specify the probabilities of the If S is discrete, it suffices to specify the probabilities of the  elementary events. If S is continuous, it suffices to specify the  probabilities of intervals or of semi‐infinite intervals. Probability and Random Variables, Lecture 2, by Dr. Sobia Baig 31