Distribución Binomial Negativa

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La distribución binomial negativa, también conocida como distribución de Pascal o distribución de Pólya, da la probabilidad de r-1 aciertos y x fallos en x+r-1 ensayos, y el éxito en el (x+r)ésimo ensayo. La función de densidad de probabilidad viene dada, por tanto, por

P_(r,p)(x) = p)]
(1)
= p
(2)
= (x+r-1; r-1)p^r(1-p)^x,
(3)

donde (n; k) es un coeficiente binomial. La función de distribución viene dada entonces por

D(x) = suma_(n=0)^(x)(n+r-1; r-1)p^r(1-p)^n
(4)
= 1-((1-p)^(x+1)p^rGamma(x+r+1)_2F^~_1(1,x+r+1;x+2;1-p)/(Gamma(r))
(5)
= I(p;r,x+1),
(6)

donde Gamma(z) es la función gamma, _2F^~_1(a,b;c;z) es una función hipergeométrica regularizada, y I(z;a,b) es una función beta regularizada.

La distribución binomial negativa se implementa en Wolfram Language como NegativeBinomialDistribution.

Definiendo

P = (1-p)/p
(7)
Q = 1/p,
(8)

la función característica viene dada por

phi(t)=(Q-Pe^(it))^(-r),
(9)

y la función generadora de momentospor

M(t)=e^(tx)=suma_(x=0)^inftye^(tx)(x+r-1; r-1)p^r(1-p)^x.
(10)

Dado que (N; n)=(N; N-n),

M(t) = p^r^(-r)
(11)
M^'(t)'(t) = p^r(1-p)r^(-r-1)e^t
(12)
M^('')(t)'')(t) = (1-p)rp^r(1-e^t+pe^t)^(-r-2)×(-1-e^tr+e^tpr)e^t
(13)
M^(''')(t)''')(t) = (1-p)rp^r(1-e^t+e^tp)^(-r-3)×e^t.
(14)

Los momentos brutos mu_n^'=M^((n))(0)'=M^((n))(0) son por tanto

mu_1^'' = (rq)/p
(15)
mu_2^'' = (rq(1+rq))/(p^2)
(16)
mu_3^'' = (q)/(p^3)
(17)
mu_4^'' = (q)/(p^4),
(18)

donde

q=1-p
(19)

y (r)_n es el símbolo de Pochhammer. (Nótese que Beyer 1987, p. 487, aparentemente da la media de forma incorrecta.)

Esto da los momentos centrales como

mu_2 = (r(1-p))/(p^2)
(20)
mu_3 = (r(2-3p+p^2))/(p^3)=(r(p-1)(p-2))/(p^3)
(21)
mu_4 = (r(1-p)(6-6p+p^2+3r-3pr))/(p^4).
(22)

La media, la varianza, asimetría y exceso de curtosis son entonces

mu = (rq)/p
(23)
sigma^2 = (rq)/(p^2)
(24)
gamma_1 = (2-p)/(sqrt(rq))
(25)
gamma_2 = (p^2-6p+6)/(rq),
(26)

que también se puede escribir

mu = nP
(27)
sigma^2 = nPQ
(28)
gamma_1 = (Q+P)/(sqrt(rPQ))
(29)
gamma_2 = (1+6PQ)/(rPQ)-3.
(30)

El primer cumulante es

kappa_1=nP,
(31)

y los cumulantes posteriores están dadas por la relación de recurrencia

kappa_(r+1)=PQ(dkappa_r)/(dQ).
(32)

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