Skip to main content

Chebyshev Unilateral (Cantelli)

La desigualdad de Chebyshev unilateral (o de Cantelli) acota la probabilidad de una cola: \[ \mathbb{P}(X - \mu \ge a) \le \frac{\sigma^2}{\sigma^2 + a^2}, \quad a > 0 \] Análogamente, \(\mathbb{P}(X - \mu \le -a) \le \frac{\sigma^2}{\sigma^2 + a^2}\).

Comparación: Chebyshev bilateral vs unilateral

0 1.0 2.0

Ejemplo del PDF (reparación de máquina):
Tiempo medio: \(\mu = 6.2\) h, desviación \(\sigma = 3.52\) h.
Empleado nuevo tarda 22.5 h → \(a = 16.3\).

\[ \mathbb{P}(X \ge 22.5) = \mathbb{P}(X - \mu \ge 16.3) \le \frac{3.52^2}{3.52^2 + 16.3^2} = \frac{12.39}{12.39 + 265.69} = 0.0446 \]

¡Solo 4.46% de probabilidad! → El empleado probablemente necesita entrenamiento.

¿Por qué la cota unilateral es más ajustada que la bilateral? La cota bilateral \(\mathbb{P}(|X-\mu| \ge a) \le \sigma^2/a^2\) considera ambas colas. Para una cola, la probabilidad es aproximadamente la mitad, y la cota unilateral \(\sigma^2/(\sigma^2+a^2)\) es más pequeña (mejor) que \(\sigma^2/a^2\) cuando \(a\) es grande.

Ejercicio

(Barrios y colaboradores, Cuaderno de Ejercicios CP1, sección 13, ej. 7) Sea \(Y\) variable aleatoria tal que \(\mu = 11\) y \(\sigma^2 = 9\). (a) Aproxime \(\mathbb{P}(6 < Y < 16)\). (b) Encuentre \(c\) tal que \(\mathbb{P}(|Y - \mu| > c) = 0.09\). (a) El intervalo \((6,16)\) es \(\mu \pm 5\), con \(\sigma=3\) esto es \(k=5/3\). Por Chebyshev bilateral, \(\mathbb{P}(|Y-11|<5) \ge 1 - \frac{9}{25} = 0.64\).
(b) Se busca \(c\) tal que \(\sigma^2/c^2 = 0.09\), es decir \(c^2 = 9/0.09 = 100\), así \(c=10\).