Section 10.5
Let X be any random variable with (finite) mean  and (finite) variance2.  We shall assume X is a continuous type random variable with p.d.f.f(x), but what follows applies to a discrete type random variable whereintegral signs are replaced by summation signs and the p.d.f. is replacedby a p.m.f.  For any k  1, we observe that
2 = E[(X – )2] =
– 
(x – )2f(xdx   =
{x : |x –  k}
(x – )2f(xdx   +
{x : |x – < k}
(x – )2f(xdx   
{x : |x –  k}
(x – )2f(xdx  
{x : |x –  k}
kf(xdx  =
{x : |x –  k}
k2      f(xdx
We now have that 2  kP(|X –  k) which implies that
 1
P(|X –  k)      
k2
This is Chebyshev’s inequality and is stated in Theorem 10.5-1.
We may also write
       1
P(|X – < k)      – —
       k2
1.
   (a)
   (b)
   (c)
Let X be a random selection from one of the first 9 positive integers.
Find the mean and variance of X.
 = E(X) =2 = Var(X) =
5
20
 3
Find P(|X – 5|  4) .
If Y is any random variable with the same mean and variance as X,find the upper bound on P(|Y – 5|  4) that we get fromChebyshev’s inequality.
P(|X  5|  4) =
P(X = 1  X = 9) =
 2
 9
P(|Y  5|  4) =
P[|Y  5|  4(3/20)1/2(20/3)1/2
20/3 5
—— =
 1612
k
2.
   (a)
   (b)
Let X be a random variable with mean 100 and variance 75.
Find the lower bound on P(|X – 100| < 10) that we get fromChebyshev’s inequality.
P(|X  100| < 10) =
P[|X  100| < (2/3)(53)]  
1
–  —–  =
       (2/3)2
Find what the value of P(|X – 100| < 10) would be, if X had aU(85 , 115) distribution.
 1
 4
P(|X – 100| < 10) =
20
—  =
30
P(90 < X < 110) =
 2
 3
k
3.
   (a)
   (b)
Let Y have a b(n, 0.75) distribution.
Find the lower bound on P(|Y / n – 0.75| < 0.05) that we get fromChebyshev’s inequality when n = 12.
Find the exact value of P(|Y / n – 0.75| < 0.05) when n = 12.
When n = 12, E(Y) =   , and Var(Y) =        , and
9
2.25
P(|Y / n – 0.75| < 0.05) =
P(|Y – 9| < 0.6) =
P[|Y  9| < (0.4)(1.5)] 
(A lower bound cannotbe found, since 0.4 < 1.)
When n = 12, P(|Y / n – 0.75| < 0.05) = P(|Y – 9| < 0.6) =
P(Y = 9) =
0.6488 – 0.3907 = 0.2581
   (c)
   (d)
Find the lower bound on P(|Y / n – 0.75| < 0.05) that we get fromChebyshev’s inequality when n = 300.
By using the normal approximation, show that when n = 300, thenP(|Y / n – 0.75| < 0.05) = 0.9464.
When n = 300, E(Y) =       , and Var(Y) =          , and
225
56.25
P(|Y / n – 0.75| < 0.05) =
P(|Y – 225| < 15) =
P[|Y  225| < (2)(7.5)] 
        1
–  —  =  0.75
        22