2.6. Desigualdades fundamentais

Vejamos algumas desigualdades que nos serão úteis.

Desigualdade de Markov

P(X>r)E[X]r,r>0. \mathbb{P}(|X| > r) \leq \frac{\mathbb{E}[|X|]}{r}, \quad \forall r > 0.

Denotando 1E(x)\mathbf{1}_E(x) a função característica de um conjunto E,E, a desigualdade acima segue de

P(X>r)=E[1X>r]=1rE[r1X>r]1rE[X1X>r]1rE[X]. \mathbb{P}(|X| > r) = \mathbb{E}[\mathbf{1}_{|X| > r}] = \frac{1}{r}\mathbb{E}[r\mathbf{1}_{|X| > r}] \leq \frac{1}{r}\mathbb{E}[|X|\mathbf{1}_{|X| > r}] \leq \frac{1}{r}\mathbb{E}[|X|].

Desigualdade de Chernoff

Como a exponencial é uma função crescente, temos que X>r|X| > r é equivalente a eλX>eλr,e^{\lambda |X|} > e^{\lambda r}, para λ,r>0\lambda, r > 0 arbitrários. Assim, usando a desigualdade de Markov,

P(X>r)=P(eλX>eλr)eλrE[eλX] \mathbb{P}(|X| > r) = \mathbb{P}(e^{\lambda |X|} > e^{\lambda r}) \leq e^{-\lambda r}\mathbb{E}\left[ e^{\lambda |X|} \right]

Desigualdade de Chebyshev

P(XE[X]r)Var(X)r2,r>0. \mathbb{P}(|X - \mathbb{E}[X]| \geq r) \leq \frac{\mathrm{Var}(X)}{r^2}, \quad \forall r > 0.

Desigualdade de Lyapunov

E[X]E[X2]. \mathbb{E}[X] \leq \sqrt{\mathbb{E}[X^2]}.

Estimativas para eventos conjuntos

Considere dois eventos AA e B.B. Se eles forem independentes, temos P(AB)=P(A)P(B).\mathbb{P}(A \cap B) = \mathbb{P}(A)\mathbb{P}(B).

No casos deles serem dependentes e mutuamente exclusivos, i.e. AB=,A \cap B = \emptyset, então P(AB)=0.\mathbb{P}(A \cap B) = 0.

Caso ABA \subset B (ou BAB \subset A), então P(AB)=P(A)\mathbb{P}(A \cap B) = \mathbb{P}(A) (resp. P(AB)=P(B)\mathbb{P}(A \cap B) = \mathbb{P}(B)).

Caso não tenhamos mais informações sobre AA e B,B, podemos, pelo menos, obter certas estimativas. Por exemplo, como ABAA \cap B \subset A e ABB,A \cap B \subset B, temos,

P(AB)P(B) \mathbb{P}(A \cap B) \leq \mathbb{P}(B)

e

P(AB)P(A). \mathbb{P}(A \cap B) \leq \mathbb{P}(A).

Ou seja,

P(AB)min{P(A),P(B)}. \mathbb{P}(A \cap B) \leq \min\left\{\mathbb{P}(A), \mathbb{P}(B)\right\}.
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