Top Banner
Engineering Mathematics Material 2010 Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 1 SUBJECT NAME : Probability & Queueing Theory SUBJECT CODE : MA 2262 MATERIAL NAME : Formula Material MATERIAL CODE : JM08AM1007 Name of the Student: Branch: UNIT-I (RANDOM VARIABLES) 1) Discrete random variable: A random variable whose set of possible values is either finite or countably infinite is called discrete random variable. Eg: (i) Let X represent the sum of the numbers on the 2 dice, when two dice are thrown. In this case the random variable X takes the values 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12. So X is a discrete random variable. (ii) Number of transmitted bits received in error. 2) Continuous random variable: A random variable X is said to be continuous if it takes all possible values between certain limits. Eg: The length of time during which a vacuum tube installed in a circuit functions is a continuous random variable, number of scratches on a surface, proportion of defective parts among 1000 tested, number of transmitted in error. 3) Sl.No. Discrete random variable Continuous random variable 1 ( ) 1 i i px = ( ) 1 f x dx -∞ -∞ -∞ -∞ = 2 [ ] ( ) Fx PX x = = = = [ ] ( ) ( ) x Fx PX x f x dx -∞ -∞ -∞ -∞ = = = = = = = = [ ] Mean ( ) i i i EX xpx = = = = = = = = [ ] Mean ( ) EX xf x dx -∞ -∞ -∞ -∞ = = = = = = = = 4 2 2 ( ) i i i E X xpx = 2 2 ( ) E X xf x dx -∞ -∞ -∞ -∞ = 5 ( 29 2929 ( 29 29 29 ( 29 2929 2 2 Var X E X E X = - = - = - = - ( 29 2929 ( 29 29 29 ( 29 2929 2 2 Var X E X E X = - = - = - = - 6 Moment = r r i i i E X xp = Moment = ( ) r r E X xf x dx -∞ -∞ -∞ -∞ = 7 M.G.F M.G.F 3 via http://csetube.tk/ http://csetube.weebly.com/
13

f-pqt

Oct 24, 2015

Download

Documents

wf
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 1

SUBJECT NAME : Probability & Queueing Theory

SUBJECT CODE : MA 2262

MATERIAL NAME : Formula Material

MATERIAL CODE : JM08AM1007

Name of the Student: Branch: UNIT-I (RANDOM VARIABLES)

1) Discrete random variable: A random variable whose set of possible values is either finite or countably 

infinite is called discrete random variable. 

  Eg: (i) Let X represent the sum of the numbers on the 2 dice, when two 

dice are thrown.  In this case the random variable X takes the values 2, 3, 4, 5, 6, 

7, 8, 9, 10, 11 and 12.  So X is a discrete random variable. 

        (ii) Number of transmitted bits received in error. 

2) Continuous random variable: A random variable X is said to be continuous if it takes all possible values 

between certain limits. 

  Eg: The length of time during which a vacuum tube installed in a circuit 

functions is a continuous random variable, number of scratches on a surface, 

proportion of defective parts among 1000 tested, number of transmitted in 

error. 

3)

Sl.No. Discrete random variable Continuous random variable 1 

( ) 1ii

p x∞∞∞∞

====∑∑∑∑   ( ) 1f x dx∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

====∫∫∫∫  

2  [[[[ ]]]]( )F x P X x= ≤= ≤= ≤= ≤   [[[[ ]]]]( ) ( )x

F x P X x f x dx−∞−∞−∞−∞

= ≤ == ≤ == ≤ == ≤ = ∫∫∫∫  

[[[[ ]]]]Mean ( )i ii

E X x p x= == == == =∑∑∑∑   [[[[ ]]]]Mean ( )E X xf x dx∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

= == == == = ∫∫∫∫

4  2 2 ( )i ii

E X x p x ==== ∑∑∑∑   2 2 ( )E X x f x dx∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

==== ∫∫∫∫

5  (((( )))) (((( )))) (((( )))) 22Var X E X E X = −= −= −= −   (((( )))) (((( )))) (((( )))) 22Var X E X E X = −= −= −= −

6  Moment = r r

i ii

E X x p ==== ∑∑∑∑  Moment =  ( )r rE X x f x dx

∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

==== ∫∫∫∫

7  M.G.F  M.G.F 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 2: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 2

(((( )))) ( )tX txX

x

M t E e e p x = == == == = ∑∑∑∑   (((( )))) ( )tX txXM t E e e f x dx

∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

= == == == = ∫∫∫∫  

4) (((( )))) (((( ))))E aX b aE X b+ = ++ = ++ = ++ = +

5) (((( )))) (((( ))))2Var VaraX b a X+ =+ =+ =+ =

6) (((( )))) (((( )))) (((( ))))2 2Var VaraX bY a X b Var Y± = +± = +± = +± = +

7) (((( ))))Standard Deviation Var X====

8) ( ) ( )f x F x′′′′====

9) ( ) 1 ( )p X a p X a> = − ≤> = − ≤> = − ≤> = − ≤

10) (((( )))) (((( ))))(((( ))))/

p A Bp A B

p B====

∩∩∩∩, (((( )))) 0p B ≠≠≠≠

11) If A and B are independent, then (((( )))) (((( )))) (((( ))))p A B p A p B= ⋅= ⋅= ⋅= ⋅∩∩∩∩ . 

12) 1st Moment about origin =  [[[[ ]]]]E X  =  (((( ))))0

Xt

M t====

′′′′

   (Mean)

2nd Moment about origin = 

2E X  =  (((( ))))0

Xt

M t====

′′′′′′′′

 

The co-efficient of !

rtr

 = rE X   (r

th Moment about the origin)

13) Limitation of M.G.F: i) A random variable X may have no moments although its m.g.f exists. ii) A random variable X can have its m.g.f and some or all moments, yet the 

m.g.f does not generate the moments. iii) A random variable X can have all or some moments, but m.g.f does not 

exist except perhaps at one point. 14) Properties of M.G.F:

i) If Y = aX + b, then  (((( )))) (((( ))))btY XM t e M at==== .

ii) (((( )))) (((( ))))cX XM t M ct==== , where c is constant.

iii) If X and Y are two independent random variables then 

(((( )))) (((( )))) (((( ))))X Y X YM t M t M t++++ = ⋅= ⋅= ⋅= ⋅ .

15) P.D.F, M.G.F, Mean and Variance of all the distributions: Sl.

No. Distributio

n P.D.F ( ( )P X x==== ) M.G.F Mean Variance

1  Binomial  x n xxnc p q −−−−   (((( ))))ntq pe++++

 

np   npq  

2  Poisson 

!

xex

λλλλ λλλλ−−−−

 (((( ))))1te

eλλλλ −−−−

 λλλλ   λλλλ  

3  Geometric   1xq p−−−−  (or) xq p  

1

t

t

peqe−−−−

 1p  2

qp

 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 3: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 3

4  Negative 

Binomial  1( 1) k xkx k C p p−−−−+ −+ −+ −+ −  

1

k

t

pqe

−−−−  

kqp  2

kqp

 

5  Uniform   1,

( )0, otherwise

a x bf x b a

< << << << <==== −−−−

  ( )

bt ate eb a t

−−−−−−−−

 2

a b++++

 

2( )12

b a−−−−

 

6  Exponential   , 0, 0( )

0, otherwise

xe xf x

λλλλλ λλ λλ λλ λ−−−− > >> >> >> >====

 t

λλλλλλλλ −−−−

 1λλλλ  2

1λλλλ

 

7  Gamma  1

( ) , 0 , 0( )

xe xf x x

λλλλ

λλλλλλλλ

− −− −− −− −

= < < ∞ >= < < ∞ >= < < ∞ >= < < ∞ >ΓΓΓΓ

 1

(1 )t λλλλ−−−− 

λλλλ   λλλλ  

8  Weibull  1( ) , 0, , 0xf x x e xβββββ αβ αβ αβ ααβ α βαβ α βαβ α βαβ α β− −− −− −− −= > >= > >= > >= > >

 

     

  16) Memoryless property of exponential distribution 

(((( )))) (((( ))))/P X S t X S P X t> + > = >> + > = >> + > = >> + > = > .

UNIT-II (RANDOM VARIABLES)

1) 1iji j

p ====∑∑∑∑∑∑∑∑   (Discrete random variable) 

( , ) 1f x y dxdy∞ ∞∞ ∞∞ ∞∞ ∞

−∞ −∞−∞ −∞−∞ −∞−∞ −∞

====∫ ∫∫ ∫∫ ∫∫ ∫   (Continuous random variable) 

2) Conditional probability function X given Y,    {{{{ }}}} (((( )))),/

( )i i

P x yP X x Y y

P y= = == = == = == = = . 

Conditional probability function Y given X ,  {{{{ }}}} (((( )))),/

( )i i

P x yP Y y X x

P x= = == = == = == = = . 

{{{{ }}}} (((( )))),/

( )

P X a Y bP X a Y b

P Y b

< << << << << < =< < =< < =< < =

<<<< 

3) Conditional density function of X given Y, ( , )

( / )( )

f x yf x y

f y==== . 

Conditional density function of Y given X, ( , )

( / )( )

f x yf y x

f x==== . 

 

 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 4: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 4

4) If X and Y are independent random variables then 

( , ) ( ). ( )f x y f x f y====      (for continuous random variable) 

(((( )))) (((( )))) (((( )))), .P X x Y y P X x P Y y= = = = == = = = == = = = == = = = = (for discrete random variable) 

5) Joint probability density function (((( )))), ( , )d b

c a

P a X b c Y d f x y dxdy≤ ≤ ≤ ≤ =≤ ≤ ≤ ≤ =≤ ≤ ≤ ≤ =≤ ≤ ≤ ≤ = ∫ ∫∫ ∫∫ ∫∫ ∫ . 

(((( ))))0 0

, ( , )b a

P X a Y b f x y dxdy< < =< < =< < =< < = ∫ ∫∫ ∫∫ ∫∫ ∫  

6) Marginal density function of X,  ( ) ( ) ( , )Xf x f x f x y dy∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

= == == == = ∫∫∫∫  

Marginal density function of Y,  ( ) ( ) ( , )Yf y f y f x y dx∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

= == == == = ∫∫∫∫  

7) ( 1) 1 ( 1)P X Y P X Y+ ≥ = − + <+ ≥ = − + <+ ≥ = − + <+ ≥ = − + <

8) Correlation co – efficient (Discrete): ( , )

( , )X Y

Cov X Yx yρρρρ

σ σσ σσ σσ σ====

1( , )Cov X Y XY XY

n= −= −= −= −∑∑∑∑ ,   

2 21X X X

nσσσσ = −= −= −= −∑∑∑∑ ,   

2 21Y Y Y

nσσσσ = −= −= −= −∑∑∑∑  

9) Correlation co – efficient (Continuous): ( , )

( , )X Y

Cov X Yx yρρρρ

σ σσ σσ σσ σ====

(((( )))) (((( )))) (((( ))))( , ) ,Cov X Y E X Y E X E Y= −= −= −= − ,    ( )X Var Xσσσσ ==== ,    ( )Y Var Yσσσσ ====

10) If X and Y are uncorrelated random variables, then ( , ) 0Cov X Y ==== .

11) (((( )))) ( )E X xf x dx==== ∫∫∫∫ ,    (((( )))) ( )E Y yf y dy∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

==== ∫∫∫∫ ,   (((( )))), ( , )E X Y xyf x y dxdy∞ ∞∞ ∞∞ ∞∞ ∞

−∞ −∞−∞ −∞−∞ −∞−∞ −∞

==== ∫ ∫∫ ∫∫ ∫∫ ∫ .

12) Regression for Discrete random variable:

Regression line X on Y is  (((( ))))xyx x b y y− = −− = −− = −− = − ,  (((( )))) (((( ))))

(((( ))))2xy

x x y yb

y y

− −− −− −− −====

−−−−∑∑∑∑∑∑∑∑

Regression line Y on X is  (((( ))))yxy y b x x− = −− = −− = −− = − , (((( )))) (((( ))))

(((( ))))2yx

x x y yb

x x

− −− −− −− −====

−−−−∑∑∑∑∑∑∑∑

Correlation through the regression,   .XY YXb bρρρρ = ±= ±= ±= ±       Note:  ( , ) ( , )x y r x yρρρρ ====

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 5: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 5

13) Regression for Continuous random variable:

Regression line X on Y is  (((( ))))( ) ( )xyx E x b y E y− = −− = −− = −− = − ,   xxy

y

b rσσσσσσσσ

====

Regression line Y on X is  (((( ))))( ) ( )yxy E y b x E x− = −− = −− = −− = − ,  y

yxx

b rσσσσσσσσ

====  

Regression curve X on Y is   (((( )))) (((( ))))/ / x E x y x f x y dx∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

= == == == = ∫∫∫∫    

Regression curve Y on X is   (((( )))) (((( ))))/ / y E y x y f y x dy∞∞∞∞

−∞−∞−∞−∞

= == == == = ∫∫∫∫    

14) Transformation Random Variables:

  ( ) ( )Y X

dxf y f x

dy====       (One dimensional random variable) 

( , ) ( , )UV XY

u ux y

f u v f x yv vx y

∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂

====∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂∂ ∂

  (Two dimensional random variable)

15) Central limit theorem (Liapounoff’s form)

If X1, X2, …Xn be a sequence of independent R.Vs with E[Xi] = µi and Var(Xi) = σi2, i 

= 1,2,…n and if  Sn =  X1 +  X2 + … + Xn then under certain general conditions, Sn 

follows a normal distribution with mean 1

n

ii

µ µµ µµ µµ µ====

====∑∑∑∑ and variance 2 2

1

n

ii

σ σσ σσ σσ σ====

====∑∑∑∑  as 

n → ∞→ ∞→ ∞→ ∞ .

16) Central limit theorem (Lindberg – Levy’s form)

If X1, X2, …Xn be a sequence of independent identically distributed R.Vs with E[Xi] 

= µi and Var(Xi) = σi2, i = 1,2,…n and if  Sn =  X1 +  X2 + … + Xn then under certain 

general conditions, Sn follows a normal distribution with mean nµµµµ and variance 

2nσσσσ  as n → ∞→ ∞→ ∞→ ∞ . 

Note: nS n

zn

µµµµσσσσ

−−−−====   ( for n variables),            X

z

n

µµµµσσσσ−−−−====  ( for single variables) 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 6: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 6

UNIT-III (MARKOV PROCESSES AND MARKOV CHAINS)

1) Random Process:

A random process is a collection of random variables {X(s,t)} that are 

functions of a real variable, namely time ‘t’ where s Є S and t Є T. 

 

2) Classification of Random Processes:

We can classify the random process according to the characteristics of time t 

and the random variable X.  We shall consider only four cases based on t and X 

having values in the ranges -∞< t <∞ and   -∞ < x < ∞. 

 

Continuous random process 

Continuous random sequence 

Discrete random process 

Discrete random sequence 

Continuous random process:

If X and t are continuous, then we call X(t) , a Continuous Random Process. 

Example:  If X(t) represents the maximum temperature at a place in the 

interval (0,t), {X(t)} is a Continuous Random Process. 

Continuous Random Sequence:

A random process for which X is continuous but time takes only discrete values is 

called a Continuous Random Sequence.  

Example:  If Xn represents the temperature at the end of the nth hour of a day, then 

{Xn, 1≤n≤24} is a Continuous Random Sequence. 

Discrete Random Process:

If X assumes only discrete values and t is continuous, then we call such random 

process {X(t)} as Discrete Random Process. 

Example:  If X(t) represents the number of telephone calls received in the interval 

(0,t) the {X(t)} is a discrete random process since S = {0,1,2,3, . . . } 

Discrete Random Sequence:

A random process in which both the random variable and time are discrete is 

called Discrete Random Sequence. 

Example:  If Xn represents the outcome of the nth toss of a fair die, the {Xn : n≥1} is a 

discrete random sequence.  Since T = {1,2,3, . . . } and S = {1,2,3,4,5,6} 

 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 7: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 7

3) Condition for Stationary Process:  [[[[ ]]]]( ) ConstantE X t ==== , [[[[ ]]]]( ) constantVar X t ==== .

If the process is not stationary then it is called evolutionary. 

 

4) Wide Sense Stationary (or) Weak Sense Stationary (or) Covariance Stationary:

A random process is said to be WSS or Covariance Stationary if it satisfies the 

following conditions. 

i) The mean of the process is constant (i.e)  (((( ))))( ) constantE X t ==== . 

ii) Auto correlation function depends only on ττττ (i.e)

[[[[ ]]]]( ) ( ). ( )XXR E X t X tτ ττ ττ ττ τ= += += += +  

5) Property of autocorrelation:

(i) (((( )))) (((( ))))2

( ) lim XXE X t R

ττττττττ

→ ∞→ ∞→ ∞→ ∞ ====  

(ii) (((( )))) (((( ))))2( ) 0XXE X t R====  

6) Markov process:

A random process in which the future value depends only on the present value 

and not on the past values, is called a markov process. It is symbolically 

represented by  1 1 1 1 0 0( ) / ( ) , ( ) ... ( )n n n n n nP X t x X t x X t x X t x+ + − −+ + − −+ + − −+ + − −≤ = = =≤ = = =≤ = = =≤ = = =  

1 1( ) / ( )n n n nP X t x X t x+ ++ ++ ++ += ≤ == ≤ == ≤ == ≤ =  

    Where  0 1 2 1... n nt t t t t ++++≤ ≤ ≤ ≤ ≤≤ ≤ ≤ ≤ ≤≤ ≤ ≤ ≤ ≤≤ ≤ ≤ ≤ ≤  

7) Markov Chain:

If for all n , 

1 1 2 2 0 0/ , , ...n n n n n nP X a X a X a X a− − − −− − − −− − − −− − − −= = = == = = == = = == = = = 1 1/n n n nP X a X a− −− −− −− −= = == = == = == = =    

then the process {{{{ }}}}nX ,  0,1,2, ...n ====  is called the markov chain. Where 

0 1 2, , , ... , ...na a a a  are called the states of the markov chain. 

8) Transition Probability Matrix (tpm):

When the Markov Chain is homogenous, the one step transition probability is 

denoted by Pij.  The matrix P = {Pij} is called transition probability matrix. 

9) Chapman – Kolmogorov theorem:

If ‘P’ is the tpm of a homogeneous Markov chain, then the n – step tpm P(n) is 

equal to Pn.  (i.e) 

( ) nnij ijP P ==== . 

10) Markov Chain property: If  (((( ))))1 2 3, ,Π = Π Π ΠΠ = Π Π ΠΠ = Π Π ΠΠ = Π Π Π , then  PΠ = ΠΠ = ΠΠ = ΠΠ = Π  and 

1 2 3 1Π + Π + Π =Π + Π + Π =Π + Π + Π =Π + Π + Π = . 

11) Poisson process:

If  ( )X t represents the number of occurrences of a certain event in  (0, )t ,then 

the discrete random process {{{{ }}}}( )X t is called the Poisson process, provided the 

following postulates are satisfied. 

 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 8: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 8

(i) [[[[ ]]]] (((( ))))1 occurrence in ( , )P t t t t O tλλλλ+ ∆ = ∆ + ∆+ ∆ = ∆ + ∆+ ∆ = ∆ + ∆+ ∆ = ∆ + ∆  

(ii) [[[[ ]]]] (((( ))))0 occurrence in ( , ) 1P t t t t O tλλλλ+ ∆ = − ∆ + ∆+ ∆ = − ∆ + ∆+ ∆ = − ∆ + ∆+ ∆ = − ∆ + ∆  

(iii) [[[[ ]]]] (((( ))))2 or more occurrences in ( , )P t t t O t+ ∆ = ∆+ ∆ = ∆+ ∆ = ∆+ ∆ = ∆  

(iv) ( )X t  is independent of the number of occurrences of the event in any 

interval. 

12) Probability law of Poisson process:  {{{{ }}}} (((( ))))( ) , 0,1,2, ...

!

nte tP X t n n

n

λλλλ λλλλ−−−−

= = = ∞= = = ∞= = = ∞= = = ∞  

Mean [[[[ ]]]]( )E X t tλλλλ==== ,  2 2 2( )E X t t tλ λλ λλ λλ λ = += += += + , [[[[ ]]]]( )Var X t tλλλλ==== . 

UNIT-IV (QUEUEING THEORY)

n   – Number of customers in the system. 

λλλλ   – Mean arrival rate. 

µµµµ – Mean service rate. 

nP – Steady State probability of exactly n customers in the system. 

qL – Average number of customers in the queue. 

sL – Average number of customers in the system. 

qW – Average waiting time per customer in the queue. 

sW – Average waiting time per customer in the system. 

  

Model – I (M / M / 1): (∞ / FIFO)

1) Server Utilization λλλλρρρρµµµµ

====  

2) (((( ))))1nnP ρ ρρ ρρ ρρ ρ= −= −= −= − (P0 no customers in the system) 

3) 1sL

ρρρρρρρρ

====−−−−

 

4) 2

1qLρρρρ

ρρρρ====

−−−− 

5) (((( ))))1

1sWµ ρµ ρµ ρµ ρ

====−−−−

 

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 9: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 9

6) (((( ))))1qWρρρρ

µ ρµ ρµ ρµ ρ====

−−−− 

7) Probability that the waiting time of a customer in the system exceeds t is 

( )( ) tsP w t e µ λµ λµ λµ λ− −− −− −− −> => => => = . 

8) Probability that the quue size exceeds “t” is  (((( )))) 1nP N n ρρρρ ++++> => => => =  where 

1n t= += += += + . 

Model – II (M / M / C): (∞ / FIFO)

1) s

λλλλρρρρµµµµ

====  

2) (((( )))) (((( ))))

(((( ))))

11

00 ! ! 1

n ss

n

s sP

n s

ρ ρρ ρρ ρρ ρρρρρ

−−−−−−−−

====

= += += += +

−−−− ∑∑∑∑  

3) (((( ))))(((( ))))

1

02

1. ! 1

s

q

sL P

s s

ρρρρρρρρ

++++

====−−−−

 

4) s qL L sρρρρ= += += += +  

5) qq

LW

λλλλ====  

6) ss

LW

λλλλ====  

7) The probability that an arrival has to wait:  (((( )))) (((( ))))(((( )))) 0! 1

ss

P N s Ps

ρρρρρρρρ

≥ =≥ =≥ =≥ =−−−−

 

8) The probability that an arrival enters the service without waiting  = 1 – P(an 

arrival hat to wait) =  (((( ))))1 P N s− ≥− ≥− ≥− ≥  

9) (((( ))))( 1 )

0

( ) 11

!(1 )( 1 )

s t s s

ts e

P w t e Ps s s

µ ρµ ρµ ρµ ρµµµµ

ρρρρρ ρρ ρρ ρρ ρ

− − −− − −− − −− − −−−−−

−−−− > = +> = +> = +> = + − − −− − −− − −− − −  

Model – III (M / M / 1): (K / FIFO)

1) λλλλρρρρµµµµ

====

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 10: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 10

2) 0 1

11 kP

ρρρρρρρρ ++++

−−−−====−−−−

(No customer)

3) (((( ))))01 Pλ µλ µλ µλ µ′′′′ = −= −= −= − (effective arrival rate)

4) (((( )))) 1

1

1

1 1

k

s k

kL

ρρρρρρρρρ ρρ ρρ ρρ ρ

++++

++++

++++= −= −= −= −

− −− −− −− −

5) q sL Lλλλλµµµµ

′′′′= −= −= −= −

6) ss

LW

λλλλ====

′′′′

7) qq

LW

λλλλ====

′′′′

8) [[[[ ]]]] 0a customer turned away kkP P Pρρρρ= == == == =

Model – IV (M / M / C): (K / FIFO)

1) s

λλλλρρρρµµµµ

====  

2) (((( )))) (((( ))))

11

00 ! !

n ss kn s

n n s

s sP

n s

ρ ρρ ρρ ρρ ρρρρρ

−−−−−−−−

−−−−

= == == == =

= += += += + ∑ ∑∑ ∑∑ ∑∑ ∑  

3)

0

, !

, !

n

n n

n s

sP n snP

sP s n k

s s

ρρρρ

−−−−

≤≤≤≤====

 

4) Effective arrival rate:  (((( ))))1

0

s

nn

s s n Pλ µλ µλ µλ µ−−−−

====

′′′′ = − −= − −= − −= − − ∑∑∑∑  

5) (((( )))) (((( ))))

(((( ))))(((( )))) 1

02

1

! 11

s k s k s

q

s k sL P

s

ρ ρρ ρρ ρρ ρρ ρρ ρρ ρρ ρρρρρρρρρ

−−−− − +− +− +− + −−−− −−−− = −= −= −= −

−−−− −−−−

 

6) s qL Lλλλλµµµµ′′′′

= += += += +  

7) qq

LW

λλλλ====

′′′′ 

ρρρρ

0

≤≤≤≤ ≤≤≤≤

( )

( )

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 11: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 11

8) ss

LW

λλλλ====

′′′′ 

UNIT-V (NON – MARKOVIAN & QUEUEING NETWORK)

1) Pollaczek – Khintchine formula:

(((( ))))[[[[ ]]]]

22 ( ) ( )( )

2 1 ( )S

Var t E tL E t

E t

λλλλλλλλ

λλλλ

++++ = += += += +

−−−−

(or)

(((( ))))2 2 2

2 1SLλ σ ρλ σ ρλ σ ρλ σ ρρρρρ

ρρρρ++++= += += += +

−−−− 

2) Little’s formulas:

(((( ))))2 2 2

2 1SLλ σ ρλ σ ρλ σ ρλ σ ρρρρρ

ρρρρ++++= += += += +

−−−−

q SL L ρρρρ= −= −= −= −

SS

LW

λλλλ====

qq

LW

λλλλ====  

3) Series queue (or) Tandem queue:

The balance equation 

00 2 01P Pλ µλ µλ µλ µ====

1 10 00 2 11P P Pµ λ µµ λ µµ λ µµ λ µ= += += += +

01 2 01 1 10 2 1bP P P Pλ µ µ µλ µ µ µλ µ µ µλ µ µ µ+ = ++ = ++ = ++ = +

1 11 2 11 01P P Pµ µ λµ µ λµ µ λµ µ λ+ =+ =+ =+ =

2 1 1 11bP Pµ µµ µµ µµ µ====

Condition  00 10 01 11 1 1bP P P P P+ + + + =+ + + + =+ + + + =+ + + + =  

4) Open Jackson networks:

i) Jackson’s flow balance equation 1

k

j j i iji

r Pλ λλ λλ λλ λ====

= += += += +∑∑∑∑

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 12: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 12

      Where   k – number of nodes, rj – customers from outside  

ii) Joint steady state probabilities 

(((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))1 21 2 1 1 2 2, , ... 1 1 ... 1knn n

k k kP n n n ρ ρ ρ ρ ρ ρρ ρ ρ ρ ρ ρρ ρ ρ ρ ρ ρρ ρ ρ ρ ρ ρ= − − −= − − −= − − −= − − −  

iii) Average number of customers in the system 

1 2

1 2

...1 1 1

kS

k

Lρρρρρ ρρ ρρ ρρ ρ

ρ ρ ρρ ρ ρρ ρ ρρ ρ ρ= + + += + + += + + += + + +

− − −− − −− − −− − − 

iv) Average waiting time of a customers in the system 

SS

LW

λλλλ====     where  1 2 ... kr r rλλλλ = + + += + + += + + += + + +  

5) Closed Jackson networks:

In the closed network, there are no customers from outside, therefore  0jr ====  

then 

i) The Jackson’s flow balance equation 1

k

j i iji

Pλ λλ λλ λλ λ====

====∑∑∑∑ 0jr ====∵∵∵∵

(or) 

(((( )))) (((( ))))11 12 1

221 221 2 1 2

1 2

...

... ... ...

...

k

kk k

k k kk

P P P

PP P

P P P

λ λ λ λ λ λλ λ λ λ λ λλ λ λ λ λ λλ λ λ λ λ λ

====

� �� �� �� � ����

ii) If each nodes single server 

(((( )))) 1 2

1 2 1 2, , ... ... knn nk N kP n n n C ρ ρ ρρ ρ ρρ ρ ρρ ρ ρ====

Where  1 2

1 2

11 2

...

... k

k

nn nN k

n n n N

C ρ ρ ρρ ρ ρρ ρ ρρ ρ ρ−−−−

+ + + =+ + + =+ + + =+ + + ===== ∑∑∑∑  

iii) If each nodes has multiple servers 

(((( ))))1 2

1 21 2

1 2

, , ... ...knn n

kk N

k

P n n n Ca a a

ρρρρρ ρρ ρρ ρρ ρ====

Where 1 2

1 2

1 1 2

... 1 2

...k

k

nn nk

Nn n n N k

Ca a a

ρρρρρ ρρ ρρ ρρ ρ−−−−

+ + + =+ + + =+ + + =+ + + =

==== ∑∑∑∑

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/

Page 13: f-pqt

Engineering Mathematics Material 2010

Prepared by C.Ganesan, M.Sc., M.Phil., (Ph: 9841168917) Page 13

! ,

! ,i i

i i i

i n si i i i

n n sa

s s n s−−−−

<<<<==== ≥≥≥≥

 

---- All the BestAll the BestAll the BestAll the Best ----

via

http://csetube.tk/

http://csetube.weebly.com/