bağımsız değişken olduğunda dağılımı


10

Rutin bir egzersiz olarak, ve bağımsız rasgele değişkenleri olduğu dağılımını bulmaya çalışıyorum .X2+Y2XYU(0,1)

nin eklem yoğunluğu(X,Y)

fX,Y(x,y)=10<x,y<1

Kutupsal koordinatlara böylece(X,Y)(Z,Θ)

X=ZcosΘ and Y=ZsinΘ

Bu nedenle, ve .z=x2+y20<x,y<10<z<2

Zaman , elimizdeki böylece .0<z<10<cosθ<1,0<sinθ<10<θ<π2

Tüm , elimizdeki gibi isimli azalma ; ve gibi ile artmaktadır .1<z<2zcosθ<θ>cos1(1z)cosθθ[0,π2]zsinθ<1θ<sin1(1z)sinθθ[0,π2]

Yani, için .1<z<2cos1(1z)<θ<sin1(1z)

Dönüşümün jacobianının mutlak değeri

|J|=z

Böylece ortak yoğunluğu ile verilmektedir(Z,Θ)

fZ,Θ(z,θ)=z1{z(0,1),θ(0,π/2)}{z(1,2),θ(cos1(1/z),sin1(1/z))}

Entegre , biz pdf elde gibiθZ

fZ(z)=πz210<z<1+(πz22zcos1(1z))11<z<2

Yukarıdaki gerekçem doğru mu? Her durumda, bu yöntemi önlemek ve bunun yerine cdf'sini doğrudan bulmaya çalışıyorum . Ancak geometrik olarak değerlendirirken istenen alanları bulamadım .ZPr(Yz2X2)

DÜZENLE.

Ben dağılımı fonksiyonunu bulma çalıştı olarakZ

FZ(z)=Pr(Zz)=Pr(X2+Y2z2)=x2+y2z210<x,y<1dxdy

Mathematica , bunun

FZ(z)={0, if z<0πz24, if 0<z<1z21+z22(sin1(1z)sin1(z21z)), if 1<z<21, if z>2

doğru ifadeye benziyor. Farklılaşan durumda kolaylıkla zaten elde pdf basitleştirmiyor bir ifade getirir bile.FZ1<z<2

Son olarak, CDF için doğru resimlere sahip olduğumu düşünüyorum:

İçin :0<z<1

resim açıklamasını buraya girin

Ve :1<z<2

resim açıklamasını buraya girin

Gölgeli kısımların bölgesinin alanını belirtmesi gerekir

{(x,y):0<x,y<1,x2+y2z2}

Resim hemen verir

FZ(z)=Pr(z2X2Yz2X2)={πz24, if 0<z<1z21+z211z2x2dx, if 1<z<2

daha önce bulduğum gibi.


1
CDF'yi doğrudan bulmak için gösterge işlevlerini kullanın. İçinGerisi tamamen cebirsel manipülasyon. (Düzenleme:. Xi'an sadece onun cevabını cebir yayınlanmıştır @ ı bakınız)z0,
Pr(X2+Y2z)=0101I(x2+y2z2)dxdy.
whuber

1
Düzenleme yeniden: Ayrıca birkaç farklı ifadeler elde ve (kullanarak FullSimplify) Mathematica farklı formüller için basitleştirmek . Ancak, eşdeğerdir. Farkları çizilerek kolayca gösterilebilir. Görünüşe göre Mathematica bilmiyor zaman . tan1(z21)=sec1(z)1<z<2
whuber

1
Son resminizde yüzeyin kenarı, , merkezi (0,0) olan bir (yarı) daire olmalıdır. Böylece (şu anda çizilmiş olan) dışbükey yerine içbükey. r2x2
Sextus Empiricus

Yanıtlar:


10

PDF'nin doğru olup olmadığı basit bir simülasyon ile kontrol edilebilir

samps=sqrt(runif(1e5)^2+runif(1e5)^2)
hist(samps,prob=TRUE,nclass=143,col="wheat")
df=function(x){pi*x/2-2*x*(x>1)*acos(1/(x+(1-x)*(x<1)))}
curve(df,add=TRUE,col="sienna",lwd=3)

resim açıklamasını buraya girin

Kutup değişkenleri olmadan cdf'yi bulmak

Pr(X2+Y2z)=Pr(X2+Y2z2)=Pr(Y2z2X2)=Pr(Yz2X2,Xz)=EX[z2X2I[0,min(1,z)](X)]=0min(1,z)z2x2dx=z20min(1,z1)1y2dy[x=yz, dx=zdy]=z20min(π/2,cos1z1)sin2θdθ[y=cos(θ), dy=sin(θ)dθ]=z22[min(π/2,cos1z1)sin{min(π/2,cos1z1)}cos{min(π/2,cos1z1}]=z22{π/2 if z<1cos1z1sin{cos1z1)}z1 if z1=z22{π/2 if z<1cos1z11z2z1 if z1
ki bu da aynı karmaşıklığa sahip! (Artı, yolumdaki olası hatalarım!)

Durum , biraz bulanıklaştığı yerdir. Sanırım için ifadeyi farklılaştıran doğru pdf ile bitmiyor . 1z<2z1
StubbornAtom

2

fz(z) :

Yani, için 1z<2cos1(1z)θsin1(1z)

Simetri kullanırken ifadelerinizi basitleştirebilir ve ifadelerini değerlendirebilirsiniz . Böylece, uzayın yarısı için ve sonra sonucu iki katına.θmin<θ<π4

Sonra alırsınız:

P(Zr)=20rz(θminπ4dθ)dz=0rz(π22θmin)dz

ve olduğufz(z)

fz(z)=z(π22θmin)={z(π2) if 0z1z(π22cos1(1z)) if 1<z2

Fz(z) :

Belirsiz integrali kullanabilirsiniz:

zcos1(1z)=12z(zcos1(1z)11z2)+C

notdducos1(u)=(1u2)0.5

Bu kablolar için Xi'ans ifadesi olarak benzer bir şey için basit , yaniPr(Zz)

Eğer o zaman:1z2

Fz(z)=z2(π4cos1(1z)+z111z2)

İfadenizle ilişki, 'i iki ifadesine böldüğümüzde ve sonra farklı ifadelerine dönüştürdüğümüzde görülür .cos1cos1sin1

için elimizdekiz>1

cos1(1z)=sin1(11z2)=sin1(z21z)

ve

cos1(1z)=π2sin1(1z)

yani

cos1(1z)=0.5cos1(1z)+0.5cos1(1z)=π40.5sin1(1z)+0.5sin1(z21z)

bu, daha önce sözü edilen içine bu fiş da tanımlanmasına neden içinFz(z)1<z<2


1

İçin , yarıçapı çeyrek dairenin hemen alan olan . Yani, 0z1P(X2+Y2z)z14πz2

For 0z1, area of quarter-circle=πz24=P(X2+Y2z).

İçin , bulmak entegre gerekir, üzerinde bölgesi iki dik üçgen ayrılabilir içlerinden birinin ve köşeleri, diğerinin köşeleri ve bir birlikte sektör yarıçapı bir dairenin ve iç açısı . Bu bölgenin alanı (ve dolayısıyla ) değeri kolayca bulunur.1<z2P(X2+Y2z)((0,0),(0,1)(z21,1)(0,0),(1,0)(1,z21) )zπ22arccos(1z)(P(X2+Y2z)1<z2 , ; bu, Martijn Wetering'in cevabının sonucudur.

area of region=area of two triangles plus area of sector=z21+12z2(π22arccos(1z))=πz24+z21z2arccos1z=(P(X2+Y2z)

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.