İid Gama değişkenlerinin toplamını sınırlama


11

Let olasılık yoğunluk fonksiyonu ile bağımsız ve özdeş dağıtılmış rastgele değişkenlerin bir dizisi; Bu ABSX1,X2,…

f(x)={12x2e−xif x>0;0otherwise.
limn→∞P[X1+X2+…+Xn≥3(n−n)]≥12

Ne denedim

İlk bakışta, soru alt sınırlı bir X_1 + X_2 + \ ldots + X_n göstermek istediğinden Chebyshev eşitsizliğini kullanması gerektiğini düşündüm X1+X2+…+Xn. Ancak, sorunun bir şekilde Merkezi Limit Teoremi (CLT) ile ilgili olabileceğini açıkça belirten sınır işaretini düşündüm.

Let Sn=X1+X2+…+Xn

E(Sn)=∑i=0nE(Xi)=3n (since E(Xi)=3)V(Sn)=∑i=0nV(Xi)=3n (since V(Xi)=3 and Xi are i.i.d)

Şimdi, büyük n , X_1 + X_2 + ........ + X_n \ sim N (3n, 3n) için CLT kullanma X1+X2+........+Xn∼N(3n,3n)
Veya

z=Sn−3n3n∼N(0,1) as n→∞

Şimdi,

limn→∞P[X1+X2+........+Xn≥3(n−n)]=limn→∞P(Sn−3n≥−3n)=limn→∞P(Sn−3n3n≥−3)=P(z≥−3)=P(−3≤z<0)+P(z≥0)=P(−3≤z<0)+12⋯(1)

Bu yana P(−3≤z<0)≥0 , böylece gelen (1) ,

limn→∞P[X1+X2+........+Xn≥3(n−n)]≥12

Doğrumuyum?


1
CLT makul bir yaklaşım gibi görünüyor, ancak " "mantıklı değil ..limn→∞P[X1+X2+........+Xn≥3(n−n)]=P(Sn−3n≥−3n)
— P.Windridge

Bence
limn→∞P[X1+X2+........+Xn≥3(n−n)]=limn→∞P(Sn−3n≥−3n)=limn→∞P(Sn−3n3n≥−3)=P(z≥−3)

6
Alternatif olarak, ve bu nedenle olduğunu düşünün . Medyan Gamma rastgele değişkenin kapalı olarak bilinmemektedir, ancak bunun bir (bakınız bilinen Wikipedia ) bunun için büyük , bir medyan arasında rasgele değişken yalan ve . Yana , olması gereken sağındaki olasılık yalan az yarısı . Xi∼Γ(3,1)X1+X2+⋅+Xn∼Γ(3n,1)nΓ(3n,1)3n−133n3(n−n)<3n−133(n−n)
— Dilip Sarwate

Yanıtlar:


3

Chebyshev'in Eşitsizliğinin işe yarayacağı konusunda haklıydınız. Bu tür birçok sekans için geçerli olan biraz kaba ama etkili bir bağ sağlar , bu sekansın en önemli özelliği kısmi toplamların varyansının en fazla ile doğrusal olarak büyüdüğünü ortaya çıkarır .n

O halde, ve sonlu varyanslar ile ilişkili olmayan değişkenleri dizisinin son derece genel durumunu düşünün ilk toplamı olsun ,Xiμiσi2.Ynn

Yn=∑i=1nXi.

Dolayısıyla ortalama olanYn

mn=∑i=1nμn

ve varyansı

sn2=Var⁡(Yn)=∑i=1nVar⁡(Xi)+2∑j>iCov⁡(Xi,Xj)=∑i=1nσi2.

ile en fazla doğrusal olarak büyüdüğünü varsayalım :sn2n yani, yeterince büyük olacak şekilde bir sayısı vardır Let (henüz belirlenecek), gözlemleyinλ>0n, sn2≤λ2n.k>0

m−kn≤m−kλsn,

ve Chebyshev Eşitsizliğini elde etmek için uygulayınYn

Pr(Yn≥mn−kn)≥Pr(Yn≥mn−kλsn)≥Pr(|Yn−mn|≤kλsn)≥1−λ2k2.

İlk iki eşitsizlik temeldir: birbirini izler çünkü birbirini izleyen her olay bir öncekinin bir alt kümesidir.


Eldeki durumda, burada araçlarla bağımsız (ve bu nedenle ilintisizdir) vardır ve sapma elimizdeki veXiμi=3σi2=3,mn=3n

sn=3n,

kadar küçük alabiliriz sorudaki olay , karşılık gelir ;λ3.3(n−n)=μn−3nk=3,

Pr(Yn≥3n−3n)≥1−3 232=23>12,

QED.


1

Whuber'ın mükemmel cevabına bir alternatif olarak, söz konusu olasılığın kesin sınırını türetmeye çalışacağım. Gama dağılımının özelliklerinden biri, aynı oran / ölçek parametresine sahip bağımsız gama rasgele değişkenlerinin toplamlarının, aynı zamanda, bu değişkenlerin şekillerinin toplamına eşit şekle sahip gama rasgele değişkenler olmasıdır. (Bu, dağıtımın üretme işlevleri kullanılarak kolayca kanıtlanabilir.) Mevcut durumda, , bu yüzden toplamı elde ediyoruz:X1,...Xn∼IID Gamma(3,1)

Sn≡X1+⋯+Xn∼Gamma(3n,1).

Bu nedenle, gama dağılımının CDF'sini kullanarak kesin olasılık olasılığını yazabiliriz. İzin vermek göstermektedirler şekil parametresi ve ilgi konusu bağımsız değişken ifade ederiz:a=3nx=3(n−n)

H(n)≡P(Sn≥3(n−n))=Γ(a,x)Γ(a)=aΓ(a)aΓ(a)+xae−x⋅Γ(a+1,x)Γ(a+1).

Bu olasılığın sınırını bulmak için ilk önce ikinci parametreyi olarak yazabiliriz, burada . Temme (1975) (Eqn 1.4, s. 1109) 'da gösterilen bir sonuç kullanarak asimtotik eşdeğerliğe sahibiz:x=a+2a⋅yy=−3/2

Γ(a+1,x)Γ(a+1)∼12+12⋅erf(−y)+29aπ(1+y2)exp⁡(−y2).

Stirling yaklaşımını ve üstel sayının sınırlayıcı tanımını kullanarak şunları da gösterebiliriz:

aΓ(a)aΓ(a)+xae−x∼2π⋅a⋅(a−1)a−1/22π⋅a⋅(a−1)a−1/2+xa⋅ea−x−1=2π⋅a⋅(1−1a)a−1/22π⋅a⋅(1−1a)a−1/2+x⋅(xa)a−1/2⋅ea−x−1=2π⋅a⋅e−12π⋅a⋅e−1+x⋅ex−a⋅ea−x−1=2π⋅a2π⋅a+x∼2πa2πa+1.

İlgili değerleri değiştirerek, şunları elde ederiz:

H(n)=aΓ(a)aΓ(a)+xae−x⋅Γ(a+1,x)Γ(a+1)∼2πa2πa+1⋅[12+12⋅erf(32)+29aπ⋅52⋅exp⁡(32)].

Bu bize sınır verir:

limn→∞H(n)=12+12⋅erf(32)=0.9583677.

Bu bize, yarısından daha büyük olan faiz olasılığının kesin sınırını verir.

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