normal ve ki-kare olmak üzere iki bağımsız rasgele değişkenin ürününün pdf'si


17

X ve Y bağımsızsa, iki bağımsız rastgele değişken X ve Y'nin ürününün pdf'si nedir? X normal dağılıma, Y ki-kare dağılımı

Z = XY

Eğer X normal bir dağıtım

XN(μx,σx2)
fX(x)=1σx2πe12(xμxσx)2
veY,kserbestlik derecesi ile Ki-kare dağılımına sahiptir
Yχk2
fY(y)=y(k/2)1ey/22k/2Γ(k2)u(y)
whreu(y)birim basamak fonksiyonudur.

Şimdi, bir pdf nedir Z eğer X ve Y bağımsız?

Çözüm bulmak için bir yol ise Rohatgi tanınmış sonucu (1976, s.141) kullanmaktır fXY(x,y) , sürekli Karavan'ın ortak PDF olduğu X ve Y , pdf Z ise

fZ(z)=1|y|fXY(zy,y)dy

çünkü ve Y bağımsızdır f X Y ( x , y ) = f X ( x ) f Y ( y ) f Z ( z ) = - 1XYfXY(x,y)=fX(x)fY(y) fZ(z)=1

fZ(z)=1|y|fX(zy)fY(y)dy
İntegrali çözme problemiyle karşı karşıyayız01
fZ(z)=1σx2π12k/2Γ(k2)01|y|e12(zyμxσx)2y(k/2)1ey/2dy
. Biri bana bu problemde yardımcı olabilir mi?01|y|e12(zyμxσx)2y(k/2)1ey/2dy

Bunu çözmenin alternatif bir yolu var mı?


2
Bu son adım pek doğru görünmüyor. " "demek görünüyorfX, ama - daha da önemlisi - sadece alt sınırı değiştiremezsiniz0: Eğer iki ayrı olanları içine integrali kırmaya gerek0, değişimy-ynegatif aralığında biri için ve sonra ikisini birleştirmek Bu entegrasyon uysal hale getirebilir inanıyoruz: genelleştirilmiş hipergeometrik fonksiyonlarının doğrusal bir kombinasyonunu vermek görünmektedir..fXYfX00yy
whuber

Evet, bu bir hataydı olmalıdırfX(zfZY(zy). fX(zy)
robin

Fakat sanırım alt sınırı 0 olarak değiştirmek geçerlidir çünkü , ( 0 , ) birim adımı fonksiyonu u ( y ) ile gösterilen bir işlevdir . fY(y)(0,)u(y)
robin

Artık bu tür hesaplamalar için eğitilmiyorum ... ama kapalı bir formülle sonuçlanabilecek gibi görünmüyor. Pratik bir uygulama için buna ihtiyacınız varsa, "Bunu verimli bir şekilde nasıl hesaplayacağınıza" odaklanmanız gerektiğini düşünüyorum.
Elvis

4
Bu soru için herhangi bir motivasyon var mı? Bir Normal bir bölü Student olan t , ama neden bir Normal çarpılır veya bölünür dikkate alacağını kay kare testi 2 ? χtχ2
Xi'an

Yanıtlar:


1

integralindeki terimi basitleştirmek

T=e12((zyμxσx)2y)yk/22

find the polynomial p(y) such that

[p(y)e12((zyμxσx)2y)]=p(y)e12((zyμxσx)2y)+p(y)[12((zyμxσx)2y)]e12((zyμxσx)2y)=T

which reduces to finding p(y) such that

p(y)+p(y)[12((zyμxσx)2y)]=yk/22

or

p(y)12p(y)(zμxσx2y2z2σx2y31)=yk/22

which can be done evaluating all powers of y seperately


edit after comments

Above solution won't work as it diverges.

Yet, some others have worked on this type of product.

Using Fourrier transform:

Schoenecker, Steven, and Tod Luginbuhl. "Characteristic Functions of the Product of Two Gaussian Random Variables and the Product of a Gaussian and a Gamma Random Variable." IEEE Signal Processing Letters 23.5 (2016): 644-647. http://ieeexplore.ieee.org/document/7425177/#full-text-section

For the product Z=XY with XN(0,1) and YΓ(α,β) they obtained the characteristic function:

φZ=1βα|t|αexp(14β2t2)Dα(1β|t|)

with Dα Whittaker's function ( http://people.math.sfu.ca/~cbm/aands/page_686.htm )

Using Mellin transform:

Springer and Thomson have described more generally the evaluation of products of beta, gamma and Gaussian distributed random variables.

Springer, M. D., and W. E. Thompson. "The distribution of products of beta, gamma and Gaussian random variables." SIAM Journal on Applied Mathematics 18.4 (1970): 721-737. http://epubs.siam.org/doi/10.1137/0118065

They use the Mellin integral transform. The Mellin transform of Z is the product of the Mellin transforms of X and Y (see http://epubs.siam.org/doi/10.1137/0118065 or https://projecteuclid.org/euclid.aoms/1177730201). In the studied cases of products the reverse transform of this product can be expressed as a Meijer G-function for which they also provide and prove computational methods.

They did not analyze the product of a Gaussian and gamma distributed variable, although you might be able to use the same techniques. If I try to do this quickly then I believe it should be possible to obtain an H-function (https://en.wikipedia.org/wiki/Fox_H-function ) although I do not directly see the possibility to get a G-function or make other simplifications.

M{fY(x)|s}=2s1Γ(12k+s1)/Γ(12k)

and

M{fX(x)|s}=1π2(s1)/2σs1Γ(s/2)

you get

M{fZ(x)|s}=1π232(s1)σs1Γ(s/2)Γ(12k+s1)/Γ(12k)

and the distribution of Z is:

fZ(y)=12πicic+iysM{fZ(x)|s}ds

which looks to me (after a change of variables to eliminate the 232(s1) term) as at least a H-function

what is still left is the puzzle to express this inverse Mellin transform as a G function. The occurrence of both s and s/2 complicates this. In the separate case for a product of only Gaussian distributed variables the s/2 could be transformed into s by substituting the variable x=w2. But because of the terms of the chi-square distribution this does not work anymore. Maybe this is the reason why nobody has provided a solution for this case.


1
... which yields ...?
wolfies

it gives the antiderivative of the term in the integral that is to be solved according to the question
Sextus Empiricus

It is unclear what progress this analysis represents. Do you obtain a solution or not?
whuber

Finding the coefficients of the polynomial p(y) (which closes the solution) is a tedious, but straightforward, task which I left open. I will soon enter some examples for some k.
Sextus Empiricus
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.