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$\lim_{n \to\infty} E(|S_n|)= \infty$ $(X_n)_{n \geq 1}$ i.yo.d. real RV con Var$(X_1)=1, E(X_1)=0$

Problema: Para $(X_n)_{n \geq 1}$ i.yo.d. real RV con Var$(X_1)=1$ $E(X_1)=0$ $S_n$ que denota la suma parcial de la RVs tenemos $$\lim_{n \to \infty} E(|S_n|)=\infty $$


Mi Enfoque: me las he arreglado para mostrar, gracias al teorema del límite central, que $\exists p >0$ tal que para lo suficientemente grande como $n \in \mathbb{N}$ ( $n \geq n_0$ ) tenemos \begin{align}P (|S_n| \geq \sqrt{n}) \geq p>0, \ \forall n \geq n_0 \tag{*} \end{align}

Quiero usar * para concluir la instrucción. Mi idea era ahora el uso que de positivo RV $X$ tenemos $$E(X)= \int_0^\infty P(X \geq x) dx $$ Sin embargo estoy teniendo problemas para conectar esto con mi resultado (*) porque evidentemente tenemos $P(|S_n| \geq \sqrt{n}) \geq P(|S_n| \geq n)$

Puedo escribir $$E(|S_n|) = \int_0^\infty P (|S_n| \geq x ) dx = \sum_{i=1}^\infty \int_{i-1}^i P(|S_n| \geq x)dx \\ \geq \sum_{i=1}^\infty \int_{i-1}^i P(|S_n| \geq i) dx = \sum_{i=1}^\infty P(|S_n| \geq i ) $$ Supongo que estoy en el camino equivocado. Tal vez alguien podría proporcionarme una sugerencia para meterme en la dirección correcta utilizando de nuevo (*) para concluir el enunciado del problema.

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Antonios Puntos 489

Tenga en cuenta que esto podría ser lo que @Hicieron sugerir en los comentarios. Sin embargo, dado que no he tratado con la probabilidad condicional/expectativa pero voy a volver a escribir en mis propias palabras.

Tenga en cuenta que para todas las $a>0$ tenemos $a \mathbb{1}_{|X| \geq a} \leq |X|$. Aplicando este es el problema, se ve fácilmente que \begin{align}\mathbb{E} (|S_n|) \geq \mathbb{E}( \sqrt{n} \cdot 1_{|S_n| \geq \sqrt{n}}) = \sqrt{n} \mathbb{E}(1_{|S_n| \geq\sqrt{n}}) = \sqrt{n} \mathbb{P}(|S_n| \geq \sqrt{n}) > \sqrt{n}p \end{align} lo que concluye la prueba de $n \to \infty$.

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