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Varianza condicional de variables aleatorias discretas

Dadas y son variables aleatorias discretas independientes con

$$\mathbb{E}[]=0, \mathbb{E}[]=1, \mathbb{E}[^2]=8, \mathbb{E}[^2]=10$$

y

$$Var()=Var()=8$$

Sea $=$ y $=+$ .

Para encontrar $\mathbb{E}[AB]$ entonces

$$\mathbb{E}[AB]=\mathbb{E}[XY(X+Y)]=\mathbb{E}[X^2Y + XY^2]=\mathbb{E}[X^2Y] + \mathbb{E}[XY^2]=\mathbb{E}[X^2]\mathbb{E}[Y]+\mathbb{E}[X]\mathbb{E}[Y^2]=8$$

Pero obtengo un valor diferente utilizando el siguiente método

$$\mathbb{E}[AB]=\mathbb{E}[A]\mathbb{E}[B]=\mathbb{E}[XY]\mathbb{E}[X+Y]=\mathbb{E}[X]\mathbb{E}[Y]*(\mathbb{E}[X]+\mathbb{E}[Y])=0$$

Por curiosidad, ¿a qué se debe?

Quiero creer que mi primer enfoque es correcto, por lo tanto $\mathbb{E}[AB]=8$ .

En cualquier caso, continuaré con mi pregunta.

Para encontrar $(A)$ dado $()=[()^2]([])^2$ entonces

$$\mathsf{Var}(A)=\mathbb{E}[(XY)^2]-(\mathbb{E}[XY])^2=\mathbb{E}[X^2Y^2]-(\mathbb{E}[X]\mathbb{E}[Y])^2=\mathbb{E}[X^2]\mathbb{E}[Y^2]=8*10=80$$

Hasta aquí todo bien, sin embargo, estoy teniendo problemas para encontrar la probabilidad condicional para $(|Y=1)$ .

Sé que la varianza condicional de una variable aleatoria se determina con

$$\mathsf{Var}(X|Y)=\mathbb{E}[(X-\mathbb{E}[X|Y])^2|Y]$$

Sustituyendo los parámetros respectivos, entonces

$$\mathsf{Var}(XY|Y=1)=\mathbb{E}[(XY-\mathbb{E}[XY|Y=1])^2|Y=1]$$

¿Y ahora qué? Hay un montón de expectativas condicionales anidadas.

Lo bueno es que existe una fórmula para las expectativas condicionales:

$$µ_{X | Y =y} = \mathbb{E}(X | Y = y) = \sum xf_{X | Y} (x | y).$$

Lo triste es que no sé qué hacer con él. ¿Estoy complicando demasiado las cosas?

Lo que sí sé es que $\mathbb{E}(X | Y = y)$ es el valor medio de $X$ cuando $Y$ se fija en $y$ . Ya he averiguado el valor de $(A)$ que no sé si es útil para encontrar el condicional o no. También, $\mathbb{E}[XY]=0$ .

  • A partir de aquí, ¿cómo calculo la varianza condicional?
  • ¿Existe una forma más sencilla de evaluarlo?

Espero que alguien pueda ayudarme a resolver esto. Gracias.

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Mouffette Puntos 205

En $A$ y $B$ no son independientes, $E[AB]\overset{?}{=}E[A]E[B]$ no se cumple necesariamente.


Has escrito mal la definición de varianza condicional.

La expresión $E[(Y - E[Y \mid X])^2 \mid X]$ es la definición de $\text{Var}(Y \mid X)$ no $\text{Var}(X \mid Y)$ .

Así que.., $\text{Var}(XY \mid Y=1) = E[(XY - E[XY \mid Y=1])^2 \mid Y=1]$ . Si haces el cálculo terminarás con $\text{Var}(X)$ lo cual tiene sentido: puesto que $X$ y $Y$ son independientes, $XY$ se convierte simplemente en $X$ al acondicionar en $Y=1$ .

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heropup Puntos 29437

Esta ecuación $$\mathsf{Var}(A)=\mathbb{E}[XY]^2-(\mathbb{E}[XY])^2=\mathbb{E}[X^2Y^2]-(\mathbb{E}[X]\mathbb{E}[Y])^2=\mathbb{E}[X^2]\mathbb{E}[Y^2]=8*10=80$$ contiene errores tipográficos. La ecuación corregida, con las correcciones en rojo, debería tener el siguiente aspecto: $$\mathsf{Var}(A)=\mathbb{E}[\color{red}{(}XY\color{red}{)^2}]-(\mathbb{E}[XY])^2=\mathbb{E}[X^2Y^2]-(\mathbb{E}[X]\mathbb{E}[Y])^2=\mathbb{E}[X^2]\mathbb{E}[Y^2]=8*10=80.$$

La razón es parecida a la razón por la que $f(x)^2$ se entiende $(f(x))^2$ en lugar de $f(x^2)$ .

La varianza condicional $$\mathsf{Var}(A \mid Y = 1)$$ es sencillo: Dado que $Y = 1$ entonces $A = XY = X$ Así que $$\mathsf{Var}(A \mid Y = 1) = \mathsf{Var}(X \mid Y = 1) = \mathsf{Var}(X),$$ donde la última igualdad que establece que la varianza condicional de $X$ dado $Y = 1$ es igual a la varianza incondicional de $X$ se cumple porque $X$ y $Y$ son independientes.

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