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$\frac1n \sum_{i=1}^n W_i(T_i)\to 0$ a.s. para $n\to\infty$

Sea $(W_1(t))_{t\ge 0},(W_2(t))_{t\ge 0},\dots$ procesos Wiener estándar i.i.d. Sea $T$ una variable aleatoria integrable, no negativa, tal que $\{T\le t\} \sigma\{\cup_{s\le t}W_1(s)\} $ es medible para cada $t\ge0$ (esto se denomina tiempo de parada continua). Además $T_1:=T,T_n(\omega):=T(W_n(\cdot,\omega))+T_{n-1}(\omega).$

Mostrar $\frac1n \sum_{i=1}^n W_i(T_i)\to 0$ a.s. para $n\to\infty$ y concluye $\operatorname E(W_1(T))=0.$

No tengo ni idea y ni siquiera sé cómo ponerse manos a la obra en esta tarea. ¡Se agradecen algunos enfoques!

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user36150 Puntos 8

Tal y como está planteado ahora mismo, la primera parte del problema no es correcta; en general,

$$\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n W_i(T_i)$$

no converge a $0$ . Para ver esto consideremos el caso particular de que $T := 1$ . Claramente, $T$ es un tiempo de parada integrable, y por la propia definición de $T_n$ tenemos $T_n = n$ . Así,

$$\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n W_i(T_i) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n W_i(i).$$

Tenga en cuenta que $W_i(i)$ es gaussiano con media $0$ y varianza $i$ . Dado que las variables aleatorias son, por suposición, independientes, encontramos que la suma

$$S_n := \sum_{i=1}^n W_i(i)$$

es gaussiano con media $0$ y varianza

$$\sigma_n^2 = \sum_{i=1}^n i = \frac{1}{2} n(n+1).$$

En particular, $S_n$ iguales en distribución $\sqrt{\sigma_n^2} S_1 \sim N(0,\sigma_n^2)$ y así

$$\mathbb{P} \left( \left| \frac{S_n}{n} \right| > 1 \right) = \mathbb{P} \left( \frac{\sigma_n^2}{n} |S_1|> 1 \right) \xrightarrow[]{n \to \infty} \mathbb{P}(|S_1|>2)$$

que muestra que $S_n/n$ no converge en probabilidad (y por tanto no es casi seguro) a $0$ .


Creo que la declaración debe decir

$$\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (W_i(T_i)-W_i(T_{i-1})) \xrightarrow[]{n \to \infty} 0,$$

de hecho se deduce de la propiedad Markov fuerte del movimiento browniano que las variables aleatorias $X_i := W_i(T_i) - W_i(T_{i-1})$ son independientes e idénticamente distribuidos, por lo que podemos aplicar la ley fuerte de los grandes números para deducir que $$\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (W_i(T_i)-W_i(T_{i-1})) \xrightarrow[]{n \to \infty} \mathbb{E}(W_1(T)).$$ Para demostrar que $$\mathbb{E}(W_1(T))=0$$ Le sugiero que utilice técnicas de martingala, es decir, el hecho de que $(W_t)_{t \geq 0}$ y $(W_t^2-t)_{t \geq 0}$ son martingalas.

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