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Teorema del valor medio para las variables al azar (dentro de un valor de la expectativa)

En una prueba estoy tratando de entender un valor medio teorema de variables aleatorias se utiliza. Se afirma que

$$E[f(X+Y)]=E[f(X)+E[f^\prime(X+\theta Y)]Y]$$

para los verdaderos valores de las variables aleatorias $X$ $Y$ $f\in C^1$ (Nota: he tenido que cambiar la ecuación anterior). La variable aleatoria $\theta$ tiene valores en $[0,1]$.

Mi pregunta: es también declaró, que la variable aleatoria $\theta$ es distribuido uniformemente en $[0,1]$ e independiente de $X$$Y$. ¿Por qué es este el caso? Puede que me apunte a la utilizada teorema? (En mi libro de texto sólo los resultados, pero no la utiliza teoremas se mencionan...)

Información adicional:

  • $X = \tfrac{1}{\sqrt{n}}\sum_{k=1, k\neq i}^n Y_k$ para la normalización de la me.yo.d variables aleatorias $Y_k$ y un cierto $i\in\{1,2,\ldots,n\}$
  • $Y = \tfrac{1}{\sqrt{n}}Y_i$
  • Por lo tanto $X$ $Y$ son independientes.
  • $f$ es la solución de una Stein ecuación para la aproximación normal

Actualización 1: me acabo de enterar, que es importante tomar la media en ambos lados de la ecuación. He editado mi pregunta...

Actualización 2: he encontrado una solución para la pregunta, ¿por $\Theta$ es distribuido uniformemente (ver mi respuesta). Queda la pregunta: ¿por Qué es $\Theta$ independiente de $X$$Y$?

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tampis Puntos 3553

$f$ Uno tiene:

$$\begin{align} f(y)-f(x) &= \int_x^y f'(s) ds \\ &= (y-x) \int_0^1 f'(x+(y-x)t)dt \\ &= (y-x) E\left[f'\left(x+(y-x)\Theta\right)\right] \end {Alinee el} $$

$\Theta$ uniformemente distribuido en $[0,1]$. Por lo tanto

$$\begin{align} E[f(X+Y)]-E[f(X)] &= E[f(X+Y) - f(X)] \\[1em] &\left\downarrow\ f(y)-f(x) = (y-x) E\left[f'\left(x+(y-x)\Theta\right)\right] \right.\\[1em] &= E[\ Y\cdot E[f'(X+\Theta Y)]\ ] \end {Alinee el} $$

Por lo tanto

$$E[f(X+Y)] = E[f(X) + \ Y\cdot E[f'(X+\Theta Y)]]$$

Porque $\Theta$ puede ser elegido libremente, uno puede elegir $\Theta$ independiente de $X$ y $Y$. (No comprobarlo, pero creo que uno siempre puede construir una variable aleatoria con una distribución determinada que deberá ser independiente de otras variables).

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