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Martingala converge al límite

Pregunté a una casi la misma pregunta de antes y es resuelto por considerar adyacentes $Z_n$ no puede estar muy lejos y obtener una contradicción. Sin embargo, si el entorno es alterado un poco, me pregunto si es cierto.

Supongamos $D$ es un delimitada, conectado, abra subconjunto de $\mathbb{R}^2$ con límite de $\partial D$.

Considere una cadena de Markov $\{Z_n\}_{n\geq 0}$ $D$ que evoluciona de la siguiente manera: para cada una de las $n\geq 0$, condicionado a $\sigma(Z_k)_{k\leq n}$, la variable aleatoria $Z_{n+1}$ es distribuido uniformemente en el disco de radio $R_n$ centrada en $Z_n$ donde $2R_n$ es la distancia de$Z_n$$\partial D$.

Demostrar que $$Z_n \rightarrow Z_{\infty} \;a.s., Z_{\infty}\in \partial D. $$

No es demasiado difícil ver que las coordenadas de a $Z_n$ son acotados (como $D$ es). También es fácil ver que las coordenadas de a $Z_n$ son de martingala. A continuación, por el acotamiento de las coordenadas y la martingala teorema de convergencia, sabemos que $Z_n$ de hecho se convierte para algunos $Z_{\infty}$.

Pero, ¿cómo mostrar $Z_\infty\in \partial D$? Yo no soy capaz de producir una contradicción a $Z_\infty \in D$ con probabilidad positiva.

Hice una simulación en $\mathbb{R}^2$ $D$ ser un disco y parece cierto que $Z_n$ llegará al límite por último.

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goric Puntos 5230

Vamos a un modelo de cadena de Markov de la siguiente manera. Vamos $(U_n)_{n\geq 0}$ ser yo.yo.d. variables aleatorias distribuidos uniformemente sobre la unidad de disco en $\mathbb{R}^2$. Set $Z_0$ tomar valores en $\bar D$, y para $n\geq 0$ vamos $$Z_{n+1}=Z_n+{1\over 2} \varphi(Z_n)\, U_n,$$ donde $\varphi(z)=\inf\{\|x-z\|: x\in D^c\}$. Desde \begin{eqnarray*}\mathbb{E}(Z_{n+1}\mid {\cal F}_n) &=&\mathbb{E}(Z_n+{1\over 2} \varphi(Z_n)\, U_n\mid {\cal F}_n)\\[5pt] &=&Z_n+{1\over 2} \varphi(Z_n)\,\mathbb{E}(U_n\mid {\cal F}_n)\\[5pt] &=&Z_n+{1\over 2}\varphi(Z_n)\,\mathbb{E}(U_n)\\[5pt] &=&Z_n+0,\end{eqnarray*} vemos que $(Z_n)$ es una martingala. Desde $Z_n\in \bar D$, es una martingala acotada y por lo $Z_n\to Z_\infty \in\bar{D}$ casi seguramente.

Ahora, por un lado, $\mathbb{E}\|Z_{n+1}-Z_n\|\to 0$ por delimitada convergencia. Por otro lado, señalar que $\varphi$ es continua, y el uso de Fatou del lema tenemos $$ \mathbb{E}(\varphi(Z_\infty))\leq \lim_n\mathbb{E}(\varphi(Z_n)) =2 \lim_n \mathbb{E}(\|Z_{n+1}-Z_n\|)/ \mathbb{E}\|U\|=0.$$ Por lo tanto, $\mathbb{E}(\varphi(Z_\infty))=0$ $Z_\infty\in D^c$ casi seguramente. Combinado con el hecho de que $Z_\infty \in \bar{D}$ casi seguramente, obtenemos $Z_\infty\in \partial D$ casi seguramente.

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