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Acoplamiento de $\mu$ y $\nu$ son siempre independiente

Deje $\mu,\nu$ dos medidas de probabilidad en un espacio medible $(X,\mathscr A)$. El acoplamiento de $\mu$ $\nu$ consiste en la construcción de un nuevo espacio de probabilidad $(\Omega,\mathscr F,\mathsf P)$ junto con dos variables aleatorias $$ \begin{align} \xi:(\Omega,\mathscr F)&\to(X,\mathscr A)\quad \\ \eta:(\Omega,\mathscr F)&\to(X,\mathscr A) \end{align} $$ tal que $\xi_*(\mathsf P) = \mu_i$$\eta_*(\mathsf P) = \nu$. I. e. por ejemplo, $\mathsf P(\xi^{-1}(A)) = \mu(A)$ cualquier $A\in \mathscr A$.

Me pregunto si hay suficiente/condiciones necesarias en $\mu,\nu$ que asegura que no importa que el acoplamiento es elegido, $\xi\perp \eta$ en el sentido de que $$ \mathsf P(\xi^{-1}(A)\cap \eta^{-1}(B)) = \mu(A)\nu(B). $$

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David Moews Puntos 11543

Las condiciones necesarias y suficientes son que, o bien $\mu$ da a todos los conjuntos medibles probabilidad de $0$ o $1$ o $\nu$ da a todos los conjuntos medibles probabilidad de $0$ o $1$.

Para demostrar que estas condiciones son suficientes, por ejemplo supongamos que $\mu$ da a todos los conjuntos medibles probabilidad de $0$ o $1$. A continuación, para todos los conjuntos de $A$$B$$\mathscr A$, $\mu(A)=0$ o $\mu(A)=1$. Si $\mu(A)=0$, luego $$ \mathsf P(\xi^{-1}(A)\cap \eta^{-1}(B))\le\mathsf P(\xi^{-1}(A))=\mu(A)=0 $$ así $$ \mathsf P(\xi^{-1}(A)\cap \eta^{-1}(B))=0=\mu(A) \nu(B). $$ Si $\mu(A)=1$,$\mu(A^C)=0$, por lo que \begin{eqnarray*} \mathsf P(\xi^{-1}(A)\cap \eta^{-1}(B))&=&\mathsf P(\eta^{-1}(B))-\mathsf P(\xi^{-1}(A^C)\cap \eta^{-1}(B))\\ &=&\mathsf P(\eta^{-1}(B)), \ \ \text{by the above}\\ &=&\nu(B)\\ &=&\mu(A)\nu(B). \end{eqnarray*}

Para demostrar que las condiciones son necesarias, voy a suponer que no se mantenga y siga Hizo el comentario anterior para construir un contraejemplo de acoplamiento. Si las condiciones no espera, no es$A\in\mathscr A$$\mu(A)=p\in(0,1)$$B\in\mathscr A$$\nu(B)=q\in(0,1)$. Suponer sin pérdida de generalidad que $p\le q$.

A la par el caso de $A$$B$, usted puede construir una $2$ $2$ tabla de contingencia, $$ \begin{array}{lll} & {\Bbb P}(A)=p & {\Bbb P}(A^C)=1-p \\ {\Bbb P}(B)=q & t & u \\ {\Bbb P}(B^C)=1-q & v & w \\ \end{array} $$ y rellenar sus entradas, $t$, $u$, $v$, y $w$, con cualquier tipo de números no negativos, de modo que los marginales son correctos. Los marginales de la fuerza de los valores $u=q-t$, $v=p-t$, y $w=1-p-q+t$, por lo que debe escoger un valor de $t$ en el intervalo cerrado $[\max(0, p+q-1),p]$. Una vez hecho esto, usted puede extender el acoplamiento con la construcción de medidas del producto, de la siguiente manera:

Definir producto subprobability medidas $\omega_1$, $\omega_2$, $\omega_3$, y $\omega_4$ $(X\times X, {\mathscr A} \times {\mathscr A})$ por

$$\omega_1(D\times E)=t \frac{\mu(D\cap A) \nu(E\cap B)}{pq},$$

$$\omega_2(D\times E)=(q-t)\frac{ \mu(D\cap A^C) \nu(E\cap B)}{(1-p)q},$$

$$\omega_3(D\times E)=(p-t)\frac{ \mu(D\cap A) \nu(E\cap B^C)}{p(1-q)},$$

$$\omega_4(D\times E)=(1-p-q+t)\frac{ \mu(D\cap A^C) \nu(E\cap B^C)}{(1-p)(1-q)}.$$

Por construcción, estos tienen total medida $t$, $q-t$, $p-t$, y $1-p-q+t$, respectivamente. Por lo tanto, si $\mathsf P:=\omega_1+\omega_2+\omega_3+\omega_4$, $\mathsf P$ es una medida de probabilidad. Ahora, vamos a $\Omega:=X\times X$, ${\mathscr F}:={\mathscr A}\times {\mathscr A}$, y deje $\xi$ $\eta$ ser proyecciones en el primer y segundo coordenadas. Para mostrar que, por ejemplo, $\xi_*(\mathsf P) = \mu$, se observa que la si $D\in\mathscr A$, \begin{eqnarray*} \mathsf P(\xi^{-1}(D))&=&\mathsf P(D\times X)\\ &=& \omega_1(D\times X)+\omega_2(D\times X)+\omega_3(D\times X)+\omega_4(D\times X)\\ &=& t\frac{\mu(D\cap A)q}{pq}+(q-t)\frac{\mu(D\cap A^C)q}{(1-p)q} +(p-t) \frac{\mu(D\cap A)(1-q)}{p(1-q)}+(1-p-q+t)\frac{\mu(D\cap A^C)(1-q)}{(1-p)(1-q)}\\ &=& \frac{t+(p-t)}{p}\mu(D\cap A) + \frac{(q-t)+(1-p-q+t)}{1-p}\mu(D\cap A^C)\\ &=& \mu(D). \end{eqnarray*} La prueba de que $\eta_*(\mathsf P)=\nu$ es similar. Sin embargo, ahora \begin{eqnarray*} \mathsf P(\xi^{-1}(A)\cap \eta^{-1}(B))&=&\mathsf P(A\times B)\\ &=&\omega_1(A\times B), \qquad \text{since the other %#%#%s vanish}\\ &=& t\frac{pq}{pq}\\ &=& t. \end{eqnarray*} Ya que podemos elegir $\omega_i$ a ser cualquier número en $t$, lo que evidentemente no es necesario que $[\max(0,p+q-1),p]$ igual $t$. Esto completa la prueba.

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