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Teorema del límite central para variables aleatorias con exactamente un 2ndo momento

Considere $X_m$ que son variables aleatorias independientes e idénticamente distribuidas que tienen momentos exactamente hasta el orden $2$ y no más altos. Esto se puede hacer de numerosas maneras. Una es la siguiente: sea $a_n$ una secuencia de números positivos que tiende a cero y sea $b_n$ una secuencia de números positivos tal que $\sum_{n=1}^\infty \frac{b_n}{a_n}$ converge. (Por ejemplo, $a_n=1/n, b_n=2^{-n}$ hace el trabajo). Sea $f_n(x)=(2+a_n) 1_{[1,\infty)}(x) |x|^{-3-a_n}$. Luego sea $f(x)=\sum_{n=1}^\infty \frac{b_n}{\sum_{k=1}^\infty b_k} f_n(x)$. Entonces $f$ es una función de densidad de una variable aleatoria que no tiene momentos más altos que el segundo (ya que cada $f_n$ tiene momentos exactamente de orden estrictamente menor que $2+a_n$). La suposición sobre $b_n$ asegura que en realidad tiene un segundo momento finito. (De hecho, el truco aquí es $\bigcap_{n=1}^\infty [1,2+a_n)=[1,2]$.)

A pesar de esta propiedad de momentos algo patológica, el teorema central del límite clásico aún nos dice que $\frac{\overline{X}_m-\mu}{\sigma/\sqrt{m}}$ converge en distribución a una variable aleatoria $N(0,1)$. Sin embargo, las estimaciones cuantitativas más comunes para la tasa de convergencia, por ejemplo, el teorema de Berry-Esseen, requieren la existencia de un momento superior al orden $2$. ¿Qué se puede decir sobre la tasa de convergencia en casos como el mencionado en el párrafo anterior?

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Davide Giraudo Puntos 95813

El artículo

Friedman, N .; Katz, Melvin; Koopmans, L. H. Tasas de convergencia para el teorema del límite central. Proc. Nat. Acad. Sci. EE. UU. 56 1966 1062-1065.,

disponible aquí, parece ofrecer algo en esta dirección. Los autores demuestran que para una secuencia i.i.d. de variables aleatorias centradas con varianza unitaria y tal que $\mathbb E\left[X_1^2\log\left(1+\left|X_1\right|\right)\right]< +\infty$, la serie $$\sum_{n=1}^{+\infty } \frac 1n\left|\mathbb P\left\{ \frac{S_n } { \sqrt n }\leqslant x\right\} - \Phi(x) \right| $$ es convergente para cualquier $x\in\mathbb R\setminus \{0\}$, donde $S_n=\sum_{i=1}^nX_i$ y $\Phi$ denota la función de distribución acumulada de una distribución normal estándar.

Sin embargo, todavía tenemos un poco más que un momento finito de segundo orden.

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A menos que me equivoque, para una secuencia i.i.d. de variables aleatorias centradas con varianza unitaria, los autores muestran que la convergencia de la serie en su publicación es equivalente a la convergencia de $$\sum_n\frac1n\left(E(X_1^2;|X_1|\geq\sqrt{n})+E(X_1;|X_1|\leq\sqrt{n})^2\right)$$ lo cual parece ser equivalente (pero no entiendo por qué los autores no mencionan esto) a la finitud de $$\sum_n\frac1nE(X_1^2;|X_1|\geq\sqrt{n})$$ o, incluso de manera más simple, de $$E(X_1^2\log^+|X_1|).$$ (El caso $x=0$ es diferente, como muestra el teorema de Rosen, es notable.)

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@Did: Tienes razón. Debería haber examinado el papel más cuidadosamente. Es un elemento de respuesta, pero por supuesto no es una respuesta completa a la pregunta.

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Es posible que estemos más cerca de una respuesta definitiva de lo que tu comentario hace creer, ya que toda variable aleatoria cuadrado integrable $Y$ es tal que $E(u(Y)Y^2)$ es finito, para alguna función bien elegida $u$ que tiende a infinito en el infinito.

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