5 votos

Son productos independientes de variables aleatorias independientes?

Deje $Z_0, Z_1, Z_2,...$ ser independientes e idénticamente distribuidas de tal manera que

$P(Z_n = 1) = P(Z_n = -1) = 1/2$ $n = 0, 1, 2, ...$

Vamos $X_0 = Z_0$, $X_1 = X_0 Z_1$, $X_2 = X_1 Z_2$, ...

Se $X_0, X_1, X_2, ...$ independiente?


Lo que he intentado:

Debemos probar que para los conjuntos de Borel $B_1, ..., B_n$,

$$P(X_0 \in B_0, X_1 \in B_1, ..., X_n \in B_n) = \prod_{i=0}^{n} P(X_i \in B_i) \ (*) $$

desde $X_0, X_1, X_2, ..., X_n$ son independientes $\forall n \in \mathbb{N}$ fib $X_0, X_1, X_2, ...$ son independientes.

  1. $\{ X_n \}_{n=0}^{\infty}$ es de Markov, es decir,

$$P[X_n \in B| X_m] = P[X_n \in B| \mathscr{F}_m]$$

$\forall m \in [0,n], B \in \mathscr B$

[ver la prueba en respuesta a continuación]

Esto implica que en el lado izquierdo de (*) es equivalente a:

$$P(X_0 \in B_0) P(X_1 \in B_1 | X_0 \in B_0) ... P(X_n \in B_n | X_{n-1} \in B_{n-1})$$

  1. $P(X_{n+1} = 1) = P(X_{n+1} = -1) = 1/2$ puede ser demostrado por inducción señalando las relaciones de recurrencia:

$$P(X_{n+1} = 1) = P(X_n = 1)P(Z_{n+1} = 1) + P(X_n = -1)P(Z_{n+1} = -1)$$

$$P(X_{n+1} = -1) = P(X_n = 1)P(Z_{n+1} = -1) + P(X_n = -1)P(Z_{n+1} = 1)$$.

Hice uso de el hecho de que $X_n$ $Z_{n+1}$ son independientes, lo que sigue a partir de la $X_n = Z_0Z_1 \dots Z_n$ $Z_1, ..., Z_n$ $Z_{n+1}$ son independientes.

Esto hace que el lado derecho de (*) a $(1/2)^{n+1}$

  1. $P(X_i \in B_i | X_{i-1} \in B_{i-1}) = 1/2$ porque $a_{n+1} \in \{-1, +1\}$

$P(X_{n+1} = a_{n+1} | X_n) = E[1_{X_{n+1} = a_{n+1}} | X_n] = E[1_{X_{n+1} = a_{n+1}} | X_n = 1]P(X_n = 1) + E[1_{X_{n+1} = a_{n+1}} | X_n = -1]P(X_n = - 1)$

Esto hace que el lado izquierdo de (*) a $(1/2)^{n+1}$. QED

Cualquier error o falta de pasos?

5voto

Dilip Sarwate Puntos 16161

Usted está haciendo de este un problema mucho más difícil de lo que debe ser porque el variables aleatorias en cuestión son dos valores, y el problema puede ser tratado como uno más de la independencia de eventos en lugar de la independencia de variables aleatorias. En lo que sigue, voy a tratar de la independencia de eventos aunque los acontecimientos se expresa en términos de variables aleatorias.

Deje $Z_0,Z_1,Z_2,\cdots$ ser independiente de las variables aleatorias $\ldots$

Voy a tomar esto como la afirmación de que el countably colección infinita de eventos $A_i = \{Z_i = +1\}$ es una colección de eventos independientes. Ahora, un contable de la colección de eventos se dice que es una colección de eventos independientes si cada finito subconjunto (de cardinalidad $2$ o más) es una colección de eventos independientes. Recordemos que $n\geq 2$ eventos $B_0, B_1, \cdots, B_{n-1}$ se dice que son eventos independientes si $$P(B_0\cap B_1\cap \cdots \cap B_{n-1}) = P(B_0)P(B_1) \cdots P(B_{n-1})$$ y cada subconjunto finito de dos o más de estos eventos es una colección de eventos independientes. Alternativamente, $B_0, B_1, \cdots, B_{n-1}$ se dice que son eventos independientes si el siguiente $2^n$ ecuaciones de espera: $$P(B_0^*\cap B_1^*\cap \cdots \cap B_{n-1}^*) = P(B_0^*)P(B_1^*)\cdots P(B_{n-1}^*)\etiqueta{1}$$ Tenga en cuenta que en $(1)$, $B_i^*$ destaca por $B_i$ o $B_i^c$ (igual en ambos lados de $(1)$) y el $2^n$ opciones ($B_i$ o $B_i^c$) nos dan la $2^n$ ecuaciones.

Para nuestra aplicación, $A_i = \{Z_i = +1\}$$A_i^c = \{Z_i=-1\}$, y así la comprobación de si el $2^n$ ecuaciones $$P(A_0^*\cap A_1^*\cap \cdots \cap A_{n-1}^*) = P(A_0^*)P(A_1^*)\cdots P(A_{n-1}^*)\etiqueta{2}$$ mantener o no, es equivalente a la comprobación de que el conjunta de la función de masa de probabilidad (fmp) de $Z_0, Z_1, \cdots, Z_{n-1}$ los factores en el producto de la $n$ marginal de la fmp en cada uno y cada uno de los puntos de $(\pm 1, \pm 1, \cdots, \pm 1)$ que es lo que usted haría si usted nunca había oído hablar de independiente eventos, solo se trata de variables aleatorias independientes.

Por lo tanto, la declaración de

Deje $Z_0,Z_1,Z_2,\cdots$ ser independiente de las variables aleatorias $\ldots$

significa, entre otras cosas, que el $Z_0,Z_1,Z_2,\cdots, Z_{n-1}$ es un conjunto finito de variables aleatorias independientes. Pero, hace la afirmación

Para todos $n \geq 2$, $\{Z_0,Z_1,Z_2,\cdots, Z_{n-1}\}$ es un conjunto de $n$ independiente de variables aleatorias

implica que el countably conjunto infinito $\{Z_0,Z_1,Z_2,\cdots \}$ es un colección de variables aleatorias independientes?

La respuesta es Sí, porque ya sabemos hipótesis que algunos específicos finito los subconjuntos de a $\{Z_0,Z_1,Z_2,\cdots \}$ son independientes al azar variables, mientras que cualquier otro subconjunto finito, decir $\{Z_2, Z_5, Z_{313}\}$, es un subconjunto de a $\{Z_0, Z_1, \cdots, Z_{313}\}$ que son independientes por la hipótesis y para el subconjunto es también un conjunto de independiente variables aleatorias.

En su pregunta, con cada una de las $a_i \in \{+1, -1\}$ y la definición de $b_i = \prod_{j=0}^i a_j$ que también está en el $\{+1,-1\}$, \begin{align} P(X_0 = a_0, X_1 = a_1, \cdots, X_n = a_n) &= P(Z_0 = a_0, Z_1 = a_0a_1, Z_2 = a_0a_1a_2, \cdots, Z_n = a_0a_1...a_n)\\ &= P(Z_0=b_0, Z_1 = b_1, \cdots, Z_n = b_n)\\ &= \prod_{i=0}^n P(Z_i = b_i)\\ &= 2^{-(n+1)}\\ &= \prod_{i=0}^n P(X_i = a_i), \end{align} es decir, todos los $2^{n+1}$ ecuaciones de la forma $(2)$ mantener. Por lo tanto, para cada $n \geq 1$, $X_0, X_1, \cdots, X_n$ son independiente de las variables aleatorias, y por lo tanto la countably colección infinita $\{X_0, X_1, \cdots\}$ de variables aleatorias es una colección de independiente variables aleatorias.


Después de leer por encima de mi revisado respuesta, tal vez sea yo que se el problema mucho más difícil de lo necesario. Mis disculpas.

3voto

Josh Peterson Puntos 108
  1. ... ¿Cómo digo esto precisamente, si es lo correcto? $\forall i \leq n, \sigma(X_i) \subseteq \sigma(X_n)$ ?

Tu tienes la idea correcta, pero me gustaría recomendar el uso de la definición de la propiedad de Markov para el estado de este, es decir, que tenemos $P(X_n\mid X_0,\dots,X_{n-1})=P(X_n \mid X_{n-1})$. No hay nada impreciso acerca de este siempre y cuando usted tiene una definición precisa de probabilidades condicionales. El $\sigma-$álgebra condición de la que escribió no es correcto.

  1. ...Parece que supuse $X_n$ $Z_{n+1}$ son independientes. Son ellos?

Sugerencia: medibles funciones independientes de las variables aleatorias son independientes (a decidir si usted necesita para probar esto).

  1. ...Estoy atascado.

Es lo que he hecho bien hasta ahora? Qué partes están equivocadas? ¿Dónde puedo ir desde aquí?

Trate de estructurar su respuesta un poco más. Especificar los eventos $B_i$ bajo consideración, por ejemplo, el aviso de que ya que cada variable sólo toma 2 valores no hay muchos diferentes tipos de eventos a tener en cuenta.

Primera resolver por el lado derecho de usar, por ejemplo, el argumento de que $$P(X_i = 1)=\mathbb E P(X_i = 1 \mid X_{i-1})=\mathbb E 1/2=1/2;$$ usted tiene el derecho de valor.

Luego resuelve el lado izquierdo utilizando la propiedad de Markov como ustedes lo han intentado.

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