Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

харламов тер-вер

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
09.06.2015
Размер:
421.09 Кб
Скачать

ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ

39

Его характеристическая функция

+1

 

k

 

+1

(eit )k

X

 

 

e = e

Xk

 

 

' (t) = M eit =

eitk

k!

 

 

 

=

k=0

 

 

=0

 

k!

 

 

 

 

 

 

=e exp( eit) = exp (1 eit) :

2.Биномиальное распределение:

Pf = kg = Cnk pk (1 p)n k; k = 0; : : : ; n:

 

Обозначим за j

число успехов в j-м испытании (0 или 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введ¼м случайную величину =

 

 

 

 

j. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

jP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' (t) = ' j (t) =

Y

M eit j

= 1 p + peit

n

:

 

 

 

 

 

 

 

Yj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. имеет стандартное нормальное распределение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

e

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p (x) =

p

 

 

2

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристическая функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

x2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

' (t) = Z eitx

p

 

e

 

dx =

p

 

 

 

 

Z exp itx

 

dx:

 

2

2

2

2

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заменим x = z + it:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

Z exp itz + (it)2

z2

 

itz

 

 

 

 

it

 

2

dz =

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

+ 2

 

 

 

+ ( )

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

t2 + z2

 

 

1

 

 

 

 

2

 

z2

 

 

 

t2

 

=

p

 

Z exp

 

 

 

dz =

p

 

 

e t

 

Z e

2 dz = e

2 :

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

Åñëè N(a; ), òî = + a, ãäå N(0; 1);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' (t) = ' ( t)eita = e

2t2

+ita:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

4.1 N(a1; 1), 2 N(a2; 2); 1, 2 независимы, = 1 + 2. Тогда

' (t) = ' 1 (t)' 2 (t) = exp ita1

t2 2

 

 

 

t

2 2

=

1

+ ita2

2

2

 

2

= exp it(a1 + a2)

t2

12 + 22 :

2

Таким

n

n 2

N

a1

+ a2

; p

1

+ 2

. В общем случае

 

образом,

 

 

 

2

2

 

N i=1 ai; r

 

.

 

 

 

 

 

 

i=1 i

 

 

 

 

 

 

 

P

P

 

 

 

 

 

 

 

40 ХАРЛАМОВ А. В.

Характеристическая функция случайного вектора.

Определение. Дан случайный вектор

 

 

 

= ( 1; 2). Его характери-

стической функцией называется функция

 

 

i(t1 1+t2 2).

 

' (t) = M e

 

 

 

 

 

Свойства характеристической функции случайного вектора:

1.j j

'(t) 6 1, ' (0; 0) = 1.

2.По характеристической функции случайного вектора однозначно восстанавливаются характеристические функции его координат:

'

1

(t

) = ' (t

; 0)

 

 

1

1

 

'

2

(t ) = ' (0; t ):

 

 

2

 

2

3.

Åñëè

 

 

,

 

 

независимы, то

 

 

 

(t )'

 

(t

)

.

 

 

1

 

2

 

 

' (t) = '

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

4.

Åñëè = 1 + 2, òî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'

(t) = ' (t; t):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Центральная предельная проблема

Центральная предельная проблема это задача выбора нормирующих констант и определение условий, которым должны соответствовать случайные величины 1; : : : ; n; : : : , чтобы последова-

тельность

n

P

i A

i=1

B

соответствующим образом нормированных случайных величин слабо сходилась к стандартному нормальному распределению.

Центральная предельная теорема. Åñëè 1; : : : ; n независимы

и имеют одинаковое распределение, M i

= a, D i = 2 äëÿ i = 1; : : : ; n,

òî

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1 i na

 

 

 

 

 

 

 

pn

 

)

 

 

 

 

 

 

 

iP

 

= N(0; 1);

 

ïðè÷¼ì

 

 

 

 

 

< y9

 

 

 

 

 

P

 

n

 

1

 

e t22 dt:

8x < i=1 i na

 

 

 

>

P

>

 

 

 

y

 

 

pn

!

2

 

 

>

 

 

 

 

>

 

 

 

Z

 

 

<

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

>>

:; x

Доказательство. Рассмотрим случайную величину

j = j a:

 

 

 

 

ЛЕКЦИИ ПО ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ

 

 

 

 

 

 

41

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jP

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда n =

 

 

p

n

. Характеристическая функция

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' n (t) = M eit n = M exp

pn

 

 

 

= M

 

n

exp

 

 

pn j =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

it

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

= M exp pn 1

n

 

' 1 ptn

n

=

= j=1 M exp pn j

 

=

 

 

Y

 

it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

t2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ' 1 (0) + '0

1 (0)

pt

 

+ '001 (0)

 

 

 

+ o

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2n

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(учитывая, что ' (0) = 1, '0

 

(0) = 0,

'00

 

(0) =

 

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2t2n

!

t22

 

2

:

= 1 2n + o

tn

=

1 2n + o

tn

 

 

 

 

! e

2

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

Следствие (теорема Муавра-Лапласа). Дана схема Бернулли. За случайную величину i примем число успехов в i-м испытании;

Pf i = 0g = q, Pf i = 1g = p, p + q = 1; M i = p, D i = pq. Тогда при n ! 1

(

=1

pnpq

)

!

 

 

 

P x <

n

i np

< y

 

 

(y)

 

(x);

Xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где (t) функция Лапласа.

Теорема Хинчина. Если случайные величины 1; : : : ; n незави- симы, имеют одинаковое распределение и математическое ожидание, равное a, то

n

X i P

n ! a:

i=1

Доказательство. Воспользуемся свойством сходимости случайных величин: сходимость по вероятности к постоянной случайной вели- чине равносильна слабой сходимости к постоянному распределению. Вычислим характеристическую функцию константы = C

(Pf = Cg = 1, Pf 6= Cg = 0):

' (t) = M eit = M eitC = eitC:

42

 

 

 

 

 

 

 

 

ХАРЛАМОВ А. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

jP

 

 

n

Характеристическая функция случайной величины n

=

n :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

' n

 

 

 

 

 

= ' 1

n

 

 

 

' 1 (0) + '0

1 (0)n

 

 

 

(t) = M e n

 

 

=

+ o n

=

 

 

 

it 1

 

n

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

t

 

 

 

 

 

 

 

= " 1 +

 

 

 

 

 

 

n

#

iat

 

 

 

 

= 1 + ian + o

n

 

n

+ o n

 

 

! eiat = 'a(t):

 

 

t

 

 

t

n

 

 

 

iat

 

t

iat

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

n

X nj =) a;

j=1

что равносильно

n

X i P

n ! a:

i=1