lect-terver (1082434), страница 17
Текст из файла (страница 17)
â., èìåþùèõ ðàñïðåäåëåíèå Áåðíóëëè ñ ïàðàìåòðîì, ðàâíûì âåðîÿòíîñòèóñïåõà P(A) (èíäèêàòîðîâ òîãî, ÷òî â ñîîòâåòñòâóþùåì èñïûòàíèè ïðîèçîøëî A):(1, åñëè A ïðîèçîøëî â i − ì èñïûòàíèè;νn (A) = ξ1 + · · · + ξn , ξi = Ii (A) =0, åñëè A íå ïðîèçîøëî â i − ì èñïûòàíèè;E ξ1 = P(A), D ξ1 = P(A)(1 − P(A)).Îñòàëîñü âîñïîëüçîâàòüñÿ ÇÁ× â ôîðìå ×åáûø¸âà è íåðàâåíñòâîì (24) èç çàìå÷àíèÿ24.Ðàññìîòðèì ïðèìåðû èñïîëüçîâàíèÿ ÇÁ× â ôîðìå ×åáûø¸âà, âåðíåå, íåðàâåíñòâà(24).13.4Ïðèìåðû èñïîëüçîâàíèÿ ÇÁ× è íåðàâåíñòâà ×åáûø¸âàÏðèìåð 48.З а д а ч а.Ìîíåòà ïîäáðàñûâàåòñÿ 10 000 ðàç. Îöåíèòü âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî÷àñòîòà âûïàäåíèÿ ãåðáà îòëè÷àåòñÿ îò âåðîÿòíîñòè áîëåå ÷åì íà îäíó ñîòóþ.
νn 1 PР е ш е н и е. Òðåáóåòñÿ îöåíèòü P − > 0,01 , ãäå n = 104 , νn = ni=1 ξi —n2÷èñëî âûïàäåíèé ãåðáà, à ξi — íåçàâèñèìûå ñ. â., èìåþùèå ðàñïðåäåëåíèå Áåðíóëëè ñïàðàìåòðîì 1/2, ðàâíûå «÷èñëó ãåðáîâ, âûïàâøèõ ïðè i-ì ïîäáðàñûâàíèè» (òî åñòü åäèíèöå, åñëè âûïàë ãåðá è íóëþ èíà÷å, èëè èíäèêàòîðó òîãî, ÷òî âûïàë ãåðá). ÏîñêîëüêóD ξ1 = 1/2 · 1/2 = 1/4, èñêîìàÿ îöåíêà ñâåðõó âûãëÿäèò òàê: Sn 1 D ξ111P − > 0,01 6== .24−4n24 · 10 · 104n 0,01Èíà÷å ãîâîðÿ, íåðàâåíñòâî ×åáûø¸âà ïîçâîëÿåò çàêëþ÷èòü, ÷òî, â ñðåäíåì, íå áîëåå÷åì â ÷åòâåðòè ñëó÷àåâ ïðè 10 000 ïîäáðàñûâàíèÿõ ìîíåòû ÷àñòîòà âûïàäåíèÿ ãåðáàáóäåò îòëè÷àòüñÿ îò 1/2 áîëåå ÷åì íà îäíó ñîòóþ. Ìû óâèäèì, íàñêîëüêî ýòî ãðóáàÿîöåíêà, êîãäà ïîçíàêîìèìñÿ ñ центральной предельной теоремой.Ïðèìåð 49.З а д а ч а.
Ïóñòü ξ1 , ξ2 , . . . — ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñëó÷àéíûõ âåëè÷èí, äèñïåðñèèêîòîðûõ îãðàíè÷åíû îäíîé è òîé æå ïîñòîÿííîé C, à êîâàðèàöèè ëþáûõ ñ. â. ξi èξj (i 6= j), íå ÿâëÿþùèõñÿ ñîñåäíèìè â ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ðàâíû íóëþ. Óäîâëåòâîðÿåòëè ýòà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ÇÁ×?Р е ш е н и е. Âîñïîëüçóåìñÿ íåðàâåíñòâîì (23) è ñâîéñòâîì 14: Sn DnXX SnSn D SnnP −E>ε6=;D(ξ+...+ξ)=Dξ+2cov(ξi , ξj ).1ninn ε2n2 ε 2i=1i<jÍî äëÿ i < j, Pïî óñëîâèþ, cov(ξi , ξj ) = 0, åñëè i 6= j−1.Ñëåäîâàòåëüíî, â ñóììåcov(ξ,ξ)ðàâíûíóëþâñåñëàãàåìûåêðîìå,ìîæåòáûòü,i ji<jcov(ξ1 , ξ2 ), cov(ξ2 , ξ3 ), . . . , cov(ξn−1 , ξn ) (èõ ðîâíî n − 1 øòóêà).Îöåíèì êàæäîå èç íèõ, èñïîëüçóÿ îäíî èç ñâîéñòâ êîýôôèöèåíòà êîððåëÿöèè (какое?)p√ √pcov(ξi , ξj ) 6 D ξi D ξj 6 C C = C,76òàê êàê äëÿ ëþáîãî 1 6 i 6 n, ïî óñëîâèþ, D ξi 6 C.
Èòàê, SnSn D SnP −E>ε 6 2 2 =nn n εnXi=1nXD ξi + 2Xcov(ξi , ξj )i<jn2 ε 2D ξi + 2n−1X=cov(ξi , ξi+1 )nC + 2(n − 1)C→ 0n2 ε 2ïðè n → ∞, òî åñòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ξ1 , ξ2 , . . . óäîâëåòâîðÿåò ÇÁ×.=i=1i=12n ε26Óïðàæíåíèå 27.Ïðèâåñòè ïðèìåð ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñ. â. ξ1 , ξ2 , . . . òàêîé, ÷òî êîâàðèàöèè «íåñîñåäíèõ» âåëè÷èí ðàâíû íóëþ.Ïðèâåñòè ïðèìåð ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ñ. â. ξ1 , ξ2 , . . . òàêîé, ÷òî êîâàðèàöèè «íåñîñåäíèõ» âåëè÷èí ðàâíû íóëþ, à êîâàðèàöèè ñîñåäíèõ — íå ðàâíû. Ìîæíî ïîïðîáîâàòüïîñòðîèòü òàêóþ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñ ïîìîùüþ äðóãîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ñîñòàâëåííîé èç íåçàâèñèìûõ ñ. â.77... Èç ýòîé ïåðâîé ëåêöèè ïî òåîðèè âåðîÿòíîñòåé ÿ çàïîìíèë òîëüêî ïîëóçíàêîìûé òåðìèí «ìàòåìàòè÷åñêîå îæèäàíèå». Íåçíàêîìåö óïîòðåáëÿë ýòîò òåðìèííåîäíîêðàòíî, è êàæäûé ðàç ÿ ïðåäñòàâëÿë ñåáå áîëüøîå ïîìåùåíèå, âðîäå çàëà îæèäàíèÿ, ñ êàôåëüíûì ïîëîì, ãäå ñèäÿò ëþäè ñ ïîðòôåëÿìè è áþâàðàìè è,ïîäáðàñûâàÿ âðåìÿ îò âðåìåíè ê ïîòîëêó ìîíåòêè è áóòåðáðîäû, ñîñðåäîòî÷åííî ÷åãî-òî îæèäàþò.
Äî ñèõ ïîð ÿ ÷àñòî âèæó ýòî âî ñíå. Íî òóò íåçíàêîìåöîãëóøèë ìåíÿ çâîíêèì òåðìèíîì «ïðåäåëüíàÿ òåîðåìà Ìóàâðà — Ëàïëàñà» èñêàçàë, ÷òî âñå ýòî ê äåëó íå îòíîñèòñÿ.Àðêàäèé è Áîðèñ Ñòðóãàöêèå, ÑòàæåðûÐàçäåë 14.14.1ÖÏÒ (öåíòðàëüíàÿ ïðåäåëüíàÿ òåîðåìà)Êàê áûñòðîSnñõîäèòñÿ ê E ξ1 ?nÏóñòü, êàê â çàêîíå áîëüøèõ ÷èñåë â ôîðìå ×åáûø¸âà, Sn = ξ1 + . .
. + ξn — ñóììàn íåçàâèñèìûõ è îäèíàêîâî ðàñïðåäåëåííûõ âåëè÷èí ñ êîíå÷íîé äèñïåðñèåé. Òîãäà, âSn pñèëó ÇÁ×,−→ E ξ1 ñ ðîñòîì n. Èëè, ïîñëå ïðèâåäåíèÿ ê îáùåìó çíàìåíàòåëþ,nSn − n E ξ1 p−→ 0.nÅñëè ïðè äåëåíèè íà n ìû ïîëó÷èëè â ïðåäåëå íóëü (â ñìûñëå íåêîòîðîé, âñå ðàâíîêàêîé, ñõîäèìîñòè), ðåçîííî çàäàòü ñåáå âîïðîñ: à íå ñëèøêîì ëè íà «ìíîãî» ìû ïîäåëèëè? Íåëüçÿ ëè ïîäåëèòü íà ÷òî-íèáóäü, ðàñòóùåå ê áåñêîíå÷íîñòè ìåäëåííåå, ÷åì n,÷òîáû ïîëó÷èòü â ïðåäåëå íå íóëü (è íå áåñêîíå÷íîñòü, ñàìî ñîáîé)?Ìîæíî ïîñòàâèòü ýòîò âîïðîñ ïî-äðóãîìó.
Âîò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, ñòðåìÿùàÿñÿ(êàê-òî) ê íóëþ. Ìîæíî ëè åå äîìíîæèòü íà ÷òî-ëèáî ðàñòóùåå, ÷òîáû «ïîãàñèòü» ýòîñòðåìëåíèå ê íóëþ? Ïîëó÷èâ, òåì ñàìûì, ÷òî-íèáóäü êîíå÷íîå è îòëè÷íîå îò íóëÿ âïðåäåëå?√ Sn − n E ξ1Sn − n E ξ1√Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî óæå, èëè, ÷òî òî æå ñàìîå, n·, íå ñõîäèòñÿ ênníóëþ. Ðàñïðåäåëåíèå ýòîé, çàâèñÿùåé îò n, ñëó÷àéíîé âåëè÷èíû ñòàíîâèòñÿ âñå áîëååïîõîæå íà íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå! Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî òàêàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòüñõîäèòñÿ ê ñëó÷àéíîé âåëè÷èíå, èìåþùåé íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå, íî ñõîäèòñÿ íå ïîâåðîÿòíîñòè, à òîëüêî â ñìûñëå ñõîäèìîñòè ðàñïðåäåëåíèé, èëè «ñëàáîé ñõîäèìîñòè».14.2 Ñëàáàÿ ñõîäèìîñòüÏóñòü çàäàíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñ.
â. {ξn }, çàäàíî íåêîòîðîå ðàñïðåäåëåíèå F ñôóíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ Fξ è ξ — ïðîèçâîëüíàÿ ñ. â., èìåþùàÿ ðàñïðåäåëåíèå F.Îïðåäåëåíèå 52. Ãîâîðÿò, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñ. â. {ξn } ïðè n → ∞ сходитсяслабо èëè по распределению ê ñ. â. ξ, èëè ãîâîðÿò, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ñ. â.слабо сходится к распределению F, èëè ãîâîðÿò, ÷òî распределения с. в. {ξn } слабосходятся к распределению F, è ïèøóò:ξn ⇒ ξ, èëè Fξn ⇒ Fξ , èëè ξn ⇒ F,åñëè äëÿ ëþáîãî x òàêîãî, ÷òî ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ Fξ íåïðåðûâíà â òî÷êå x, èìååòìåñòî ñõîäèìîñòü Fξn (x) → Fξ (x) ïðè n → ∞.Èíà÷å ãîâîðÿ, ñëàáàÿ ñõîäèìîñòü — ýòî ïîòî÷å÷íàÿ ñõîäèìîñòü ôóíêöèé ðàñïðåäåëåíèÿ âî âñåõ òî÷êàõ íåïðåðûâíîñòè ïðåäåëüíîé ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ.78Необходимо заметить, что запись «ξn ⇒ ξ» удобна, но не всегда разумна: если «предельную» с.
в. ξ заменить на другую с. в. η с тем же распределением, ничего неизменится: в том же смысле ξn ⇒ η. Поэтому слабая сходимость все же не естьсходимость случайных величин, и ей нельзя оперировать как сходимостями п.н. и повероятности, для которых предельная с.в. единственна (хотя бы с точностью до значений на множестве нулевой вероятности).Ñëåäóþùåå ñâîéñòâî î÷åâèäíî. Åñëè íåò - âàì íóæíî âåðíóòüñÿ ê ðàçäåëó 7 è âñïîìíèòü, ÷òî òàêîå ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ.Ñâîéñòâî 18. Åñëè ξn ⇒ ξ, è ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ Fξ íåïðåðûâíà â òî÷êàõ a è b,òî P(ξn ∈ [a, b]) → P(ξ ∈ [a, b]) è ò.ä.
(продолжить ряд). Íàîáîðîò, åñëè âî âñåõ òî÷êàõa è b íåïðåðûâíîñòè ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ Fξ èìååò ìåñòî, íàïðèìåð, ñõîäèìîñòüP(ξn ∈ [a, b]) → P(ξ ∈ [a, b]), òî ξn ⇒ ξ.Ñëåäóþùåå âàæíîå ñâîéñòâî óòî÷íÿåò îòíîøåíèÿ ìåæäó ñõîäèìîñòÿìè.Ñâîéñòâî 19.p1. Åñëè ξn −→ ξ, òî ξn ⇒ ξ.p2. Åñëè ξn ⇒ c = const, òî ξn −→ c.Äîêàçàòåëüñòâî. Ïåðâîå ñâîéñòâî ìû äîêàçûâàòü íå áóäåì.Äîêàæåì, ÷òî ñëàáàÿ ñõîäèìîñòü ê ïîñòîÿíííîé âëå÷åò ñõîäèìîñòü ïî âåðîÿòíîñòè.Ïóñòü(0, x 6 c;Fξn (x) → Fc (x) =1, x > cïðè ëþáîì x, ÿâëÿþùåìñÿ òî÷êîé íåïðåðûâíîñòè ïðåäåëüíîé ôóíêöèè Fc (x), òî åñòüïðè âñåõ x 6= c.Âîçüìåì ïðîèçâîëüíîå ε > 0 è äîêàæåì, ÷òî P(|ξn − c| 6 ε) → 1.
Ðàñêðîåì ìîäóëü:P(−ε 6 ξn − c 6 ε) = P(c − ε 6 ξn 6 c + ε) >(ñóæàåì ñîáûòèå ïîä çíàêîì âåðîÿòíîñòè)> P(c − ε 6 ξn < c + ε) = Fξn (c + ε) − Fξn (c − ε) → Fc (c + ε) − Fc (c − ε) = 1 − 0 = 1,ïîñêîëüêó â òî÷êàõ c ± ε ôóíêöèÿ Fc íåïðåðûâíà, è, ñëåäîâàòåëüíî, èìååò ìåñòî ñõîäèìîñòü ïîñëåäîâàòåëüíîñòè Fξn (c ± ε) ê Fc (c ± ε).Îñòàëîñü çàìåòèòü, ÷òî P(|ξn − c| 6 ε) íå áûâàåò áîëüøå 1, òàê ÷òî ïî ëåììå î äâóõìèëèöèîíåðàõ P(|ξn − c| 6 ε) → 1.Ñëåäóþùåå ñâîéñòâî ïðèâîäèò ïðèìåð îïåðàöèé, êîòîðûå ìîæíî ïðèìåíÿòü ê ñëàáîñõîäÿùèìñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòÿì — ñêàæåì, äîìíîæàòü èõ íà ïîñëåäîâàòåëüíîñòè,ñõîäÿùèåñÿ ïî âåðîÿòíîñòè ê ïîñòîÿííûì âåëè÷èíàì.Желание написать «если ξn ⇒ ξ и ηn ⇒ η, то ξn + ηn ⇒ ξ + η» сразу проходит, стоитперевести это «свойство» на язык функций распределения и задуматься — что такое«функция распределения суммы ξ + η», когда вместо них можно брать любые другиеξ˜ и η̃ с теми же распределениями, как угодно зависимые.
Иное дело — когда одно изпредельных распределений вырождено. В этом случае функция распределения суммыили произведения определена однозначно.Ñâîéñòâî 20.p1. Åñëè ξn −→ c = const è ηn ⇒ η, òî ξn · ηn ⇒ cη.p2. Åñëè ξn −→ c = const è ηn ⇒ η, òî ξn + ηn ⇒ c + η.Äîêàçàòåëüñòâî. Çàìåòèì ïðåæäå âñåãî, ÷òî åñëè ηn ⇒ η, òî cηn ⇒ cη, c + ηn ⇒ c + η(доказать! ). Ïîýòîìó (è â ñèëó ñîîòâåòñòâóþùèõ ñâîéñòâ ñõîäèìîñòè ïî âåðîÿòíîñòè)79äîñòàòî÷íî äîêàçàòü ïåðâîå óòâåðæäåíèå ñâîéñòâà 20 ïðè c = 1, à âòîðîå óòâåðæäåíèå— ïðè c = 0.pÄîêàæåì âòîðîå óòâåðæäåíèå, îñòàâèâ ïåðâîå ÷èòàòåëþ. Ïóñòü ξn −→ 0 è ηn ⇒ η.Äîêàæåì, ÷òî ξn + ηn ⇒ η. Ïóñòü x0 — òî÷êà íåïðåðûâíîñòè ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ Fη (x). Òðåáóåòñÿ äîêàçàòü, ÷òî òîãäà èìååò ìåñòî ñõîäèìîñòü Fξn +ηn (x0 ) → Fη (x0 ).Çàôèêñèðóåì äîñòàòî÷íî ìàëåíüêîå ε > 0 òàêîå, ÷òî Fη (x) íåïðåðûâíà â òî÷êàõ x0 ± ε.Fξn +ηn (x0 ) = P(ξn + ηn < x0 ) = P(ξn + ηn < x0 , |ξn | > ε) + P(ξn + ηn < x0 , |ξn | 6 ε) = P1 + P2 .Îöåíèì P1 + P2 ñâåðõó è ñíèçó.
Äëÿ P1 èìååì: 0 6 P1 = P(ξn + ηn < x0 , |ξn | > ε) 6 P(|ξn | >ε), è ïîñëåäíÿÿ âåðîÿòíîñòü ìîæåò áûòü âûáîðîì n ñäåëàíà ñêîëü óãîäíî ìàëîé.Äëÿ P2 , ñ îäíîé ñòîðîíû,P2 = P(ξn + ηn < x0 , −ε 6 ξn 6 ε) 6 P(−ε + ηn < x0 ) = P(ηn < x0 + ε).Çäåñü ïåðâîå íåðàâåíñòâî ñëåäóåò èç î÷åâèäíîãî ñîîáðàæåíèÿ:если −ε 6 ξn и ξn + ηn < x0 , то, тем более, −ε + ηn < x0 .Ñ äðóãîé ñòîðîíû,P2 = P(ξn + ηn < x0 , −ε 6 ξn 6 ε) > P(ε + ηn < x0 , −ε 6 ξn 6 ε) >> P(ε + ηn < x0 ) − P(|ξn | > ε) = P(ηn < x0 − ε) − P(|ξn | > ε).Çäåñü ïåðâîå íåðàâåíñòâî îáúÿñíÿåòñÿ âêëþ÷åíèåì {ε + ηn < x0 } ∩ {−ε 6 ξn 6 ε} ⊂{ξn + ηn < x0 } ∩ {−ε 6 ξn 6 ε} — ïðîñòî çàìåíèì â ñîáûòèè {ε + ηn < x0 } ÷èñëî ε íà ξn ,òàê êàê ξn 6 ε.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
