Якщо і є незалежними звичайними змінними, кожна зі середнім нулем, то також є звичайною змінною


11

Я намагаюся довести твердження:

Якщо і є незалежними випадковими змінними,XN(0,σ12)YN(0,σ22)

тоді також є Нормальною випадковою змінною.XYX2+Y2

Для особливого випадку (скажімо), маємо добре відомий результат, що кожного разу, коли X і Y є незалежними \ mathcal {N} (0, \ sigma ^ 2) . Насправді загальновідомо, що \ frac {XY} {\ sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}}, \ frac {X ^ 2-Y ^ 2} {2 \ sqrt {X ^ 2 + Y ^ 2}} - незалежні \ mathcal {N} \ ліві (0, \ frac {\ sigma ^ 2} {4} \ праворуч) .σ1=σ2=σXYX2+Y2N(0,σ24)XYN(0,σ2)XYX2+Y2,X2Y22X2+Y2N(0,σ24)

Доведення останнього результату випливає з перетворення (X,Y)(R,Θ)(U,V) де x=rcosθ,y=rsinθ і u=r2sin(2θ),v=r2cos(2θ) . Дійсно, тут U=XYX2+Y2 і V=X2Y22X2+Y2 . Я намагався наслідувати цей доказ для проблеми, яка існує, але, здається, вона стає брудною.

Якщо я не допустив жодної помилки, то для (u,v)R2 я закінчую щільність з'єднання (U,V) як

fU,V(u,v)=2σ1σ2πexp[u2+v2(u2+v2+vσ12+u2+v2vσ22)]

У мене є множник вище, оскільки перетворення не є однозначним.2

Тож щільність буде задана , що не легко оцінюється.R f U , V ( u , v )URfU,V(u,v)dv

Тепер мені цікаво дізнатись, чи є докази того, що я можу працювати лише з і не потрібно вважати деякий щоб показати, що - це нормально. Пошук CDF не здається мені настільки перспективним. Я також хотів би зробити те ж саме для випадку .V U U σ 1 = σ 2 = σUVUUσ1=σ2=σ

Тобто, якщо і є незалежними змінними я хочу показати, що без використання змінних змінних. Якщо я можу якось заперечити, що , то я закінчую. Тож два питання тут, загальна справа, а потім конкретна справа.Y N ( 0 , σ 2 ) Z = 2 X YXYN(0,σ2)Zd=XZ=2XYX2+Y2N(0,σ2)Z=dX

Пов’язані публікації на Math.SE:

X2Y2/X2+Y2N(0,1) коли незалежноX,YN(0,1) .

Враховуючи, що - iid , покажіть, що - iidX,YN(0,1)XYX2+Y2,X2Y22X2+Y2N(0,14) .

Редагувати.

Ця проблема насправді пов’язана з Л. Шеппом, як я з'ясував у вправах « Вступ до теорії ймовірностей та її застосувань» (т. II) Феллера, разом з можливим підказом:

введіть тут опис зображення

Безумовно, і у мене щільність під рукою.U=XYX2+Y2=11X2+1Y21X2

Подивимось, що я міг би зробити зараз. Крім цього, небагато допомоги з інтегралом вище також вітається.


1
Незважаючи на схожість, підхід MGF до суглоба трохи простіше. Дивіться останню відповідь: math.stackexchange.com/a/2665178/22064 та: math.stackexchange.com/questions/2664469/…(U,V)
Алекс Р.

@AlexR. Так, я бачив спільний підхід mgf, який працює досить добре, якщо мені вдасться знайти спільний розподіл для випадку рівної дисперсії. Але я вже маю доказ, змінивши змінних у тому випадку, що на мою думку простіше. Те, що я намагаюся зробити, - це працювати тільки з , оскільки це дистрибуція, яку я шукаю. U
StubbornAtom

1
Хитрість полягає в тому, що сума і11X2 , які масштабуються оберненими розподілами chi-квадрата, також є масштабним оберненим розподілом chi-квадрата (що є властивістю стабільних розподілів). Тож магія буває в третьому рівнянні наступного: U=XY1Y2
U=XYX2+Y2=11X2+1Y2=11Z2=Z
Секст Емпірік

@MartijnWeterings Мабуть, це оригінальний доказ, наданий Shepp.
StubbornAtom

Я б сам цього не придумав, якби ти не згадав коментар Шеппа. Але, у мене виникла думка, що ви не отримали цього доказу. Або принаймні це було незрозуміло, чи так це було.
Секст Емпірік

Відповіді:


6

Оригінальне рішення проблеми Шеппом використовує концепцію властивості стабільного права, яка мені здається трохи передовою на даний момент. Тож я не міг зрозуміти натяк, що дається у вправі, яку я цитував у своєму пості. Я здогадуюсь доказ, що включає лише одну змінну і не використовувати зміну змінних складно придумати. Тож я ділюсь трьома відкритими документами із відкритим доступом, які пропонують альтернативне рішення проблеми:U=XYX2+Y2

Перший один переконав мене не йти по шляху інтеграції , я взяв з цим вибором змінної , щоб отримати щільність U . Це третій документ, схожий на те, що я можу слідувати. Я даю короткий нарис доказу тут:VU

Будемо вважати без втрати спільності , а задаємо σ 2 2 = σ 2 . Тепер зазначимо, що X 2χ 2 1 і Y 2σ12=1σ22=σ2X2χ12 незалежні, маємо щільність суглоба(X2,Y2). Позначимо його черезfX2,Y2.Y2σ2χ12(X2,Y2)fX2,Y2

Розглянемо перетворення таким, що W = X 2 Y 2(X2,Y2)(W,Z) іZ=X2+Y2W=X2Y2X2+Y2 . Отже, маємо щільність суглоба(W,Z). Позначимо йогофW,Z. Дотримуючись стандартною процедурою, ми інтегруємоеW,ZWRT догщоб отримати максимальну щільністьфWвW.Z=X2+Y2Y2(W,Z)fW,ZfW,ZzfWW

Ми знаходимо, що - змінна Gamma з параметрами 1W=U2 і2(1+112, так що(1+12(1+1σ)2 . Зауважимо, що щільність U симетрична приблизно 0 . З цього випливає, що ( 1 + 1(1+1σ)2Wχ12U0, а значить,UN(0, ( σ(1+1σ)UN(0,1).UN(0,(σσ+1)2)


0

відповідно до цього

Перетворення двох нормальних випадкових величин

X=rcos(θ)Y=rsin(θ)X,Ynormal(0,1)θUniform(0,2π)r2chi(2) .
X іY незалежні θ іr незалежні.

також sin(θ)cos(θ)sin(2θ)2sin(θ)cos(θ)cos(2θ)cos(2θ)f що f(z)=1π(1z2)I[1,1](z)оскільки z=sin(θ)f(z)=|ddzsin1(z)|fθ(sin1(z))+|ddz(πsin1(z))|fθ(πsin1(z))=1(1z2)12π+1(1z2)12π=1π(1z2)

подібний для інших.

2XY(X2+Y2)=2r2cos(θ)sin(θ)r=2rcos(θ)sin(θ)=rsin(2θ)rsin(θ)N(0,1)

щоб ми могли показати:

X=σrcos(θ) іY=σrsin(θ)

так

2XY(X2+Y2)=2r2σσcos(θ)sin(θ)rσ=2σrcos(θ)sin(θ)=σrsin(2θ)σrsin(θ)σN(0,1)=N(0,σ2)

проявляти незалежність

2XY(X2+Y2)=σrsin(θ)

X2Y22(X2+Y2)=r2σ2(cos2(θ)sin2(θ))2rσ=12rσ(cos2(θ)sin2(θ))12rσcos(2θ)12rσcos(θ)і легко сказати, що вони незалежні.


Що робити, якщо ? σXσY
Секст

я не думав про це. але деякі проблеми з розрахунком трапляються в sqrt(X2+Y2)
Масуд
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.