Як альтернатива чудовій відповіді Уубера, я спробую вивести точну межу ймовірності, про яку йдеться. Однією з властивостей розподілу гами є те, що суми незалежних гамма-випадкових величин з однаковим параметром швидкості / масштабу також є гамма-випадковими змінними, форма яких дорівнює сумі форм цих змінних. (Це легко довести за допомогою функцій, що генерують розподіл.) У цьому випадку ми маємо , тож отримуємо суму:X1,...Xn∼IID Gamma(3,1)
Sn≡X1+⋯+Xn∼Gamma(3n,1).
Тому ми можемо записати точну ймовірність інтересу, використовуючи CDF гамма-розподілу. Якщо позначає параметр фігури, а позначає аргумент, що цікавить, ми маємо:a=3nx=3(n−n−−√)
H(n)≡P(Sn≥3(n−n−−√))=Γ(a,x)Γ(a)=aΓ(a)aΓ(a)+xae−x⋅Γ(a+1,x)Γ(a+1).
Щоб знайти межу цієї ймовірності, спершу зазначимо, що другий параметр можна записати у вигляді першого як де . Використовуючи результат, показаний у Temme (1975) (рівняння 1.4, стор. 1109), ми маємо асимптотичну еквівалентність:x=a+2a−−√⋅yy=−3/2−−−√
Γ(a+1,x)Γ(a+1)∼12+12⋅erf(−y)+29aπ−−−−√(1+y2)exp(−y2).
Використовуючи наближення Стірлінга та граничне визначення експоненціального числа, можна також показати, що:
aΓ(a)aΓ(a)+xae−x∼2π−−√⋅a⋅(a−1)a−1/22π−−√⋅a⋅(a−1)a−1/2+xa⋅ea−x−1=2π−−√⋅a⋅(1−1a)a−1/22π−−√⋅a⋅(1−1a)a−1/2+x−−√⋅(xa)a−1/2⋅ea−x−1=2π−−√⋅a⋅e−12π−−√⋅a⋅e−1+x−−√⋅ex−a⋅ea−x−1=2π−−√⋅a2π−−√⋅a+x−−√∼2πa−−−√2πa−−−√+1.
Підставляючи відповідні значення, ми отримуємо:
H(n)=aΓ(a)aΓ(a)+xae−x⋅Γ(a+1,x)Γ(a+1)∼2πa−−−√2πa−−−√+1⋅[12+12⋅erf(32−−√)+29aπ−−−−√⋅52⋅exp(32)].
Це дає нам межу:
limn→∞H(n)=12+12⋅erf(32−−√)=0.9583677.
Це дає нам точну межу ймовірності відсотків, яка перевищує половину.