作为whuber出色答案的替代方法,我将尝试得出有关概率的确切限制。伽玛分布的特性之一是具有相同比率/比例参数的独立伽玛随机变量的总和也是形状等于那些变量的形状总和的伽玛随机变量。(使用分布的生成函数可以很容易地证明这一点。)在当前情况下,我们有,因此我们得到了总和:X1,...Xn∼IID Gamma(3,1)
Sn≡X1+⋯+Xn∼Gamma(3n,1).
因此,我们可以使用伽玛分布的CDF来写下感兴趣的确切概率。令表示形状参数,而表示感兴趣的自变量,我们有: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).
为了找到该概率的极限,我们首先要注意,我们可以将第一个参数写成,其中。使用Temme(1975)(Eqn 1.4,p。1109)中显示的结果,我们具有渐近等价性:x=a+2a−−√⋅yy=−3/2−−−√
Γ(a+1,x)Γ(a+1)∼12+12⋅erf(−y)+29aπ−−−−√(1+y2)exp(−y2).
使用斯特林近似和指数数的极限定义,还可以证明:
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.
代入相关值,我们得到:
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)].
这给了我们极限:
limn→∞H(n)=12+12⋅erf(32−−√)=0.9583677.
这为我们提供了感兴趣概率的确切限制,该限制大于一半。