分布\ CLT中的收敛


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鉴于 N=n,条件限制区。的Y 是 χ2(2n)。 N有边际收益。泊松(θ), θ 是一个正常数。

证明为 θ→∞,   (Y−E(Y))/Var⁡(Y)→N(0,1) 在分配。

谁能提出解决这个问题的策略。似乎我们需要使用CLT(中心极限定理),但是要获取任何信息似乎很难Y在其自己的。是否可以引入rv来取样,生成Y?

这是家庭作业这样的提示理解。


在我看来也很麻烦。也许对您来说已经很明显了,但是当theta-> Infinity时,N会发生什么?
— PeterR 2014年

我应该看看N的分布吗?如果我使用它,它的pdf看起来永远是0。我可以从中推断出什么?
— user42102 2014年

泊松(θ)随机变量的平均值是多少?
— PeterR

我将这个问题中的N与CLT定义中的样本量n混合在一起。所以E(N)=θ。因此,我们看到N的期望值接近无穷大。我不知道从哪里去。
— user42102 2014年

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您应该查看非中心卡方分布。尽管我担心,证明限制是正常的,比简单的CLT应用要复杂得多。
— caburke 2014年

Answers:


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我提供了基于特征函数的属性的解决方案,其定义如下

ψX(t)=Eexp⁡(itX).
我们知道分布是由特征函数唯一定义的,因此我将证明
ψ(Y−EY)/Var(Y)→ψN(0,1)(t), when θ→∞,
并由此达到所需的收敛。

为此,我将需要计算的均值和方差 Y,我使用总期望/方差定律-http: //en.wikipedia.org/wiki/Law_of_total_expectation。

EY=E{E(Y|N)}=E{2N}=2θ
Var(Y)=E{Var(Y|N)}+Var{E(Y|N)}=E{4N}+Var(2N)=4θ+4Var(N)=8θ
我曾经认为泊松分布的均值和方差是 EN=Var(N)=θ 和的均值和方差 χ2n2 是 E(Y|N=n)=2n 和 Var(Y|N=n)=4n。现在是具有特征函数的微积分。首先,我重写了Y 如
Y=∑n=1∞Z2nI[N=n], where Z2n∼χ2n2
现在我使用定理
ψY(t)=∑n=1∞ψZ2n(t)P(N=n)
的特征功能 χ2n2 是 ψZ2n(t)=(1−2it)−n,该网址取自此处:http : //en.wikipedia.org/wiki/Characteristic_function_(probability_theory)

所以现在我们计算出 Y 使用泰勒展开式 exp⁡(x)

ψY(t)=∑n=1∞ψZ2n(t)P(N=n)=∑n=1∞(1−2it)−nθnn!exp⁡(−θ)=∑n=1∞(θ(1−2it))n1n!exp⁡(−θ)=exp⁡(θ1−2it)exp⁡(−θ)=exp⁡(2itθ1−2it)
最后,我们使用特征函数的属性
ψ(Y−EY)/Var(Y)(t)=exp⁡(−iEYVarY)ψY(t/VarY)=exp⁡(−t22)exp⁡(−1+2it8θ)→exp⁡(−t22)=ψN(0,1)(t), when θ→∞
我跳过了微积分,因为它现在太长了...

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这可以通过与非中心卡方分布的关系来显示。有一篇很好的维基百科文章,我可以自由参考! https://zh.wikipedia.org/wiki/Noncentral_chi-squared_distribution

你给的 Y|N=n 与 2n 自由度,对于 n=0,1,…,∞。这里N 具有期望的泊松分布 θ。

然后我们有密度函数 Y (无条件)可以使用总概率定律写成

fY(y;0,θ)=∑i=0∞e−θθii!fχ22i(y)
这几乎 是非中心卡方变量的密度,除了自由度参数是k=0,这确实是不确定的。(这在Wikipedia文章的定义部分中给出)。

因此,为了得到明确的定义,我们将上述公式替换为

fY(y;k,θ)=∑i=0∞e−θθii!fχ22i+k(y)
这是非中心卡方变量的密度,其中k 自由度和非中心度参数 2θ。因此,在我们的分析中,我们必须记住在k→0 极限之后 θ→∞。这是没有问题的,因为在θ→∞ 的概率 N=0 变为零,因此零质量的点质量消失了(自由度为零的方方变量必须解释为零质量的点质量,因此没有密度函数)。

现在,对于每个固定 k,在wiki中使用结果,在与部分相关的分布中使用正态近似值,从而给出每个标准的正态极限 k。然后,当k 变为零,得到结果。

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