11

Преобразование независимых случайных величин

[45/78%]
Показать
LaTeX
Задача 11.1

Пусть дискретные случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют распределения Пуассона с параметрами λ\lambda и μ\mu соответственно. Найти распределение суммы ξ+η\xi + \eta.

?
Задача 11.2

Пусть дискретные случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n независимы и имеют распределения Пуассона с параметрами λ1,…,λn\lambda_1, \ldots , \lambda_n соответственно. Найти распределение их суммы ξ1+…+ξn\xi_1 + \ldots + \xi_n.

?
Задача 11.3

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы, причём ξ\xi имеет биномиальное распределение с параметрами pp и nn, а η\eta — биномиальное распределение с параметрами pp и mm. Найти распределение суммы ξ+η\xi + \eta.

?
Задача 11.4

Пусть ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n — независимые случайные величины, каждая из которых принимает значения 0 и 1 с вероятностью 1/21/2. Найти распределение произведения η=∏i=1nξi\eta = \prod_{i=1}^n \xi_i.

?
Задача 11.5

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют одинаковое геометрическое распределение с параметром pp. Положим U=min⁡(ξ,η)U = \min (\xi , \eta ) и V=ξ−ηV = \xi - \eta. Доказать, что случайные величины UU и VV независимы.

?
Задача 11.6

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые случайные величины, причём ξ\xi равномерно распределена на отрезке [0,a][0, a], а η\eta равномерно распределена на отрезке [0,b][0, b]. Найти распределение суммы ξ+η\xi + \eta, если:

?
(а)

a=b=1a = b = 1;

(б)

b>ab > a.

Задача 11.7

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и каждая имеет равномерное распределение на отрезке [0,2][0, 2]. Найти функции распределения и плотности следующих величин:

?
(а)

∣ξ−η∣\left|\xi - \eta \right|;

(б)

min⁡(ξ,η3)\min (\xi , \eta^3);

(в)

ξ−3η\xi - 3\eta;

(г)

max⁡(2ξ,η2)\max (2\xi , \eta^2);

(д)

max⁡(3ξ,η3)\max (3\xi , \eta^3).

Задача 11.8

Решить задачу 11.7 в предположении, что случайные величины ξ\xi и η\eta имеют показательное распределение с параметром α\alpha.

?
(а)
(б)
(в)
(г)
(д)
Задача 11.9

На отрезок [0,1][0, 1] брошены наудачу независимо друг от друга nn точек. Найти:

?
(а)

плотность распределения координаты самой правой точки;

(б)

плотность распределения координаты самой левой точки;

(в)

плотность распределения координаты kk-й слева точки;

(г)

совместную плотность распределения координат самой левой и самой правой точек;

(д)

совместную плотность распределения kk-й и mm-й точек слева (k<mk < m);

(е)

плотность распределения расстояния между самой левой и самой правой точками.

Задача 11.10

Пусть случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n независимы и каждая имеет симметричное распределение. Доказать, что сумма ξ1+…+ξn\xi_1 + \ldots + \xi_n также имеет симметричное распределение.

?
Задача 11.11

Величину Qξ(y)=sup⁡xP{x⩽ξ⩽x+y}Q_\xi (y) = \sup_x \mathbb {P}\left\{ x \leqslant \xi \leqslant x+y\right\} называют функцией концентрации случайной величины ξ\xi. Доказать, что для любой случайной величины η\eta, не зависящей от ξ\xi, функция концентрации суммы ξ+η\xi + \eta удовлетворяет неравенству

Qξ+η(y)⩽Qξ(y). Q_{\xi +\eta }(y) \leqslant Q_\xi (y).
?
Задача 11.12

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы, причём ξ\xi имеет нормальное распределение с параметрами aa и σ2\sigma^2, а η\eta — нормальное распределение с параметрами bb и θ2\theta^2. Найти распределение суммы ξ+η\xi + \eta.

?
Задача 11.13

Пусть случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n независимы, причём ξi\xi_i имеет нормальное распределение с параметрами aia_i и σi2\sigma_i^2. Найти распределение суммы ξ1+…+ξn\xi_1 + \ldots + \xi_n.

?
Задача 11.14

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют стандартное нормальное распределение. Доказать, что случайные величины ξ+η\xi + \eta и ξ−η\xi - \eta независимы.

?
Задача 11.15

Совместное распределение случайных величин ξ\xi и η\eta имеет плотность

p(x,y)=12πe−(5x2−6xy+2y2)/2. p(x, y) = \frac{1}{2\pi } e^{-(5x^2 - 6xy + 2y^2)/2}.

Найти плотности распределения:

?
(а)

ξ\xi;

(б)

η\eta;

(в)

ξ+η\xi + \eta;

(г)

вектора (ξ+η,ξ−η)(\xi + \eta , \xi - \eta ).

Задача 11.16

Пусть случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n независимы и имеют стандартное нормальное распределение. Найти совместную плотность распределения величин η=∑k=1nξk\eta = \sum_{k=1}^n \xi_k и ζ=∑k=1mξk\zeta = \sum_{k=1}^m \xi_k при m<nm < n.

?
Задача 11.17

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют стандартное нормальное распределение. Найти распределение случайной величины ξ2+η2\xi^2 + \eta^2.

?
Задача 11.18

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют стандартное нормальное распределение. Доказать, что величины ξ2+η2\xi^2 + \eta^2 и ξ/η\xi /\eta также независимы.

?
Задача 11.19

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые случайные величины, причём ξ\xi имеет показательное распределение с параметром α\alpha, а η\eta — показательное распределение с параметром β\beta. Найти распределение суммы ξ+η\xi + \eta, если:

?
(а)

α=β\alpha = \beta;

(б)

α<β\alpha < \beta.

Задача 11.20

Пусть ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n — независимые случайные величины, каждая из которых имеет показательное распределение с параметром α\alpha. Найти распределение суммы ξ1+…+ξn\xi_1 + \ldots + \xi_n.

?
Задача 11.21

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют распределение Лапласа с параметром α\alpha. Найти плотность распределения суммы ξ+η\xi + \eta.

?
Задача 11.22

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют распределения Коши с одним и тем же параметром масштаба σ\sigma и параметрами сдвига aa и bb соответственно. Найти плотность распределения суммы ξ+η\xi + \eta.

?
Задача 11.23

Пусть случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n независимы и имеют распределения Коши с одним и тем же параметром масштаба σ\sigma и с параметрами сдвига a1,…,ana_1, \ldots , a_n соответственно. Найти плотность распределения суммы ξ1+…+ξn\xi_1 + \ldots + \xi_n.

?
Задача 11.24

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы, причём ξ\xi имеет гамма-распределение с параметрами α\alpha и β1\beta_1, а η\eta — гамма-распределение с параметрами α\alpha и β2\beta_2. Найти распределение суммы ξ+η\xi + \eta.

?
Задача 11.25

Пусть случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n независимы, причём ξi\xi_i имеет гамма-распределение с параметрами α\alpha и βi\beta_i. Найти распределение суммы ξ1+…+ξn\xi_1 + \ldots + \xi_n.

?
Задача 11.26

Пусть случайная величина имеет равномерное распределение на некотором отрезке. Выяснить, может ли она быть представлена в виде суммы двух независимых случайных величин с невырожденными распределениями.

?
Задача 11.27

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые случайные величины, причём ξ\xi имеет показательное распределение с параметром α\alpha, а η\eta — показательное распределение с параметром β\beta. Найти распределение разности ξ−η\xi - \eta, если:

?
(а)

α=β\alpha = \beta;

(б)

α<β\alpha < \beta.

Задача 11.28

Пусть ξ\xi, η\eta и ζ\zeta — независимые случайные величины, имеющие одинаковое показательное распределение с параметром α\alpha. Найти совместную плотность распределения случайного вектора (η−ξ,ζ−ξ)(\eta - \xi , \zeta - \xi ).

?
Задача 11.29

Найти плотность распределения частного ξ/η\xi /\eta, если числитель и знаменатель независимы и каждый имеет:

?
(а)

показательное распределение с параметром α\alpha;

(б)

равномерное распределение на отрезке [0,1][0, 1];

(в)

стандартное нормальное распределение.

Задача 11.30

Совместное распределение случайных величин ξ\xi и η\eta имеет плотность p(x,y)=e−x−yp(x, y) = e^{-x-y}, x,y⩾0x, y \geqslant 0. Найти:

?
(а)

плотность совместного распределения случайных величин ξ+η\xi + \eta и ξ/η\xi /\eta;

(б)

доказать, что величины ξ+η\xi + \eta и ξ/η\xi /\eta независимы.

Задача 11.31

Найти плотность распределения произведения ξη\xi \eta, если сомножители независимы и каждый имеет равномерное распределение на отрезке [0,1][0, 1].

?
Задача 11.32

Частица единичной массы расщепляется случайным образом на два осколка с массами ξ\xi и 1−ξ1-\xi. Плотность ff случайной величины ξ\xi сосредоточена в [0,1][0, 1] и, из соображений симметрии, f(x)=f(1−x)f(x) = f(1-x). Массу наименьшего осколка обозначим через ξ1\xi_1, а наибольшего — через ξ2\xi_2. Предположим, что эти два осколка независимо друг от друга расщепляются таким же образом и дают в результате четыре осколка с массами ξ11,ξ12,ξ21\xi_{11}, \xi_{12}, \xi_{21} и ξ22\xi_{22} (то есть ξ11\xi_{11} и ξ12\xi_{12} — масса наименьшего и наибольшего осколков, полученных при расщеплении осколка массы ξ1\xi_1, аналогично для ξ2\xi_2). Найти плотность:

?
(а)

ξ1\xi_1;

(б)

ξ11\xi_{11}.

Задача 11.33

Пусть независимые случайные величины ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n равномерно распределены на отрезке [0,1][0, 1]. Найти распределение произведения η=∏i=1nξi\eta = \prod_{i=1}^n \xi_i.

?
Задача 11.34

Случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют одинаковое распределение с плотностью

pξ(x)=pη(x)=c1+x4. p_\xi (x) = p_\eta (x) = \frac{c}{1 + x^4}.

Найти постоянную cc и доказать, что величина ξ/η\xi /\eta распределена по закону Коши.

?
Задача 11.35

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые случайные величины, причём P{ξ=0}=P{ξ=1}=1/2\mathbb {P}\left\{ \xi = 0\right\} = \mathbb {P}\left\{ \xi = 1\right\} = 1/2, а P{η<x}=x\mathbb {P}\left\{ \eta < x\right\} = x при x∈[0,1]x \in [0, 1]. Найти функции распределения следующих случайных величин:

?
(а)

ξ+η\xi + \eta;

(б)

ξ/2+η\xi /2 + \eta;

(в)

ξ+η/2\xi + \eta /2;

(г)

ξη\xi \eta;

(д)

ηξ\eta^\xi;

(е)

∣ξ−η∣\left|\xi - \eta \right|.

Построить графики найденных функций распределения.

Задача 11.36

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы, причём ξ\xi имеет показательное распределение с параметром α\alpha, а η\eta — равномерное на отрезке [0,h][0, h]. Найти плотности для:

?
(а)

суммы ξ+η\xi + \eta;

(б)

разности ξ−η\xi - \eta.

Задача 11.37

Независимые случайные величины ξ\xi, η\eta и ζ\zeta имеют одно и то же показательное распределение с параметром α\alpha. Найти плотности случайных величин:

?
(а)

ξ+ηξ\dfrac {\xi + \eta }{\xi };

(б)

ξ+ηζ\dfrac {\xi + \eta }{\zeta }.

Задача 11.38

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots — независимые одинаково распределённые случайные величины, причём ξ1\xi_1 принимает значения 0,1,…,90, 1, \ldots , 9 с вероятностью 1/101/10 каждое. Найти распределение суммы ряда

∑i=1∞ξi10i. \sum _{i=1}^\infty \frac{\xi _i}{10^i}.
?
Задача 11.39

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots — независимые одинаково распределённые случайные величины, причём ξ1\xi_1 принимает значения 0 и 1 с вероятностью 1/21/2 каждое. Найти распределения сумм следующих рядов:

?
(а)

∑i=1∞ξi2i\displaystyle \sum_{i=1}^\infty \frac{\xi_i}{2^i};

(б)

23∑i=1∞ξi3i−1\dfrac {2}{3}\displaystyle \sum_{i=1}^\infty \frac{\xi_i}{3^{i-1}}.

Задача 11.40

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют одинаковое показательное распределение с параметром α\alpha. Положим U=min⁡(ξ,η)U = \min (\xi , \eta ) и:

?
(а)

V=ξ−ηV = \xi - \eta;

(б)

V=  1ξ<ηV = \; \mathbb {1}_{\xi < \eta }.

Доказать, что случайные величины UU и VV независимы.

Задача 11.41

Обобщить результат пункта б) задачи 11.40 на произвольное непрерывное распределение.

?
Задача 11.42

Случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют показательное распределение с параметром 1. Доказать, что отношение ξξ+η\dfrac {\xi }{\xi + \eta } распределено равномерно на отрезке [0,1][0, 1].

?
Задача 11.43

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют нормальное распределение с параметрами α\alpha и σ2\sigma^2. Найти плотность распределения случайной величины

ξ+η−2αξ−η. \frac{\xi + \eta - 2\alpha }{\xi - \eta }.
?
Задача 11.44

Пусть ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n — независимые одинаково распределённые случайные величины с непрерывной функцией распределения FF. Обозначим через νn(x)\nu_n(x) число величин ξi\xi_i, которые меньше xx. Доказать, что распределение случайной величины

Dn=sup⁡x∣νn(x)n−F(x)∣ D_n = \sup _x \left|\frac{\nu _n(x)}{n} - F(x)\right|

не зависит от FF.

?
Задача 11.45

Доказать, что интегральное уравнение

∫−∞∞x(t) dt(y−t)2+1=e−y2 \int _{-\infty }^{\infty } \frac{x(t)\, dt}{(y-t)^2 + 1} = e^{-y^2}

не имеет решения в классе неотрицательных функций.

?