14

Неравенства

[16/25%]
Показать
LaTeX
Задача 14.1

Пусть g(x)g(x) — неотрицательная возрастающая функция и ξ\xi — произвольная случайная величина. Доказать, что для любого xx справедливо неравенство

P{ξ⩾x}⩽E[g(ξ)]g(x). \mathbb {P}\left\{ \xi \geqslant x\right\} \leqslant \frac{\mathbb {E}\left[g(\xi )\right]}{g(x)}.
?
Задача 14.2

Пусть E[ξ2]<∞\mathbb {E}\left[\xi^2\right] < \infty. Доказать, что

P{∣ξ−E[ξ]∣>3Var⁡[ξ]}⩽1/9. \mathbb {P}\left\{ \left|\xi - \mathbb {E}\left[\xi \right]\right| > 3\sqrt{\operatorname {Var}\left[\xi \right]}\right\} \leqslant 1/9.
?
Задача 14.3

Доказать, что для произвольных случайных величин ξ\xi и η\eta

E[∣ξη∣]⩽E[ξ2]E[η2]. \mathbb {E}\left[\left|\xi \eta \right|\right] \leqslant \sqrt{\mathbb {E}\left[\xi ^2\right]\mathbb {E}\left[\eta ^2\right]}.
?
Задача 14.4

Пусть E[∣ξ∣r]<∞\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^r\right] < \infty. Доказать, что:

?
(а)

(E[∣ξ∣s])r⩽(E[∣ξ∣r])s(\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^s\right])^r \leqslant (\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^r\right])^s для любого s∈(0,r)s \in (0, r);

(б)

(E[∣ξ∣s])1/s⩽(E[∣ξ∣r])1/r(\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^s\right])^{1/s} \leqslant (\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^r\right])^{1/r} для любого s∈(0,r)s \in (0, r).

Задача 14.5

Доказать, что E[∣ξ∣]⩽E[∣ξ∣r]r\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|\right] \leqslant \sqrt[r]{\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^r\right]} при r>1r > 1.

?
Задача 14.6

Доказать, что для случайной величины ξ\xi с конечной дисперсией и для любого x>0x > 0

P{∣ξ−E[ξ]∣>x}⩽2Var⁡[ξ]x2+Var⁡[ξ]. \mathbb {P}\left\{ \left|\xi - \mathbb {E}\left[\xi \right]\right| > x\right\} \leqslant \frac{2\operatorname {Var}\left[\xi \right]}{x^2 + \operatorname {Var}\left[\xi \right]}.
?
Задача 14.7

Пусть ξ\xi — случайная величина, E[ehξ]<∞\mathbb {E}\left[e^{h\xi }\right] < \infty, h>0h > 0. Доказать, что для любого xx

P{ξ⩾x}⩽E[ehξ]/ehx. \mathbb {P}\left\{ \xi \geqslant x\right\} \leqslant \mathbb {E}\left[e^{h\xi }\right]/e^{hx}.
?
Задача 14.8

Пусть случайная величина ξ\xi имеет распределение Пуассона с параметром λ\lambda. Доказать, что для любого x>0x > 0:

?
(а)

P{ξ⩾x}⩽λ/x\mathbb {P}\left\{ \xi \geqslant x\right\} \leqslant \lambda /x;

(б)

P{ξ⩾x}⩽eλ/2x\mathbb {P}\left\{ \xi \geqslant x\right\} \leqslant e^\lambda /2^x;

(в)

P{ξ⩾2λ}⩽1/max⁡(2,λ)\mathbb {P}\left\{ \xi \geqslant 2\lambda \right\} \leqslant 1/\max (2, \lambda ).

Задача 14.9

Пусть случайная величина ξ\xi имеет:

?
(а)

распределение Пуассона с параметром λ\lambda;

(б)

показательное распределение с параметром α\alpha;

(в)

стандартное нормальное распределение.

Определить значение параметра hh, доставляющее минимум выражению в правой части неравенства в задаче 14.7. Найти значение этого минимума.

Задача 14.10

Доказать следующие неравенства:

?
(а)

E[ξ4]⩾(E[ξ])4\mathbb {E}\left[\xi^4\right] \geqslant (\mathbb {E}\left[\xi \right])^4;

(б)

E[ξ2]E[ξ4]⩾(E[ξ3])2\mathbb {E}\left[\xi^2\right]\mathbb {E}\left[\xi^4\right] \geqslant (\mathbb {E}\left[\xi^3\right])^2.

Когда в этих неравенствах возможен знак равенства?

Задача 14.11

Правомерно ли следующее рассуждение: «От дома до работы 1 км, хожу я в среднем со скоростью 5 км/ч, следовательно, в среднем на дорогу у меня уходит 12 мин»?

?
Задача 14.12

Доказать, что если случайная величина ξ\xi имеет момент порядка kk, то её функция распределения FF удовлетворяет соотношению

lim⁡x→∞xk(1−F(x)+F(−x))=0. \lim _{x \to \infty } x^k (1 - F(x) + F(-x)) = 0.
?
Задача 14.13

Доказать, что E[ξ2]=0\mathbb {E}\left[\xi^2\right] = 0 равносильно P{ξ=0}=1\mathbb {P}\left\{ \xi = 0\right\} = 1.

?
Задача 14.14

Предположим, что E[∣ξ∣p]=0\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^p\right] = 0 для некоторого p>0p > 0. Что можно сказать про случайную величину ξ\xi?

?
Задача 14.15

Пусть случайная величина ξ\xi имеет конечное математическое ожидание, причём E[ξ  1A]=0\mathbb {E}\left[\xi \; \mathbb {1}_{A}\right] = 0 для любого события AA. Доказать, что P{ξ=0}=1\mathbb {P}\left\{ \xi = 0\right\} = 1.

?
Задача 14.16

Доказать, что для любой неотрицательной случайной величины ξ\xi с конечной дисперсией выполняется неравенство

P{ξ=0}⩽Var⁡[ξ]Var⁡[ξ]+(E[ξ])2. \mathbb {P}\left\{ \xi = 0\right\} \leqslant \frac{\operatorname {Var}\left[\xi \right]}{\operatorname {Var}\left[\xi \right] + (\mathbb {E}\left[\xi \right])^2}.
?