18

Сходимость почти наверное

[25/20%]
Показать
LaTeX
Задача 18.1

Пусть ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi и ξn→η\xi_n \rightarrow \eta п.н. Доказать, что тогда P(ξ=η)=1\mathbb {P}\left(\xi = \eta \right) = 1.

?
Примечание.
?

Последовательность случайных величин {ξn}\{ \xi_n\} сходится почти наверное (с вероятностью 1) к случайной величине ξ\xi (пишут ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н.), если P(ω:ξn(ω)→ξ(ω) при n→∞)=1\mathbb {P}\left(\omega : \xi_n(\omega ) \rightarrow \xi (\omega ) \text{ при } n \rightarrow \infty \right) = 1.

Задача 18.2

Пусть последовательность независимых случайных величин ξn\xi_n сходится почти наверное. Доказать, что дисперсия предела равна нулю.

?
Задача 18.3

Доказать, что ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н. тогда и только тогда, когда для любого ε>0\varepsilon > 0

P(∣ξn−ξ∣>ε для бесконечно многих n)=0. \mathbb {P}\left(\left|\xi _n - \xi \right| > \varepsilon \text{ для бесконечно многих } n\right) = 0.
?
Задача 18.4

Доказать, что последовательность случайных величин сходится почти наверное к некоторой случайной величине тогда и только тогда, когда она фундаментальна с вероятностью 1.

?
Примечание.
?

Последовательность ξn\xi_n является фундаментальной с вероятностью 1, если P(ω:ξn(ω) — фундаментальная последовательность)=1\mathbb {P}\left(\omega : \xi_n(\omega ) \text{ --- фундаментальная последовательность}\right) = 1.

Задача 18.5

Доказать, что ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н. тогда и только тогда, когда для любого ε>0\varepsilon > 0

P(sup⁡i⩾n∣ξi−ξ∣>ε)→0 при n→∞. \mathbb {P}\left(\sup _{i \geqslant n} \left|\xi _i - \xi \right| > \varepsilon \right) \rightarrow 0 \text{ при } n \rightarrow \infty .
?
Задача 18.6

Доказать, что последовательность случайных величин {ξn}\{ \xi_n\} фундаментальна с вероятностью 1 тогда и только тогда, когда для любого ε>0\varepsilon > 0

P(sup⁡i⩾1∣ξn+i−ξn∣>ε)→0 при n→∞. \mathbb {P}\left(\sup _{i \geqslant 1} \left|\xi _{n+i} - \xi _n\right| > \varepsilon \right) \rightarrow 0 \text{ при } n \rightarrow \infty .
?
Задача 18.7

Пусть независимые случайные величины ξn\xi_n принимают значения 1 и 0 с вероятностями pnp_n и 1−pn1 - p_n соответственно. При каких условиях на pnp_n для последовательности случайных величин {ξn}\{ \xi_n\} имеет место сходимость п.н.:

?
(а)

к нулю;

(б)

к единице?

Задача 18.8

Пусть Ω=[0,1]\Omega = [0, 1], F\mathscr {F} --- σ\sigma-алгебра борелевских множеств, P()\mathbb {P}\left(\right) --- мера Лебега. Доказать, что последовательность случайных величин

ξn(ω)={en, при ω∈[0,1/n],0, при ω∈(1/n,1] \xi _n(\omega ) = \begin{cases} e^n, & \text{ при } \omega \in [0, 1/n], \\ 0, & \text{ при } \omega \in (1/n, 1] \end{cases}

сходится п.н. и найти предел.

?
Задача 18.9

Пусть ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н. Доказать, что:

?
(а)

∣ξn∣→∣ξ∣\left|\xi_n\right| \rightarrow \left|\xi \right| п.н.;

(б)

ξn2→ξ2\xi_n^2 \rightarrow \xi^2 п.н.

Задача 18.10

Пусть ξn→1\xi_n \rightarrow 1 и ηn→1\eta_n \rightarrow 1 п.н. Доказать, что:

?
(а)

1ξn+ηn→12\dfrac {1}{\xi_n + \eta_n} \rightarrow \dfrac {1}{2} п.н.;

(б)

ξnηn→1\xi_n \eta_n \rightarrow 1 п.н.;

(в)

ξn+ηn→2\xi_n + \eta_n \rightarrow 2 п.н.

Задача 18.11

Пусть (ξn−ξ)2→0(\xi_n - \xi )^2 \rightarrow 0 п.н. Доказать, что ξn2→ξ2\xi_n^2 \rightarrow \xi^2 п.н.

?
Задача 18.12

Пусть ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н. и g(x)g(x) --- непрерывная функция. Доказать, что g(ξn)→g(ξ)g(\xi_n) \rightarrow g(\xi ) п.н.

?
Задача 18.13

Пусть ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi, ηn→η\eta_n \rightarrow \eta п.н. и g(x,y)g(x, y) --- непрерывная функция. Доказать, что g(ξn,ηn)→g(ξ,η)g(\xi_n, \eta_n) \rightarrow g(\xi , \eta ) п.н.

?
Задача 18.14

Пусть {ξn}\{ \xi_n\} --- последовательность случайных величин такая, что для любого ε>0\varepsilon > 0

∑n=1∞P(∣ξn−ξ∣>ε)<∞. \sum _{n=1}^{\infty } \mathbb {P}\left(\left|\xi _n - \xi \right| > \varepsilon \right) < \infty .

Доказать, что ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н.

?
Задача 18.15

Пусть {ξn}\{ \xi_n\} и {ηn}\{ \eta_n\} --- две последовательности случайных величин такие, что для любого ε>0\varepsilon > 0

∑n=1∞P(∣ξn−ηn∣>ε)<∞. \sum _{n=1}^{\infty } \mathbb {P}\left(\left|\xi _n - \eta _n\right| > \varepsilon \right) < \infty .

Доказать, что если ηn→a\eta_n \rightarrow a п.н., то ξn→a\xi_n \rightarrow a п.н.

?
Задача 18.16

Пусть случайные величины ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots независимы и ξn→0\xi_n \rightarrow 0 п.н. Доказать, что ряд ∑n=1∞P(∣ξn∣>1)\sum_{n=1}^{\infty } \mathbb {P}\left(\left|\xi_n\right| > 1\right) сходится.

?
Задача 18.17

Пусть {ξn}\{ \xi_n\} --- последовательность случайных величин. Доказать, что если для некоторой суммируемой последовательности положительных чисел {εn}\{ \varepsilon_n\}

∑n=1∞P(∣ξn+1−ξn∣>εn)<∞, \sum _{n=1}^{\infty } \mathbb {P}\left(\left|\xi _{n+1} - \xi _n\right| > \varepsilon _n\right) < \infty ,

то последовательность {ξn}\{ \xi_n\} с вероятностью 1 сходится к некоторой случайной величине.

?
Задача 18.18

Пусть {ξn}\{ \xi_n\} --- последовательность случайных величин. Доказать, что если ряд ∑n=1∞E[ξn2]\sum_{n=1}^{\infty } \mathbb {E}\left[\xi_n^2\right] сходится, то ξn→0\xi_n \rightarrow 0 п.н.

?
Задача 18.19

Пусть ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_1, \xi_2, \ldots --- случайные величины такие, что ряд ∑n=1∞E[∣ξn−ξ∣a]\sum_{n=1}^{\infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi_n - \xi \right|^a\right] сходится при некотором a>0a > 0. Доказать, что ξn→ξ\xi_n \rightarrow \xi п.н.

?
Задача 18.20

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots --- последовательность независимых случайных величин таких, что E[ξn2]<σ2\mathbb {E}\left[\xi_n^2\right] < \sigma^2 и E[ξn]=0\mathbb {E}\left[\xi_n\right] = 0. Доказать, что ряд ∑n=1∞ξn2n\sum_{n=1}^{\infty } \dfrac {\xi_n}{2^n} сходится п.н.

?
Задача 18.21

Доказать, что радиус сходимости RR случайного степенного ряда ∑i=0∞ξizi\sum_{i=0}^{\infty } \xi_i z^i, коэффициенты ξi\xi_i которого независимы, есть константа (почти наверное).

?
Задача 18.22

Доказать, что радиус сходимости RR случайного степенного ряда ∑i=0∞ξizi\sum_{i=0}^{\infty } \xi_i z^i, коэффициенты ξi\xi_i которого независимы и имеют одинаковое невырожденное распределение, равен 1 или 0 в зависимости от того, конечен или бесконечен момент E[ln⁡(1+∣ξ0∣)]\mathbb {E}\left[\ln (1 + \left|\xi_0\right|)\right].

?
Задача 18.23

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots --- независимые случайные величины, имеющие распределение Коши. Доказать, что

lim sup⁡n→∞ξ1+…+ξnn=∞ п.  н., \limsup _{n \rightarrow \infty } \frac{\xi _1 + \ldots + \xi _n}{n} = \infty \text{ п.\, н.},

а при α>0\alpha > 0

lim sup⁡n→∞ξ1+…+ξnn1+α=0 п.  н. \limsup _{n \rightarrow \infty } \frac{\xi _1 + \ldots + \xi _n}{n^{1+\alpha }} = 0 \text{ п.\, н.}
?
Задача 18.24

Пусть случайные величины ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots независимы и имеют равномерное распределение на отрезке [0,1][0, 1]. Доказать, что ряд ∑n=1∞∏i=1nξi\sum_{n=1}^{\infty } \prod_{i=1}^{n} \xi_i сходится п.н.

?
Задача 18.25

Пусть независимые одинаково распределённые случайные величины ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots принимают значения в множестве {1,…,J}\{ 1, \ldots , J\}, причём p(k)=P(ξ1=k)>0p(k) = \mathbb {P}\left(\xi_1 = k\right) > 0 при любом k∈{1,…,J}k \in \{ 1, \ldots , J\}. Обозначим через Nn(k)=∑i=1n  1ξi=kN_n(k) = \sum_{i=1}^{n} \; \mathbb {1}_{\xi_i = k} число элементов ξ1,…,ξn\xi_1, \ldots , \xi_n, равных kk; положим ηn=∏k=1J(p(k))Nn(k)\eta_n = \prod_{k=1}^{J} (p(k))^{N_n(k)}. Доказать, что последовательность ln⁡ηnn\dfrac {\ln \eta_n}{n} сходится п.н., и найти её предел.

?