19

Сходимость по вероятности

[26/27%]
Показать
LaTeX
Задача 19.1

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi и ξn→pη\xi_n \xrightarrow {p} \eta. Доказать, что P(ξ=η)=1\mathbb {P}\left(\xi = \eta \right) = 1.

?
Примечание.
?

Последовательность случайных величин {ξn}\{ \xi_n\} сходится по вероятности к случайной величине ξ\xi (пишут ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi), если для любого ε>0\varepsilon > 0 имеет место сходимость P(ω:∣ξn(ω)−ξ(ω)∣>ε)→0\mathbb {P}\left(\omega : \left|\xi_n(\omega ) - \xi (\omega )\right| > \varepsilon \right) \rightarrow 0 при n→∞n \rightarrow \infty.

Задача 19.2

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi, ηn→pη\eta_n \xrightarrow {p} \eta и P(ξ=η)=1\mathbb {P}\left(\xi = \eta \right) = 1. Доказать, что (ξn−ηn)→p0(\xi_n - \eta_n) \xrightarrow {p} 0 при n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 19.3

Доказать, что из сходимости почти наверное вытекает сходимость по вероятности.

?
Задача 19.4

Доказать, что из сходимости по вероятности не вытекает, вообще говоря, сходимость почти наверное.

?
Задача 19.5

Пусть Ω\Omega --- единичная окружность, F\mathscr {F} --- σ\sigma-алгебра борелевских множеств, P()\mathbb {P}\left(\right) --- равномерное распределение на окружности. Пусть ξ(ω)≡1\xi (\omega ) \equiv 1, а

ξn(ω)={2, на дуге [r(n),r(n)+1/n],1, иначе, \xi _n(\omega ) = \begin{cases} 2, & \text{ на дуге } [r(n), r(n) + 1/n], \\ 1, & \text{ иначе,} \end{cases}

где r(n)=∑k=1n1kr(n) = \sum_{k=1}^{n} \dfrac {1}{k}. Выяснить, сходится ли последовательность {ξn}\{ \xi_n\} к случайной величине ξ\xi:

?
(а)

по вероятности,

(б)

с вероятностью 1.

Задача 19.6

Доказать, что если последовательность ξn\xi_n сходится по вероятности к ξ\xi, то существует подпоследовательность индексов nkn_k такая, что ξnk→ξ\xi_{n_k} \rightarrow \xi п.н. при k→∞k \rightarrow \infty.

?
Задача 19.7

Доказать, что если ξ1⩽ξ2⩽…\xi_1 \leqslant \xi_2 \leqslant \ldots и ξn\xi_n сходятся по вероятности к ξ\xi, то ξn\xi_n сходятся к ξ\xi п.н.

?
Задача 19.8

Пусть случайные величины ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots независимы. Доказать, что если ряд ∑n=1∞ξn\sum_{n=1}^{\infty } \xi_n сходится по вероятности, то он сходится и п.н.

?
Задача 19.9

Пусть {ξn}\{ \xi_n\} --- последовательность случайных величин, причём ξn\xi_n принимает значения e−αne^{-\alpha n} и eαne^{\alpha n} с вероятностями 1−e−βn1 - e^{-\beta n} и e−βne^{-\beta n} соответственно. При каких значениях α\alpha и β\beta имеет место сходимость ξn→p0\xi_n \xrightarrow {p} 0?

?
Задача 19.10

Пусть случайные величины ξ1,ξ2,…\xi_1, \xi_2, \ldots независимы, причём ξn\xi_n имеет:

?
(а)

распределение Бернулли с параметром pnp_n;

(б)

биномиальное распределение с параметрами nn и pnp_n.

При каких условиях на pnp_n для последовательности случайных величин {ξn}\{ \xi_n\} имеет место сходимость по вероятности?

Задача 19.11

Доказать, что ξn\xi_n сходятся по вероятности к ξ\xi и ηn\eta_n сходятся по вероятности к η\eta тогда и только тогда, когда последовательность случайных векторов (ξn,ηn)(\xi_n, \eta_n) сходится по вероятности к (ξ,η)(\xi , \eta ).

?
Задача 19.12

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi. Доказать, что:

?
(а)

∣ξn∣→p∣ξ∣\left|\xi_n\right| \xrightarrow {p} \left|\xi \right|,

(б)

ξn2→pξ2\xi_n^2 \xrightarrow {p} \xi^2.

Задача 19.13

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi и g(x)g(x) --- равномерно непрерывная функция. Доказать, что g(ξn)→pg(ξ)g(\xi_n) \xrightarrow {p} g(\xi ).

?
Задача 19.14

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi и g(x)g(x) --- непрерывная функция. Доказать, что g(ξn)→pg(ξ)g(\xi_n) \xrightarrow {p} g(\xi ).

?
Задача 19.15

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi, причём P(ξ=0)=0\mathbb {P}\left(\xi = 0\right) = 0. Доказать, что 1ξn→p1ξ\dfrac {1}{\xi_n} \xrightarrow {p} \dfrac {1}{\xi }.

?
Задача 19.16

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi и AA --- множество точек на прямой такое, что P(ξ∈A)=0\mathbb {P}\left(\xi \in A\right) = 0. Рассмотрим функцию g(x)g(x), для которой множество точек разрыва содержится в AA. Доказать, что g(ξn)→pg(ξ)g(\xi_n) \xrightarrow {p} g(\xi ).

?
Задача 19.17

Пусть ξn→p1\xi_n \xrightarrow {p} 1 и ηn→p1\eta_n \xrightarrow {p} 1. Доказать, что:

?
(а)

1ξn+ηn→p12\dfrac {1}{\xi_n + \eta_n} \xrightarrow {p} \dfrac {1}{2};

(б)

ξnηn→p1\xi_n \eta_n \xrightarrow {p} 1;

(в)

ξn+ηn→p2\xi_n + \eta_n \xrightarrow {p} 2.

Задача 19.18

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi и ηn→pη\eta_n \xrightarrow {p} \eta. Доказать, что:

?
(а)

ξnηn→pξη\xi_n \eta_n \xrightarrow {p} \xi \eta;

(б)

aξn+bηn→paξ+bηa \xi_n + b \eta_n \xrightarrow {p} a \xi + b \eta, где aa и bb --- произвольные числа.

Задача 19.19

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi, ηn→pη\eta_n \xrightarrow {p} \eta и g(x,y)g(x, y) --- равномерно непрерывная ограниченная функция. Доказать, что g(ξn,ηn)→pg(ξ,η)g(\xi_n, \eta_n) \xrightarrow {p} g(\xi , \eta ).

?
Задача 19.20

Пусть ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi, ηn→pη\eta_n \xrightarrow {p} \eta и g(x,y)g(x, y) --- непрерывная функция. Доказать, что g(ξn,ηn)→pg(ξ,η)g(\xi_n, \eta_n) \xrightarrow {p} g(\xi , \eta ).

?
Задача 19.21

Пусть (ξn−ξ)2→p0(\xi_n - \xi )^2 \xrightarrow {p} 0. Доказать, что ξn2→pξ2\xi_n^2 \xrightarrow {p} \xi^2. Верно ли обратное?

?
Задача 19.22

Доказать, что если ξn→pξ\xi_n \xrightarrow {p} \xi при n→∞n \rightarrow \infty и g(x)g(x) --- непрерывная и ограниченная функция, то E[g(ξn)]→E[g(ξ)]\mathbb {E}\left[g(\xi_n)\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[g(\xi )\right].

?
Задача 19.23

Привести пример, подтверждающий, что в условиях задачи 19.22, вообще говоря, нельзя отказаться от требования непрерывности и ограниченности функции ff.

?
Задача 19.24

Пусть gg --- непрерывная, монотонно возрастающая и ограниченная на полупрямой [0,∞)[0, \infty ) функция, g(0)=0g(0) = 0. Доказать, что условие lim⁡n→∞E[g(∣ξn∣)]=0\lim_{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[g(\left|\xi_n\right|)\right] = 0 необходимо и достаточно для того, чтобы ξn→p0\xi_n \xrightarrow {p} 0.

?
Задача 19.25

Доказать, что ξn\xi_n сходятся по вероятности к ξ\xi тогда и только тогда, когда

E[∣ξn−ξ∣1+∣ξn−ξ∣]→0. \mathbb {E}\left[\frac{\left|\xi _n - \xi \right|}{1 + \left|\xi _n - \xi \right|}\right] \rightarrow 0.
?
Задача 19.26

Пусть {ξn}\{ \xi_n\} --- последовательность случайных величин с нулевыми математическими ожиданиями. Вытекает ли из сходимости ξn→p0\xi_n \xrightarrow {p} 0 при n→∞n \rightarrow \infty сходимость ξ1+…+ξnn→p0\dfrac {\xi_1 + \ldots + \xi_n}{n} \xrightarrow {p} 0?

?