25

Центральная предельная теорема

[25/64%]
Показать
LaTeX
Задача 25.1

Пусть для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\} выполнена ЦПТ, причём Var⁡[Sn]=o(n2)\operatorname {Var}\left[S_{n}\right] = o(n^{2}) при n→∞n \rightarrow \infty. Доказать, что тогда справедлив и ЗБЧ.

?
Задача 25.2

Привести пример, подтверждающий, что условие Ляпунова не является необходимым для выполнения ЦПТ.

?
Задача 25.3

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — равномерно ограниченная последовательность независимых случайных величин, т. е. существует константа A<∞A < \infty такая, что для всех nn выполнено неравенство ∣ξn∣<A\left|\xi_{n}\right| < A. Пусть Sn=ξ1+…+ξnS_{n} = \xi_{1} + \ldots + \xi_{n}. Доказать, что последовательность {ξn}\{ \xi_{n}\} удовлетворяет ЦПТ, если Var⁡[Sn]→∞\operatorname {Var}\left[S_{n}\right] \rightarrow \infty.

?
Задача 25.4

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределённых случайных величин с конечной ненулевой дисперсией. Доказать, что для любых aa и bb

lim⁡n→∞P(a⩽Sn⩽b)=0. \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(a \leqslant S_{n} \leqslant b\right) = 0.
?
Задача 25.5

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределённых случайных величин с конечной дисперсией. Доказать, что для любого bb предел

lim⁡n→∞P(Sn<b) \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(S_{n} < b\right)

равен либо 0, либо 1, либо 1/2. Найти условия, при которых имеет место каждая из указанных ситуаций.

?
Задача 25.6

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределённых (невырожденных) случайных величин с нулевым средним значением и с конечной дисперсией. Доказать, что для любого b>0b > 0 предел

lim⁡n→∞P(∣Snnα∣<b) \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(\left|\frac{S_{n}}{n^{\alpha }}\right| < b\right)

равен 0 при α<1/2\alpha < 1/2 и 1 при α>1/2\alpha > 1/2.

?
Задача 25.7

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределённых (невырожденных) случайных величин с нулевым средним значением и с конечной дисперсией. Найти предел

lim⁡n→∞P(∣Snn∣<b). \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(\left|\frac{S_{n}}{\sqrt{n}}\right| < b\right).
?
Задача 25.8

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределённых случайных величин с нулевым средним значением и с конечной дисперсией. Найти Var⁡[ξ1]\operatorname {Var}\left[\xi_{1}\right], если:

?
(а)

lim⁡n→∞P(Snn>1)=13\lim_{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(\frac{S_{n}}{\sqrt{n}} > 1\right) = \frac{1}{3};

(б)

lim⁡n→∞P(∣Snn∣>1)=15\lim_{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(\left|\frac{S_{n}}{\sqrt{n}}\right| > 1\right) = \frac{1}{5}.

Задача 25.9

Случайная величина ηn\eta_{n} имеет распределение Пуассона с параметром nn. Существует ли предел при n→∞n \rightarrow \infty отношения (ηn−n)/n(\eta_{n} - n)/\sqrt{n}?

?
Задача 25.10

Доказать, что при n→∞n \rightarrow \infty

e−n∑k=0nnkk!→12. e^{-n} \sum _{k=0}^{n} \frac{n^{k}}{k!} \rightarrow \frac{1}{2}.
?
Задача 25.11

Случайная величина ηn\eta_{n} имеет биномиальное распределение с параметрами nn и 1/2. Существует ли предел при n→∞n \rightarrow \infty отношения (2ηn−n)/n(2\eta_{n} - n)/\sqrt{n}?

?
Задача 25.12

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения nn и −n-n с равными вероятностями. Сходится ли к нормальному закону распределение отношения:

?
(а)

Sn/nS_{n}/\sqrt{n};

(б)

Sn/Var⁡[Sn]S_{n}/\sqrt{\operatorname {Var}\left[S_{n}\right]}?

Задача 25.13

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения nn, −n-n и 0 с вероятностями:

?
(а)

1/2n21/2n^{2}, 1/2n21/2n^{2} и 1−1/n21 - 1/n^{2};

(б)

1/2n1/2\sqrt{n}, 1/2n1/2\sqrt{n} и 1−1/n1 - 1/\sqrt{n};

(в)

1/41/4, 1/41/4 и 1/21/2;

(г)

2−n2^{-n}, 2−n2^{-n} и 1−2−n+11 - 2^{-n+1}.

Выполнена ли ЦПТ для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\}?

Задача 25.14

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения n\sqrt{n}, −n-\sqrt{n} и 0 с вероятностями 1/2n1/2n, 1/2n1/2n и 1−1/n1 - 1/n соответственно. Будет ли выполнена ЦПТ для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\}?

?
Задача 25.15

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения 2n2^{n} и −2n-2^{n} с вероятностью 1/21/2 каждое. Выполнена ли ЦПТ для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\}?

?
Задача 25.16

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения 2n2^{n}, −2n-2^{n} и 0 с вероятностями 2−(2n+1)2^{-(2n+1)}, 2−(2n+1)2^{-(2n+1)} и 1−2−2n1 - 2^{-2n} соответственно. Выполнена ли ЦПТ для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\}?

?
Задача 25.17

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} равномерно распределена на отрезке [an−1,an+1][a_{n} - 1, a_{n} + 1], причём ∑n∣an∣<∞\sum_{n} \left|a_{n}\right| < \infty. Найти

lim⁡n→∞P(0<Snn<1). \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}\left(0 < \frac{S_{n}}{\sqrt{n}} < 1\right).
?
Задача 25.18

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения 1 и −1-1 с вероятностью (1−2−n)/2(1 - 2^{-n})/2 каждое и значения 2n2^{n} и −2n-2^{n} с вероятностью 2−n−12^{-n-1} каждое. Доказать, что для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\} выполнена ЦПТ.

?
Задача 25.19

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots имеют распределение Пуассона с параметром λ\lambda. Существует ли слабый предел при n→∞n \rightarrow \infty выражения

1n∑i=1n(ξ2i−1−ξ2i)? \frac{1}{\sqrt{n}} \sum _{i=1}^{n} (\xi _{2i-1} - \xi _{2i})?
?
Задача 25.20

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые одинаково распределённые случайные величины с конечной дисперсией. Доказать, что если величины ξ+η\xi + \eta и ξ−η\xi - \eta независимы, то ξ\xi и η\eta имеют нормальное распределение, возможно вырожденное.

?
Задача 25.21

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые одинаково распределённые случайные величины с нулевым средним значением и конечной дисперсией. Используя ЦПТ, доказать, что если величины ξ\xi и (ξ+η)/2(\xi + \eta )/\sqrt{2} имеют одинаковое невырожденное распределение, то это распределение — нормальное.

?
Задача 25.22

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Пусть ξn\xi_{n} принимает значения ana_{n}, −an-a_{n}, и 0 с вероятностями pnp_{n}, pnp_{n} и 1−2pn1 - 2p_{n} соответственно. Найти условия для констант ana_{n} и pnp_{n}, обеспечивающие выполнение ЦПТ для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\}.

?
Задача 25.23

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин. Когда nn — точный квадрат, ξn\xi_{n} принимает значения −n-\sqrt{n} и n\sqrt{n} с вероятностью 1/21/2 каждое, при остальных nn величина ξn\xi_{n} принимает значения −1-1 и 1 с вероятностью 1/21/2 каждое. Выполнена ли ЦПТ для последовательности {ξn}\{ \xi_{n}\}?

?
Задача 25.24

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — независимые одинаково распределёные случайные величины, причём E[ξ1]=0\mathbb {E}\left[\xi_{1}\right] = 0 и Var⁡[ξ1]=1\operatorname {Var}\left[\xi_{1}\right] = 1. Найти предельное распределение случайных величин

ηn=nξ1+…+ξnξ12+…+ξn2иζn=ξ1+…+ξnξ12+…+ξn2. \eta _{n} = \sqrt{n} \frac{\xi _{1} + \ldots + \xi _{n}}{\xi _{1}^{2} + \ldots + \xi _{n}^{2}} \quad \text{и} \quad \zeta _{n} = \frac{\xi _{1} + \ldots + \xi _{n}}{\sqrt{\xi _{1}^{2} + \ldots + \xi _{n}^{2}}}.
?
Задача 25.25

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределённых случайных величин, причём E[ξ1]=0\mathbb {E}\left[\xi_{1}\right] = 0 и Var⁡[ξ1]=σ2>0\operatorname {Var}\left[\xi_{1}\right] = \sigma^{2} > 0. Сходятся ли по вероятности при n→∞n \rightarrow \infty величины

ξ1+…+ξnn? \frac{\xi _{1} + \ldots + \xi _{n}}{\sqrt{n}}?
?