29

Условное математическое ожидание

[28/86%]
Показать
LaTeX
Задача 29.1

Пусть A\mathcal{A} — алгебра, состоящая из двух элементов: ∅\emptyset и всего пространства Ω\Omega. Найти E[ξ∣A]\mathbb {E}\left[\xi \mid \mathcal{A}\right].

?
Задача 29.2

Двумерное распределение пары целочисленных случайных величин ξ\xi и η\eta задаётся с помощью таблицы

ξ=−1\xi = -1ξ=0\xi = 0ξ=1\xi = 1
η=−1\eta = -11/81/81/121/127/247/24
η=1\eta = 15/245/241/61/61/81/8

, где в пересечении столбца ξ=i\xi = i и строки η=j\eta = j находится вероятность P(ξ=i,η=j)\mathbb {P}\left(\xi =i, \eta =j\right). Найти:

?
(а)

E[ξ∣η]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta \right];

(б)

E[η∣ξ]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi \right];

(в)

E[ξ∣η2]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta^{2}\right];

(г)

E[ξ∣η3]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta^{3}\right];

(д)

E[η∣ξ2]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi^{2}\right];

(е)

E[η∣ξ3]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi^{3}\right].

Задача 29.3

Решить задачу 29.2 для таблицы

ξ=−2\xi = -2ξ=0\xi = 0ξ=1\xi = 1
η=−1\eta = -11/61/61/61/61/61/6
η=2\eta = 21/61/61/61/61/61/6
?
(а)
(б)
(в)
(г)
(д)
(е)
Задача 29.4

Решить задачу 29.2 для таблицы

ξ=−1\xi = -1ξ=0\xi = 0ξ=1\xi = 1
η=−2\eta = -21/81/81/121/127/247/24
η=0\eta = 01/121/121/121/121/81/8
η=1\eta = 11/81/81/121/1200
?
(а)
(б)
(в)
(г)
(д)
(е)
Задача 29.5

На вероятностном пространстве (Ω,F,P())(\Omega , \mathcal{F}, \mathbb {P}\left(\right)), где Ω=[0,1]\Omega = [0,1], F\mathcal{F} — σ\sigma-алгебра борелевских подмножеств и P()\mathbb {P}\left(\right) — мера Лебега, задана случайная величина ξ\xi. Пусть A\mathcal{A} — σ\sigma-алгебра, порождённая множествами [0,1/3)[0,1/3), {1/3}\{ 1/3\} и (1/3,1/2)(1/3,1/2). Найти E[ξ∣A]\mathbb {E}\left[\xi \mid \mathcal{A}\right], если:

?
(а)

ξ(ω)=ω\xi (\omega ) = \omega;

(б)

ξ(ω)=sin⁡πω\xi (\omega ) = \sin \pi \omega;

(в)

ξ(ω)={1,ω∈[0,1/3],2,ω∈(1/3,1];\xi (\omega ) = \begin{cases} 1, & \omega \in [0, 1/3], \\ 2, & \omega \in (1/3, 1]; \end{cases}

(г)

ξ(ω)=1−ω\xi (\omega ) = 1 - \omega;

(д)

ξ(ω)=ω2\xi (\omega ) = \omega^{2};

(е)

ξ(ω)={0,ω∈[0,2/3],1,ω∈(2/3,1].\xi (\omega ) = \begin{cases} 0, & \omega \in [0, 2/3], \\ 1, & \omega \in (2/3, 1]. \end{cases}

Задача 29.6

На вероятностном пространстве (Ω,F,P())(\Omega , \mathcal{F}, \mathbb {P}\left(\right)), где Ω=[0,1]\Omega = [0,1], F\mathcal{F} — σ\sigma-алгебра борелевских подмножеств и P()\mathbb {P}\left(\right) — мера Лебега, задана случайная величина ξ(ω)=ω\xi (\omega ) = \omega. Найти E[ξ∣A]\mathbb {E}\left[\xi \mid \mathcal{A}\right], если A\mathcal{A} — σ\sigma-алгебра:

?
(а)

всех борелевских подмножеств отрезка [0,1][0,1], симметричных относительно точки 1/21/2;

(б)

порождённая множествами [0,1/3][0,1/3] и [1/3,2/3][1/3,2/3];

(в)

порождённая случайной величиной η=min⁡{2ω,1}\eta = \min \{ 2\omega , 1\}.

Задача 29.7

На вероятностном пространстве (Ω,F,P())(\Omega , \mathcal{F}, \mathbb {P}\left(\right)), где Ω=[0,1]\Omega = [0,1], F\mathcal{F} — σ\sigma-алгебра борелевских подмножеств и P()\mathbb {P}\left(\right) — мера Лебега, заданы случайные величины ξ(ω)=ω2\xi (\omega ) = \omega^{2} и

η(ω)={−1,ω<1/2,1,ω≥1/2. \eta (\omega ) = \begin{cases} -1, & \omega < 1/2, \\ 1, & \omega \geq 1/2. \end{cases}

Построить графики:

?
(а)

E[ξ∣η]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta \right];

(б)

E[ξ∣η2]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta^{2}\right].

Задача 29.8

Пусть случайная величина ξ\xi принимает не более nn значений. Верно ли, что E[ξ∣A]\mathbb {E}\left[\xi \mid \mathcal{A}\right] также принимает не более nn значений?

?
Задача 29.9

Обязана ли случайная величина E[ξ∣A]\mathbb {E}\left[\xi \mid \mathcal{A}\right] быть измеримой относительно σ(ξ)\sigma (\xi )?

?
Задача 29.10

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые одинаково распределённые случайные величины с конечным математическим ожиданием. Найти E[ξ∣ξ+η]\mathbb {E}\left[\xi \mid \xi +\eta \right].

?
Задача 29.11

Верно ли следующее утверждение: если ξn→ξ\xi_{n} \to \xi почти наверное, то E[η∣ξn]→pE[η∣ξ]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi_{n}\right] \xrightarrow {p} \mathbb {E}\left[\eta \mid \xi \right] для любой случайной величины η\eta?

?
Задача 29.12

Пусть случайная величина ξ\xi имеет показательное распределение с параметром 11, а t>0t>0. Найти:

?
(а)

E[ξ∣min⁡(ξ,t)]\mathbb {E}\left[\xi \mid \min (\xi ,t)\right];

(б)

E[ξ∣max⁡(ξ,t)]\mathbb {E}\left[\xi \mid \max (\xi ,t)\right].

Задача 29.13

Решить задачу 29.12, если случайная величина ξ\xi имеет равномерное распределение в отрезке [0,2][0,2].

?
(а)
(б)
Задача 29.14

Пусть случайная величина ξ\xi имеет стандартное нормальное распределение. Найти E[ξ∣ξ2]\mathbb {E}\left[\xi \mid \xi^{2}\right].

?
Задача 29.15

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые случайные величины, имеющие стандартное нормальное распределение. Найти E[ξ2+η2∣ξ+η]\mathbb {E}\left[\xi^{2}+\eta^{2} \mid \xi +\eta \right].

?
Задача 29.16

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют геометрическое распределение с параметром pp каждая. Найти условное распределение P(ξ=k∣ξ+η=n)\mathbb {P}\left(\xi =k \mid \xi +\eta =n\right).

?
Задача 29.17

Пусть независимые случайные величины ξ\xi и η\eta имеют распределение Пуассона с параметром λ\lambda каждая. Найти:

?
(а)

E[ξ2∣ξ+η=k]\mathbb {E}\left[\xi^{2} \mid \xi +\eta =k\right];

(б)

условное распределение P(ξ=k∣ξ+η=n)\mathbb {P}\left(\xi =k \mid \xi +\eta =n\right).

Задача 29.18

Пусть случайные величины ξ\xi и η\eta независимы и имеют биномиальное распределение с параметрами mm и pp. Найти:

?
(а)

E[ξ2∣ξ+η=1]\mathbb {E}\left[\xi^{2} \mid \xi +\eta =1\right];

(б)

условное распределение P(ξ=k∣ξ+η=1)\mathbb {P}\left(\xi =k \mid \xi +\eta =1\right).

Задача 29.19

Пусть ξ1,…,ξn\xi_{1}, \ldots , \xi_{n} — независимые случайные величины, имеющие равномерное распределение в отрезке [0,1][0,1]. Найти:

?
(а)

E[ξ1∣max⁡(ξ1,…,ξn)]\mathbb {E}\left[\xi_{1} \mid \max (\xi_{1}, \ldots , \xi_{n})\right];

(б)

E[ξ1∣min⁡(ξ1,…,ξn)]\mathbb {E}\left[\xi_{1} \mid \min (\xi_{1}, \ldots , \xi_{n})\right].

Задача 29.20

Решить задачу 29.19, если случайные величины ξk\xi_{k} имеют экспоненциальное распределение с параметром 11.

?
Задача 29.21

Пусть ξ\xi и η\eta — независимые случайные величины, имеющие равномерное распределение в отрезке [0,1][0,1]. Найти:

?
(а)

E[ξ∣ξ+η]\mathbb {E}\left[\xi \mid \xi +\eta \right];

(б)

E[ξ−η∣ξ+η]\mathbb {E}\left[\xi -\eta \mid \xi +\eta \right];

(в)

E[ξ2−η2∣ξ+η]\mathbb {E}\left[\xi^{2}-\eta^{2} \mid \xi +\eta \right];

(г)

E[ξ+η∣ξ]\mathbb {E}\left[\xi +\eta \mid \xi \right].

Задача 29.22

Пусть E[ξ2]<∞\mathbb {E}\left[\xi^{2}\right] < \infty. Доказать, что случайная величина ξ\xi измерима относительно σ\sigma-алгебры A\mathcal{A} тогда и только тогда, когда

E[(ξ−E[ξ∣A])2]=0. \mathbb {E}\left[\left(\xi - \mathbb {E}\left[\xi \mid \mathcal{A}\right]\right)^{2}\right] = 0.
?
Задача 29.23

Пусть E[ξ2]<∞\mathbb {E}\left[\xi^{2}\right] < \infty и E[η2]<∞\mathbb {E}\left[\eta^{2}\right] < \infty. Доказать, что если имеют место равенства E[ξ∣η]=η\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta \right] = \eta и E[η∣ξ]=ξ\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi \right] = \xi, то ξ=η\xi = \eta п.н.

?
Задача 29.24

Найти E[ξ∣η]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta \right], если совместная плотность случайного вектора (ξ,η)(\xi ,\eta ) равна:

?
(а)

p(x,y)={4xyпри 0≤x,y≤1,0иначе;p(x,y) = \begin{cases} 4xy & \text{при } 0 \leq x,y \leq 1, \\ 0 & \text{иначе}; \end{cases}

(б)

p(x,y)={x+yпри 0≤x,y≤1,0иначе;p(x,y) = \begin{cases} x+y & \text{при } 0 \leq x,y \leq 1, \\ 0 & \text{иначе}; \end{cases}

(в)

p(x,y)={ye−x+e−2xпри x≥0, 0≤y≤1,0иначе;p(x,y) = \begin{cases} ye^{-x}+e^{-2x} & \text{при } x \geq 0,\ 0 \leq y \leq 1, \\ 0 & \text{иначе}; \end{cases}

(г)

p(x,y)={1+9x2y28при −1≤x,y≤1,0иначе;p(x,y) = \begin{cases} \dfrac {1+9x^{2}y^{2}}{8} & \text{при } -1 \leq x,y \leq 1, \\ 0 & \text{иначе}; \end{cases}

(д)

двумерной нормальной плотности с коэффициентом корреляции ρ\rho.

Задача 29.25

Пусть совместная плотность случайного вектора (ξ,η)(\xi ,\eta ) равна

p(x,y)={xe−x(y+1),x,y≥0,0,иначе. p(x,y) = \begin{cases} xe^{-x(y+1)}, & x,y \geq 0, \\ 0, & \text{иначе}. \end{cases}

Найти:

?
(а)

одномерные (маргинальные) распределения ξ\xi и η\eta;

(б)

условную плотность ξ\xi относительно η\eta;

(в)

условную плотность η\eta относительно ξ\xi;

(г)

условное среднее E[ξ∣η]\mathbb {E}\left[\xi \mid \eta \right];

(д)

условное среднее E[η∣ξ]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi \right].

Задача 29.26

Пусть ξ\xi имеет распределение Пуассона с параметром λ\lambda, а распределение случайной величины E[η∣ξ]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi \right] имеет нормальную плотность с нулевым средним значением и дисперсией ξ\xi.

?
(а)

Найти характеристическую функцию η\eta.

(б)

Доказать, что распределение η\eta не имеет плотности.

(в)

Доказать, что η/λ\eta /\sqrt{\lambda } слабо сходится при λ→∞\lambda \to \infty к стандартному нормальному закону.

Задача 29.27

Пусть случайная величина ξ\xi имеет показательное распределение с параметром 11, а случайная величина E[η∣ξ]\mathbb {E}\left[\eta \mid \xi \right] имеет распределение Пуассона с параметром ξ\xi. Найти распределение случайной величины η\eta.

?
Задача 29.28

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — независимые одинаково распределённые случайные величины с конечным математическим ожиданием, а Sn=ξ1+…+ξnS_{n} = \xi_{1} + \ldots + \xi_{n}. Пусть An\mathcal{A}_{n} — σ\sigma-алгебра, порождённая суммами Sn,Sn+1,…S_{n}, S_{n+1}, \ldots. Доказать, что

E[ξ1∣An]=Snn. \mathbb {E}\left[\xi _{1} \mid \mathcal{A}_{n}\right] = \frac{S_{n}}{n}.
?