5

Сходимость последовательностей случайных величин и вероятностных распределений

[112/70%]
Показать
LaTeX
Задача 5.1

Пусть ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi и ξn→Pη\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \eta. Доказать, что P(ξ=η)=1\mathbb {P}\left(\xi = \eta \right) = 1.

?
Задача 5.2

Доказать, что если ξn−an→P0\xi_{n}-a_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0 и ξn−bn→P0\xi_{n}-b_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0, где a1,a2,…a_{1}, a_{2}, \ldots и b1,b2,…b_{1}, b_{2}, \ldots — две последовательности вещественных чисел, то an−bn→0a_{n}-b_{n} \rightarrow 0.

?
Задача 5.3

Пусть ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi и ηn→Pη\eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \eta. Доказать, что:

?
(а)

aξn+bηn→Paξ+bη(a,ba \xi_{n}+b \eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} a \xi +b \eta \quad (a, b — постоянные )),

(б)

∣ξn∣→P∣ξ∣\left|\xi_{n}\right| \xrightarrow {\mathbb {P}}\left|\xi \right|,

(в)

ξnηn→ξη\xi_{n} \eta_{n} \rightarrow \xi \eta.

Задача 5.4

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, причем ξn\xi_{n} принимает значения e−ane^{-a n} и eane^{a n} с вероятностями 1−e−bn1-e^{-b n} и e−bn(b⩾0)e^{-b n}(b \geqslant 0) соответственно. При каких значениях а и bξn→P0b \xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0 ?

?
Задача 5.5

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, таких, что P(∣ξn∣⩾c>0)⩾δ>0,n=1,2,…\mathbb {P}\left(\left|\xi_{n}\right| \geqslant c > 0\right) \geqslant \delta > 0, n = 1,2, \ldots. Пусть a1,a2,…a_{1}, a_{2}, \ldots последовательность вещественных чисел, такая, что anξn→0a_{n} \xi_{n} \rightarrow 0. Доказать, что an→0a_{n} \rightarrow 0.

?
Задача 5.6

Пусть ξn−an→P0\xi_{n}-a_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0. Доказать, что mξn−an→0m \xi_{n}-a_{n} \rightarrow 0 (mξnm \xi_{n} — медиана ξn\xi_{n}).

?
Задача 5.7

Доказать, что для того, чтобы последовательность случайных величин ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots сходилась по вероятности κ\kappa некоторой случайной величине ξ\xi, необходимо и достаточно, чтобы для любого ε>0\varepsilon > 0 существовало такое NN, что при n,m⩾Nn, m \geqslant N

P(∣ξn−ξm∣⩾ε)⩽ε. \mathbb {P}\left(\left|\xi _{n}-\xi _{m}\right| \geqslant \varepsilon \right) \leqslant \varepsilon .
?
Задача 5.8

Пусть ξn→Pξ,ηn→Pη\quad \xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi , \eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \eta и P(ξ=η)=1\mathbb {P}\left(\xi = \eta \right) = 1. Доказать, что для любого ε>0\varepsilon > 0

P(∣ξn−ηn∣⩾ε)→0 \mathbb {P}\left(\left|\xi _{n}-\eta _{n}\right| \geqslant \varepsilon \right) \rightarrow 0

при n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 5.9

Пусть (ξn−ξ)2→P0\left(\xi_{n}-\xi \right)^{2} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0. Доказать, что ξn2→Pξ2\xi_{n}^{2} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi^{2}.

?
Задача 5.10

Пусть ξn→Pa\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} a и пусть f(x)f(x) — борелевская функция, имеющая производную в точке x=ax = a. Доказать, что

f(ξn)=f(a)+f′(a)(ξn−a)+(ξn−a)ηn, f\left(\xi _{n}\right) = f(a)+f^{\prime }(a)\left(\xi _{n}-a\right)+\left(\xi _{n}-a\right) \eta _{n},

где ηn→P0\eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0.

?
Задача 5.11

Доказать, что если последовательность случайных величин ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots почти наверное сходится, то функция ξ(ω)\xi (\omega ), равная lim⁡n→∞ξn\lim_{n \rightarrow \infty } \xi_{n}, если этот предел существует, и нулю в противном случае, является случайной величиной.

?
Задача 5.12

Пусть ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi п. н. и ηn→η\eta_{n} \rightarrow \eta п. н. Доказать, что:

?
(а)

aξn+bηn→aξ+bηa \xi_{n}+b \eta_{n} \rightarrow a \xi +b \eta п. н. (a,ba, b — постоянные),

(б)

∣ξn∣→∣ξ∣\left|\xi_{n}\right| \rightarrow \left|\xi \right| п. н.,

(в)

ξnηn→ξη\xi_{n} \eta_{n} \rightarrow \xi \eta п. н.

Задача 5.13

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

P(⋃m=n∞{∣ξm−ξ∣⩾ε})→0 \mathbb {P}\left(\bigcup _{m = n}^{\infty }\left\{ \left|\xi _{m}-\xi \right| \geqslant \varepsilon \right\} \right) \rightarrow 0

при n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 5.14

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 бесконечное число раз )=0. \mathbb {P}\left(\left|\xi _{n}-\xi \right| \geqslant \varepsilon \text{ бесконечное число раз }\right) = 0.
?
Задача 5.15

Доказать, что для того, чтобы последовательность случайных величин с вероятностью 1 сходилась к некоторой случайной величине, необходимо и достаточно, чтобы она была с вероятностью 1 фупдаментальной.

?
Задача 5.16

Доказать, что для того, чтобы ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi п. н., необходимо и достаточно, чтобы для любого ε>0\varepsilon > 0

P(sup⁡k⩾n∣ξk−ξ∣⩾ε)→0 \mathbb {P}\left(\sup _{k \geqslant n}\left|\xi _{k}-\xi \right| \geqslant \varepsilon \right) \rightarrow 0

при n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 5.17

Доказать, что для того, чтобы последовательность случайных величин ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots была с вероятностью 1 фундаментальной, необходимо и достаточно, чтобы для любого ε>0\varepsilon > 0

P(sup⁡k⩾0∣ξn+k−ξn∣⩾ε)→0 \mathbb {P}\left(\sup _{k \geqslant 0}\left|\xi _{n+k}-\xi _{n}\right| \geqslant \varepsilon \right) \rightarrow 0

при n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 5.18

Пусть ε>0,ξ,ξ1,ξ2,…\varepsilon > 0, \xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Доказать, что если

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

то ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi п. н.

?
Задача 5.19

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Доказать, что если для некоторой суммируемой последовательности положительных чисел ε1,ε2,…\varepsilon_{1}, \varepsilon_{2}, \ldots

∑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 ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots с вероятностью 1 сходится κ\kappa некоторой почти наверное конечной случайной величине.

?
Задача 5.20

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Предположим, что существует случайная величина ξ\xi и подпоследовательность целых положительных чисел n1,n2,…n_{1}, n_{2}, \ldots, такие, что ξnk→ξ\xi_{n_{k}} \rightarrow \xi п. н. и

max⁡nk−1<l⩽nk∣ξl−ξnk−1∣→0 \max _{n_{k-1} < l \leqslant n_{k}}\left|\xi _{l}-\xi _{n_{k-1}}\right| \rightarrow 0

при k→∞k \rightarrow \infty. Доказать, что тогда ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi п. н.

?
Задача 5.21

Доказать, что если ξmn→ξm\xi_{m n} \rightarrow \xi_{m} п. н. при n→∞n \rightarrow \infty и ξm→ξ\xi_{m} \rightarrow \xi п. н. при m→∞m \rightarrow \infty, то существуют две подпоследовательности {mk}\left\{ m_{k}\right\} и {nk}\left\{ n_{k}\right\}, такие, что ξmknk→ξ\xi_{m_{k} n_{k}} \rightarrow \xi п. н. при k→∞k \rightarrow \infty.

?
Задача 5.22

Доказать, что из сходимости с вероятностью 1 следует сходимость по вероятности.

?
Задача 5.23

Показать, что из сходимости по вероятности не следует сходимость с вероятностью 1.

?
Задача 5.24

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Доказать, что:

?
(а)

если ξn→Pa≠0\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} a \neq 0, то 1ξn→P1a\frac{1}{\xi_{n}} \xrightarrow {\mathbb {P}} \frac{1}{a},

(б)

если ξn→a≠0\xi_{n} \rightarrow a \neq 0, то 1ξn→1a\frac{1}{\xi_{n}} \rightarrow \frac{1}{a} п. н.

Задача 5.25

Доказать, что для того, чтобы для некоторого вероятностного пространства понятия сходимости с вероятностью 1 и сходимости по вероятности совпадали, необходимо и достаточно, чтобы это пространство было атомическим.

?
Задача 5.26

Пусть F\mathscr {F} — пространство классов случайных величин, совпадающих с вероятностью 1. Для любых двух классов Ξ,H∈F\Xi , H \in \mathscr {F} положим

d(Ξ,H)=E[∣ξ−η∣1+∣ξ−η∣] d(\Xi , \mathrm{H}) = \mathbb {E}\left[\frac{\left|\xi -\eta \right|}{1+\left|\xi -\eta \right|}\right]

где ξ\xi и η\eta — случайные величины из Ξ\Xi и Н соответственно. Доказать, что dd — метрика на F\mathscr {F} и что сходимость по вероятности эквивалентна сходимости в метрике dd.

?
Задача 5.27

Доказать, что для сходимости последовательности случайных величин в среднем порядка p⩾1p \geqslant 1, необходимо и достаточно, чтобы эта последовательность была фундаментальной в среднем порядка pp.

?
Задача 5.28

Доказать, что из сходимости в среднем какого-либо положительного порядка следует сходимость по вероятности.

?
Задача 5.29

Привести пример, показывающий, что из сходимости по вероятности не следует сходимость в среднем порядка p>0p > 0.

?
Задача 5.30

Привести пример, показывающий, что из сходимости в среднем любого положительного порядка не следует сходимость с вероятностью 1.

?
Задача 5.31

Привести пример последовательности случайных величин, сходящейся с вероятностью 1 и такой, что никакая ее подпоследовательность не сходится в среднем порядка p>0p > 0.

?
Задача 5.32

Доказать, что если ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi п. н. и для некоторого p>0p > 0, E[∣ξn−η∣p]→0\mathbb {E}\left[\left|\xi_{n}-\eta \right|^{p}\right] \rightarrow 0, то P(ξ=η)=1\mathbb {P}\left(\xi = \eta \right) = 1.

?
Задача 5.33

Пусть P1,P2,…\mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots — последовательность вероятностных распределений, причем Pn\mathbf{P}_{n} сосредоточено в точке xn(n=1,2,…)x_{n}(n = 1,2, \ldots ). Доказать, что слабая сходимость Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P} означает, что существует предел lim⁡n→∞xn=x\lim_{n \rightarrow \infty } x_{n} = x и распределение P\mathbb {P} сосредоточено в точке xx. Доказать обратное.

?
Задача 5.34

Пусть P,P1,P2,…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots — последовательность целочисленных распределений. Доказать, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P} тогда и только тогда, когда Pn(k)→P(k)\mathbb {P}_{n}\left(k\right) \rightarrow \mathbb {P}\left(k\right) для каждого целого kk.

?
Задача 5.35

Пусть P\mathbb {P} — мера Лебега на единичном интервале, а Pn\mathbf{P}_{n} приписывает массы 1n\frac{1}{n} некоторым точкам, выбранным по одной в интервалах (i−1n,in),i=1,…,n\left(\frac{i-1}{n}, \frac{i}{n}\right), i = 1, \ldots , n. Доказать, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}.

?
Задача 5.36

Пусть F(x),F1(x),F2(x),…F(x), F_{1}(x), F_{2}(x), \ldots — последовательность функций распределения. Доказать, что если Fn(x)→F(x)F_{n}(x) \rightarrow F(x) для всех xx из некоторого всюду плотного множества на прямой, то Fn→WFF_{n} \xrightarrow {W} F.

?
Задача 5.37

Привести пример последовательности вероятностных распределений P,P1,P2,…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots и ограниченной функции f(x)f(x), таких, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}, но не выполняется соотношение

∫−∞∞f(x)dPn→∫−∞∞f(x)dP \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbf{P}_{n} \rightarrow \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbb {P}
?
Задача 5.38

Привести пример последовательности вероятностных распределений P,P1,P2,…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots и непрерывной функции f(x)f(x), таких, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}, но не выполняется соотношение

∫−∞∞f(x)dPn→∫−∞∞f(x)dP \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbf{P}_{n} \rightarrow \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbb {P}
?
Задача 5.39

Доказать, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P} тогда и только тогда, когда каждая подпоследовательность {Pn′}\left\{ \mathbf{P}_{n^{\prime }}\right\} последовательности {Pn}\left\{ \mathbf{P}_{n}\right\} содержит подпоследовательность {Pn′′}\left\{ \mathbf{P}_{n^{\prime \prime }}\right\}, такую, что Pn′′→WP\mathbf{P}_{n^{\prime \prime }} \xrightarrow {W} \mathbb {P}.

?
Задача 5.40

Доказать, что если Fn→WFF_{n} \xrightarrow {W} F и если F(x)F(x) непрерывна в каждой точке замкнутого множества AA, то

sup⁡x⊆A∣Fn(x)−F(x)∣→0. \sup _{x \subseteq A}\left|F_{n}(x)-F(x)\right| \rightarrow 0.
?
Задача 5.41

Доказать, что Fn→WFF_{n} \xrightarrow {W} F тогда и только тогда, когда

lim sup⁡n→∞Fn(x)⩽F(x) \limsup _{n \rightarrow \infty } F_{n}(x) \leqslant F(x)

II

lim sup⁡n→∞Fn(x−0)⩾F(x−0). \limsup _{n \rightarrow \infty } F_{n}(x-0) \geqslant F(x-0) .
?
Задача 5.42

Пусть P,P1,P2,…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots — последовательность вероятностных распределений. Доказать, что следующие три условия эквивалентны:

  1. Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P},

  2. для любого замкнутого множества BB

    lim sup⁡n→∞Pn(B)⩽P(B), \limsup _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}_{n}\left(B\right) \leqslant \mathbb {P}\left(B\right),
  3. для любого открытого множества GG

    lim inf⁡n→∞Pn(G)⩾P(G). \liminf _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}_{n}\left(G\right) \geqslant \mathbb {P}\left(G\right) .
?
Задача 5.43

Доказать, что для того, чтобы Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}, необходимо и достаточно, чтобы для любого P\mathbb {P}-непрерывного множества AA выполнялось соотношение

lim⁡n→∞Pn(A)=P(A) \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {P}_{n}\left(A\right) = \mathbb {P}\left(A\right)

(P\mathbb {P}-непрерывным называется борелевское множество, граница которого удовлетворяет условию P(∂A)=0\mathbb {P}\left(\partial A\right) = 0, т. е. имеет вероятность 0).

?
Задача 5.44

Пусть P,P1,P2…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2} \ldots — последовательность вероятностных распределений и пусть для любой ограниченной равномерно непрерывной функции f(x)f(x)

lim⁡n→∞∫−∞∞f(x)dPn=∫−∞∞f(x)dP. \lim _{n \rightarrow \infty } \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbf{P}_{n} = \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbb {P} .

Доказать, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}.

?
Задача 5.45

Пусть P,P1,P2,…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots — последовательность вероятностных распределений и пусть для любой ограниченной функции f(x)f(x), обладающей непрерывными производными любого порядка,

lim⁡n→∞∫−∞∞f(x)dPn=∫−∞∞f(x)dP. \lim _{n \rightarrow \infty } \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbf{P}_{n} = \int _{-\infty }^{\infty } f(x) d \mathbb {P} .

Доказать, что Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}.

?
Задача 5.46

Пусть ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Доказать, что ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi тогда и только тогда, когда

E[F(ξn)]→E[F(ξ)] \mathbb {E}\left[F\left(\xi _{n}\right)\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[F(\xi )\right]

для каждой непрерывной функции распределения F(x)F(x).

?
Задача 5.47

Пусть случайная величина η\eta не зависит от случайных величин ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots и имеет функцию распределения F(x)F(x). Доказать, что

E[F(ξn)]→E[F(ξ)] \mathbb {E}\left[F\left(\xi _{n}\right)\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[F(\xi )\right]

тогда и только тогда, когда

P(η⩽ξn)→P(η⩽ξ). \mathbb {P}\left(\eta \leqslant \xi _{n}\right) \rightarrow \mathbb {P}\left(\eta \leqslant \xi \right) .
?
Задача 5.48

Пусть последовательность функций распределения F1(x)F_{1}(x), F2(x)F_{2}(x),... слабо сходится к некоторой функции распределения, имеющей по крайней мере две точки роста. Доказать, что последовательность {Fn(anx+bn)}\left\{ F_{n}\left(a_{n} x+b_{n}\right)\right\} слабо сходится к распределению, сосредоточенному в нуле тогда и только тогда, когда an→∞a_{n} \rightarrow \infty и bn=o(an)b_{n} = o\left(a_{n}\right), n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 5.49

Пусть F(x),F1(x),F2(x),…F(x), F_{1}(x), F_{2}(x), \ldots — последовательность функций распределения, такая, что при некоторых an,bn>0a_{n}, b_{n} > 0

Fn(bnx+an)→WF(x). F_{n}\left(b_{n} x+a_{n}\right) \xrightarrow {W} F(x) .

Доказать, что если последовательности вещественных чисел α1\alpha_{1}, α2,…\alpha_{2}, \ldots и β1,β2,…\beta_{1}, \beta_{2}, \ldots таковы, что

lim⁡n→∞βnbn=1,lim⁡n→∞αn−anbn=0 \lim _{n \rightarrow \infty } \frac{\beta _{n}}{b_{n}} = 1, \quad \lim _{n \rightarrow \infty } \frac{\alpha _{n}-a_{n}}{b_{n}} = 0

то имеет место сходимость

Fn(βnx+αn)→WF(x). F_{n}\left(\beta _{n} x+\alpha _{n}\right) \xrightarrow {W} F(x) .
?
Задача 5.50

Пусть P,P1,P2,…\mathbb {P}, \mathbf{P}_{1}, \mathbf{P}_{2}, \ldots — последовательность абсолютно непрерывных вероятностных распределений, p(x),p1(x),p2(x),…p(x), p_{1}(x), p_{2}(x), \ldots — соответствующие плотности. Доказать, что если pn(x)→p(x),n→∞p_{n}(x) \rightarrow p(x), n \rightarrow \infty, равномерно на любом конечном отрезке, то Pn→WP\mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P}. Верно ли обратное?

?
Задача 5.51

Пусть Rn→WR,Pn→WP\mathbf{R}_{n} \xrightarrow {W} \mathbf{R}, \mathbf{P}_{n} \xrightarrow {W} \mathbb {P} и Rn=Pn∗Qn\mathbf{R}_{n} = \mathbf{P}_{n} * \mathbf{Q}_{n}. Доказать, что существует распределение Q\mathbf{Q}, такое, что R=P∗Q\mathbf{R} = \mathbb {P} * \mathbf{Q}.

?
Задача 5.52

Являются ли относительно компактными следующие семейства вероятностных распределений:

?
(а)

множество всех равномерных распределений на отрезках, симметричных относительно нуля;

(б)

множество всех нормальных распределений;

(в)

множество всех равномерных распределений на отрезках, содержащихся в отрезке [0,1][0,1];

(г)

множество всех нормальных распределений с фиксированным математическим ожиданием. и равномерно ограниченными. дисперсиями?

Задача 5.53

Указать, какие из семейств вероятностных распределений, приведепных в предыдущей задаче, являются плотными

?
Задача 5.54

(теорема Ю. В. Прохорова)Доказать, что семейство распределений на прямой является относительно компактным тогда и тольне тогда, когда оно является плотным.

?
Задача 5.55

Доказать, что множество всех распределений, математическое ожидание которых равно aa, а дисперсия σ2\sigma^{2}, является относительно компактным.

?
Задача 5.56

Доказать, что семейство нормальных распределений является плотным тогда и только тогда, когда равномерно ограничены математические ожидания и дисперсии элементов этого семейства.

?
Задача 5.57

Доказать, что счетное семейство вероятностных мер плотно тогда и только тогда, когда соответствующие функции распределения удовлетворяют соотношениям

lim⁡x→∞Fn(x)=1 и lim⁡x→−∞Fn(x)=0 \lim _{x \rightarrow \infty } F_{n}(x) = 1 \text{ и } \lim _{x \rightarrow -\infty } F_{n}(x) = 0

равномерно по nn.

?
Задача 5.58

Доказать, что слабая сходимость распределений эквивалентна сходимости в метрике Леви (определение см. во введении к гл. 3)

Fn→WF⇔L(Fn,F)→0. F_{n} \xrightarrow {W} F \Leftrightarrow L\left(F_{n}, F\right) \rightarrow 0.
?
Задача 5.59

Пусть совместное распределение ξn\xi_{n} и ηn\eta_{n} слабо сходится к совмеетному распределению ξ\xi и η\eta. Доказать, что распределение ξn+ηn\xi_{n}+\eta_{n} слабо сходится к распределению ξ+η\xi +\eta.

?
Задача 5.60

Доказать, что из сходимости по вероятности следует сходимость по распределению.

?
Задача 5.61

Привести пример, показывающий, что из сходимости по распределению не следует сходимость по вероятности.

?
Задача 5.62

Пусть ξn→Da\xi_{n} \xrightarrow {D} a, где aa — постоянная. Доказать, что ξn→Pa\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} a.

?
Задача 5.63

Пусть ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi. Верно лп, что ξn−ξ→D0\xi_{n}-\xi \xrightarrow {D} 0 ?

?
Задача 5.64

Доказать, что если ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi и ηn→P0\eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0, то:

?
(а)

ξn+ηn→Dξ\xi_{n}+\eta_{n} \xrightarrow {D} \xi и

(б)

ξnηn→P0\xi_{n} \eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0.

Задача 5.65

Доказать, что если ξn→Dξ,∣ξn−ηn∣⩽ζn∣ξn∣\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi ,\left|\xi_{n}-\eta_{n}\right| \leqslant \zeta_{n}\left|\xi_{n}\right| и ζn→P0\zeta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0, то ηn→Dξ\eta_{n} \xrightarrow {D} \xi.

?
Задача 5.66

Доказать, что если ξn→Dξ,∣ξn−ηn∣⩽ζn∣ηn∣\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi ,\left|\xi_{n}-\eta_{n}\right| \leqslant \zeta_{n}\left|\eta_{n}\right| и ζn→P0\zeta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0, то ηn→Dξ\eta_{n} \xrightarrow {D} \xi.

?
Задача 5.67

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — такая последовательность случайных величин, что

P(lim⁡n→∞ξn=∞)=pP(lim⁡n→∞ξn=−∞)=q,P(lim⁡n→∞ξn=0)=rp+r+q=1 \begin{gathered} \mathbb {P}\left(\lim _{n \rightarrow \infty } \xi _{n} = \infty \right) = p \quad \mathbb {P}\left(\lim _{n \rightarrow \infty } \xi _{n} = -\infty \right) = q, \quad \mathbb {P}\left(\lim _{n \rightarrow \infty } \xi _{n} = 0\right) = r \\ p+r+q = 1 \end{gathered}

Что можно сказать о последовательности функций распределения

Fn(x)=P(ξn⩽x)? F_{n}(x) = \mathbb {P}\left(\xi _{n} \leqslant x\right) ?
?
Задача 5.68

Пусть функция f(x)f(x) имеет производную в точке x=0x = 0. Доказать, что если ξnηn→Dη\xi_{n} \eta_{n} \xrightarrow {D} \eta и ηn→P0\eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0, то

ξn(f(ηn)−f(0))→Df′(0)η. \xi _{n}\left(f\left(\eta _{n}\right)-f(0)\right) \xrightarrow {D} f^{\prime }(0) \eta .
?
Задача 5.69

Пусть функции f(x),f1(x),f2(x),…f(x), f_{1}(x), f_{2}(x), \ldots имеют непрерывные производные, причем fn′(x)→f′(x)f_{n}^{\prime }(x) \rightarrow f^{\prime }(x) равномерно по xx. Доказать, что если ξnηn→Dη\xi_{n} \eta_{n} \xrightarrow {D} \eta и ηn→P0\eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} 0, то

ξn(fn(ηn)−fn(0))→Df′(0)η. \xi _{n}\left(f_{n}\left(\eta _{n}\right)-f_{n}(0)\right) \xrightarrow {D} f^{\prime }(0) \eta .
?
Задача 5.70

Пусть ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, определенных на вероятностном пространстве (Ω,A,P\Omega , \mathscr {A}, \mathbb {P}), причем при каждом ω∈Ωξn(ω)→ξ(ω)\omega \in \Omega \xi_{n}(\omega ) \rightarrow \xi (\omega ) при n→∞n \rightarrow \infty. Примером покажите, что E[ξn]\mathbb {E}\left[\xi_{n}\right] не обязано сходиться к E[ξ]\mathbb {E}\left[\xi \right] даже в том случае, когда все эти математические ожидания существуют.

?
Задача 5.71

Привести пример, показывающий, что из сходимости по вероятности не вытекает сходимость математических ожиданий.

?
Задача 5.72

Пусть ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi. Привести пример, когда E[ξn]\mathbb {E}\left[\xi_{n}\right] существуют, а E[ξ]\mathbb {E}\left[\xi \right] — нет, и наоборот.

?
Задача 5.73

Пусть последовательность случайных величин ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots сходится в среднем квадратическом к случайной величине ξ\xi, причем E[∣ξn∣]<∞,n=1,2,…\mathbb {E}\left[\left|\xi_{n}\right|\right] < \infty , n = 1,2, \ldots Доказать, что E[∣ξ∣]<∞\mathbb {E}\left[\left|\xi \right|\right] < \infty и

lim⁡n→∞E[ξn]=E[ξ] \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\xi _{n}\right] = \mathbb {E}\left[\xi \right]
?
Задача 5.74

Пусть последовательность функций распределения F1(x)F_{1}(x), F2(x),…F_{2}(x), \ldots слабо сходится к функции распределения F(x)F(x). Обозначим σn2\sigma_{n}^{2} и σ2\sigma^{2} дисперсии распределений FnF_{n} и FF соответственно (n=1,2,…n = 1,2, \ldots). Доказать, что

lim inf⁡n→∞σn2⩾σ2 \liminf _{n \rightarrow \infty } \sigma _{n}^{2} \geqslant \sigma ^{2}
?
Задача 5.75

Пусть F(x),F1(x),F2(x),…F(x), F_{1}(x), F_{2}(x), \ldots — последовательность функций распределения с математическими ожиданиями a,a1,a2,…a, a_{1}, a_{2}, \ldots и дисперсиями σ2,σ12,σ22,…\sigma^{2}, \sigma_{1}^{2}, \sigma_{2}^{2}, \ldots соответственно. Доказать, что если Fn→WFF_{n} \xrightarrow {W} F и σn2→σ2\sigma_{n}^{2} \rightarrow \sigma^{2}, то an→aa_{n} \rightarrow a.

?
Задача 5.76

Пусть последовательность функций распределения F1(x)F_{1}(x), F2(x),…F_{2}(x), \ldots с дисперсиями σ12,σ22,…\sigma_{1}^{2}, \sigma_{2}^{2}, \ldots слабо сходится к функции распределения F(x)F(x) с дисперсией σ2\sigma^{2}, причем последовательность σ12,σ22,…\sigma_{1}^{2}, \sigma_{2}^{2}, \ldots сходится к некоторому конечному пределу bb. Обязано ли выполняться равенство b=σ2b = \sigma^{2} ?

?
Задача 5.77

Пусть ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi. Доказать, что

E[∣ξ∣]⩽lim inf⁡n→∞E[∣ξn∣]. \mathbb {E}\left[\left|\xi \right|\right] \leqslant \liminf _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|\right] .
?
Задача 5.78

Последовательность случайных величин ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots равномерно интегрируема. Доказать, что

sup⁡nE[∣ξn∣]<∞. \sup _{n} \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|\right] < \infty .
?
Задача 5.79

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Доказать, что если при некотором ε>0\varepsilon > 0

sup⁡nE[∣ξn∣1+ε]<∞, \sup _{n} \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|^{1+\varepsilon }\right] < \infty ,

то последовательность ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots равномерно интегрируема.

?
Задача 5.80

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин и пусть существует случайная величина η\eta, такая, что

E[∣η∣]<∞, \mathbb {E}\left[\left|\eta \right|\right] < \infty ,

и для любого a>0a > 0 и всех nn

P(∣ξn∣⩾a)⩽P(∣η∣⩾a). \mathbb {P}\left(\left|\xi _{n}\right| \geqslant a\right) \leqslant \mathbb {P}\left(\left|\eta \right| \geqslant a\right) .

Доказать, что последовательность ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots равномерно интегрируема.

?
Задача 5.81

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — равномерно интегрируемая последовательность случайных величин и пусть ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi. Доказать, что E[ξn]→→\mathbb {E}\left[\xi_{n}\right] \rightarrow \rightarrow Eg.

?
Задача 5.82

Пусть ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность неотрицательных случайных величин с конечными математическими ожиданиями. Доказать, что если ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi и E[ξn]→E[ξ]\mathbb {E}\left[\xi_{n}\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[\xi \right], то последовательность ξ1\xi_{1}, ξ2\xi_{2},... равномерно интегрируема.

?
Задача 5.83

Доказать, что последовательность случайных величин ξ1\xi_{1}, ξ2,…\xi_{2}, \ldots равномерно интегрируема тогда и только тогда, когда

sup⁡nE[∣ξn∣]<∞ \sup _{n} \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|\right] < \infty

и для любого ε>0\varepsilon > 0 существует δ\delta, такое, что при всех nn из неравенства P(E)⩽δ\mathbb {P}\left(E\right) \leqslant \delta следует

∫E∣ξn∣dP⩽ε \int _{E}\left|\xi _{n}\right| d \mathbb {P} \leqslant \varepsilon
?
Задача 5.84

Пусть ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин и

E[∣ξn∣]→E[∣ξ∣] \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[\left|\xi \right|\right]

при n→∞n \rightarrow \infty. Обязана ли иметь место сходимость

E[∣ξn+a∣]→E[∣ξ+a∣]?(113) \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}+a\right|\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[\left|\xi +a\right|\right] ? \tag {113}

8 А. в. Прохоров и др.

?
Задача 5.85

Изменится ли ответ в предыдущей задаче, если дополнительно известно, что ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi?

?
Задача 5.86

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, f(x)f(x) — положительная измеримая функция, удовлетворяющая условию

lim⁡x→∞f(x)x=∞ \lim _{x \rightarrow \infty } \frac{f(x)}{x} = \infty

Доказать, что если

sup⁡nE[f(∣ξn∣)]<∞ \sup _{n} \mathbb {E}\left[f\left(\left|\xi _{n}\right|\right)\right] < \infty

то последовательность ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots равномерно интегрируема.

?
Задача 5.87

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин. Доказать, что если последовательность ∣ξ1∣r,∣ξ2∣r,…(r>0)\left|\xi_{1}\right|^{r},\left|\xi_{2}\right|^{r}, \ldots (r > 0) равномерно интегрируема, то для любого 0<r′<r0 < r^{\prime } < r равномерно интегрируема последовательность ∣ξ1∣r′,∣ξ2∣r′,…\left|\xi_{1}\right|^{r^{\prime }},\left|\xi_{2}\right|^{r^{\prime }}, \ldots

?
Задача 5.88

Пусть ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi и для некоторого r>0r > 0

sup⁡nE[∣ξn∣r]<∞. \sup _{n} \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|^{r}\right] < \infty .

Доказать, что

lim⁡n→∞E[∣ξn∣r′]=E[∣ξ∣r′] \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|^{r^{\prime }}\right] = \mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^{r^{\prime }}\right]

для любого положительного r′<rr^{\prime } < r.

?
Задача 5.89

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, причем ξn\xi_{n} принимает значения nαn^{\alpha } и 0 с вероятностями 1/n1 / n и 1−1/n1-1 / n соответственно (n=1,2,…n = 1,2, \ldots). Исследовать сходимость последовательностей {ξn}\left\{ \xi_{n}\right\} (по вероятности) и {E∣ξn∣r}\left\{ E\left|\xi_{n}\right|^{r}\right\} в зависимости от выбора а и г.

?
Задача 5.90

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность неотрицательных случайных величин, таких, что ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi и E[ξn]→E[ξ]<∞\mathbb {E}\left[\xi_{n}\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[\xi \right] < \infty. Доказать, что E∣ξn−ξ∣→0E\left|\xi_{n}-\xi \right| \rightarrow 0.

?
Задача 5.91

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots и η1,η2,…\eta_{1}, \eta_{2}, \ldots — две последовательности случайных величин, такие, что P(ξn⩾ηn⩾0)=1,ξn→Pξ,ηn→Pη\mathbb {P}\left(\xi_{n} \geqslant \eta_{n} \geqslant 0\right) = 1, \quad \xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi_{,} \eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \eta и E[ξn]→E[ξ]\mathbb {E}\left[\xi_{n}\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[\xi \right]. Доказать, что E[∣ηn−η∣]→0\mathbb {E}\left[\left|\eta_{n}-\eta \right|\right] \rightarrow 0.

?
Задача 5.92

Пусть ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi в среднем порядка r>0r > 0 :

E[∣ξn−ξ∣r]→0 \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}-\xi \right|^{r}\right] \rightarrow 0

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

E[∣ξn∣r]→E[∣ξ∣r]. \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|^{r}\right] \rightarrow \mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^{r}\right] .
?
Задача 5.93

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, такая, что для некоторого p>0p > 0

∑n=1∞E[∣ξn∣p]<∞. \sum _{n = 1}^{\infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|^{p}\right] < \infty .

Доказать, что ξn→0\xi_{n} \rightarrow 0 п. н.

?
Задача 5.94

Пусть ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi и

lim sup⁡n→∞E[∣ξn∣]⩽E[∣ξ∣]. \limsup _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|\right] \leqslant \mathbb {E}\left[\left|\xi \right|\right] .

Доказать, что последовательность ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — равномерно интегрируема и

lim⁡n→∞E[∣ξn−ξ∣]=0. \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}-\xi \right|\right] = 0.
?
Задача 5.95

Пусть ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi и

lim sup⁡n→∞E[∣ξn∣2]⩽E[∣ξ∣2]. \limsup _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}\right|^{2}\right] \leqslant \mathbb {E}\left[\left|\xi \right|^{2}\right] .

Доказать, что

lim⁡n→∞E[∣ξn−ξ∣2]=0. \lim _{n \rightarrow \infty } \mathbb {E}\left[\left|\xi _{n}-\xi \right|^{2}\right] = 0.
?
Задача 5.96

Доказать, что если последовательность ∣ξ1∣0,∣ξ2∣0,…\left|\xi_{1}\right|^{0},\left|\xi_{2}\right|^{0}, \ldots равномерно интегрируема при некотором δ>0\delta > 0, то последовательность распределений случайных величин ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots плотна.

?
Задача 5.97

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots и η1,η2,…\eta_{1}, \eta_{2}, \ldots — две последовательности положительных случайных величин. Могут ли существовать положительные числа α\alpha и β\beta, такие, что

(ξnηn)α→P0 и (ξnηn)β→P∞(n→∞)? \left(\frac{\xi _{n}}{\eta _{n}}\right)^{\alpha } \xrightarrow {\mathbb {P}} 0 \quad \text{ и } \quad \left(\frac{\xi _{n}}{\eta _{n}}\right)^{\beta } \xrightarrow {\mathbb {P}} \infty \quad (n \rightarrow \infty ) ?
?
Задача 5.98

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность неотрицательных случайных величин с функциями распределения F1(x),F2(x),…F_{1}(x), F_{2}(x), \ldots и с конечными математическими ожиданиями. Будем говорить, что эта последовательность сходится к нулю по Хинчину, если для любого x>0x > 0

1E[ξn]∫x∞tdFn(t)→0 \frac{1}{\mathbb {E}\left[\xi _{n}\right]} \int _{x}^{\infty } t d F_{n}(t) \rightarrow 0

при n→∞n \rightarrow \infty (будем обозначать ξn→X0\xi_{n} \xrightarrow {X} 0). Доказать, что если ξn→X0\xi_{n} \xrightarrow {X} 0, то ξn→ P 0(n→∞)\xi_{n} \xrightarrow {\text{ P }} 0 \quad (n \rightarrow \infty ).

?
Задача 5.99

Следует ли из сходимости по вероятности сходимость по Хинчину (определение сходимости по Хинчину см. в предыдущей задаче)?

?
Задача 5.100

Пусть ξn→x0\xi_{n} \xrightarrow {x} 0 и ηn→X0\eta_{n} \xrightarrow {X} 0. Доказать, что ξn+ηn→X0\xi_{n}+\eta_{n} \xrightarrow {X} 0.

?
Задача 5.101

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых случайных величин и пусть ξn→pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathrm{p}} \xi. Доказать, что ξ\xi имеет вырожденное распределение.

?
Задача 5.102

Доказать, что если ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность независимых одинаково распределенных невырожденных случайных величин, то P(ξn сходится )=0\mathbb {P}\left(\xi_{n} \text{ сходится }\right) = 0.

?
Задача 5.103

Пусть ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi, где ξ\xi имеет невырожденное распределение. Возможно ли из последовательности ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots выделить подпоследовательность ξn1,ξn2,…\xi_{n 1}, \xi_{n 2}, \ldots, такую, что все ξnk\xi_{n k} не зависят от ξ\xi ?

?
Задача 5.104

Пусть ξn→ξ\xi_{n} \rightarrow \xi и при каждом nn распределение ξn\xi_{n} содержит в качестве компоненты стандартное нормальное распределение. Доказать, что распределение ξ\xi также содержит в качестве компоненты стандартное нормальное распределение.

?
Задача 5.105

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots и η1,η2,…\eta_{1}, \eta_{2}, \ldots — 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| \geqslant \varepsilon \right) < \infty .

Доказать, что если ηn→a\eta_{n} \rightarrow a п. н., то ξn→a\xi_{n} \rightarrow a п. н.

?
Задача 5.106

Пусть ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных величин, v1,v2,…v_{1}, v_{2}, \ldots — последовательность положительных целочисленных случайных величин, таких, что vnv_{n} не зависит от ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots при любом nn. 1. Доказать, что если vn→P∞v_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \infty и ξn→Pξ\xi_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi, то ξvn→Pξ\xi_{v_{n}} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi. 2. Доказать, что если vn→P∞v_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} \infty и ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi, то ξvn→Dξ\xi_{v_{n}} \xrightarrow {D} \xi.

?
Задача 5.107

Пусть для любого n=1,2,…n = 1,2, \ldots случайные векторы (ξ1,……,ξn)\xi_{1}, \ldots \left.\ldots , \xi_{n}\right) и (η1,…,ηn\eta_{1}, \ldots , \eta_{n}) одинаково распределены. Доказать, что если последовательность ξ1,ξ2,…\xi_{1}, \xi_{2}, \ldots сходится по вероятности, то последовательность η1,η2,…\eta_{1}, \eta_{2}, \ldots также сходится по вероятности, причем предельные случайные величины одинаково распределены.

?
Задача 5.108

Пусть g(x1,…,xk)g\left(x_{1}, \ldots , x_{k}\right) — непрерывная-вещественная функция kk аргументов. Доказать, что если ξnm→Pξm\xi_{n m} \xrightarrow {\mathbb {P}} \xi_{m} при n→∞,m=1,2,……,kn \rightarrow \infty , m = 1,2, \ldots \ldots , k, то

g(ξn1,…,ξnk)→Pg(ξ1,…,ξk) g\left(\xi _{n_{1}}, \ldots , \xi _{n_{k}}\right) \xrightarrow {\mathbb {P}} g\left(\xi _{1}, \ldots , \xi _{k}\right)

при n→∞n \rightarrow \infty.

?
Задача 5.109

Пусть ξ,ξ1,ξ2,…\xi , \xi_{1}, \xi_{2}, \ldots — последовательность случайных векторов, принимающих значения в RmR^{m}. Доказать, что ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi тогда и только тогда, когда для любого вектора l∈Rml \in R^{m}, (ξn,l)→D(ξ,l)\left(\xi_{n}, l\right) \xrightarrow {D}\left(\xi , l\right) ((.,)-скалярное произведение).

?
Задача 5.110

Доказать, что если ξn→Dξ\xi_{n} \xrightarrow {D} \xi и ηn→Pa\eta_{n} \xrightarrow {\mathbb {P}} a, то распределение случайного вектора (ξn,ηn\xi_{n}, \eta_{n}) слабо сходится к распределению случайного вектора (ξ,a\xi , a).

?
Задача 5.111

Доказать, что последовательность вероятностных распределений на плоскости плотна тогда и только тогда, когда плотны обе последовательности ее маргинальных распределений.

?
Задача 5.112

Пусть F(x)F(x) — дискретная функция распределения, F1(x)F_{1}(x), F2(x)F_{2}(x), ... — некоторая последовательность ее компонент. Доказать, что существует последовательность вещественных чисел a1,a2,…a_{1}, a_{2}, \ldots, такая, что последовательность F1(x−a1),F2(x−a2),…F_{1}\left(x-a_{1}\right), F_{2}\left(x-a_{2}\right), \ldots сходится в равномерной метрике к некоторой функции распределения G(x)G(x), т. е.

∣Fn(x−an)−G(x)∣→0 при n→∞. \left|F_{n}\left(x-a_{n}\right)-G(x)\right| \rightarrow 0 \text{ при } n \rightarrow \infty .
?