13

Проблема центральной предельной теоремы: нецентрированный случай

[2/100%]
Показать
LaTeX
Задача 13.1

При предположении теоремы 1 сходимость в (13.29) выполняется тогда и только тогда, когда (13.30) выполняется для каждого ε>0\varepsilon > 0. С обозначениями Xˉnj=Xnj−αnj\bar{X}_{n j} = X_{n j}-\alpha_{n j}, где Xˉnj\bar{X}_{n j} имеет ф.р. Fˉnj\bar{F}_{n j}, и Sˉn=∑j=1nXˉnj\bar{S}_{n} = \sum_{j = 1}^{n} \bar{X}_{n j}, покажите, что сходимость в (13.29) следует из условия

∑j=1kn∫(∣x∣≥εsn)x2dFˉnj(x)→n→∞0 для каждого ε>0 \sum _{j = 1}^{k_{n}} \int _{\left(\left|x\right| \geq \varepsilon s_{n}\right)} x^{2} d \bar{F}_{n j}(x) \underset {n \rightarrow \infty }{\rightarrow } 0 \text{ для каждого } \varepsilon > 0
?
Задача 13.2

В теореме 1 этой главы, а также в теореме 1 главы 12, при некоторых базовых предположениях о с.в. Xnj,j=1,…,knX_{n j}, j = 1, \ldots , k_{n}, приведённых в упомянутых теоремах, даётся необходимое и достаточное условие (а именно, gn(ε)⟶n→∞0g_{n}(\varepsilon ) \underset {n \rightarrow \infty }{\longrightarrow } 0 для каждого ε>0\varepsilon > 0), при котором

L(Sn)⇒n→∞N(μ,σ2),μ∈R,σ2∈(0,∞) \mathcal{L}\left(S_{n}\right) \underset {n \rightarrow \infty }{\Rightarrow } N\left(\mu , \sigma ^{2}\right), \quad \mu \in \mathbb {R}, \quad \sigma ^{2} \in (0, \infty )

где Sn=∑j=1knXnjS_{n} = \sum_{j = 1}^{k_{n}} X_{n j}. Таким образом,

P(Sn≤x)=FSn(x)⟶n→∞Φ(x;μ,σ2),x∈R, \mathbb {P}\left(S_{n} \leq x\right) = F_{S_{n}}(x) \underset {n \rightarrow \infty }{\longrightarrow } \Phi \left(x ; \mu , \sigma ^{2}\right), \quad x \in \mathbb {R},

где Φ(x;μ,σ2)\Phi \left(x ; \mu , \sigma^{2}\right) — ф.р. распределения N(μ,σ2)N\left(\mu , \sigma^{2}\right). На самом деле, указанная сходимость равномерна по x∈Rx \in \mathbb {R}. То есть, для каждого ε>0\varepsilon > 0 существует N(ε)>0N(\varepsilon ) > 0, не зависящее от x∈Rx \in \mathbb {R}, такое что n≥N(ε)n \geq N(\varepsilon ) влечёт

∣FSn(x)−Φ(x;μ,σ2)∣<ε для всех x∈R.(*) \left|F_{S_{n}}(x)-\Phi \left(x ; \mu , \sigma ^{2}\right)\right| < \varepsilon \text{ для всех } x \in \mathbb {R} . \tag {*}

Этот результат является следствием следующего факта (известного как лемма Пойа). А именно, если FF и {Fn}\left\{ F_{n}\right\} — ф.р. с.в., такие что Fn(x)⟶n→∞F(x),x∈RF_{n}(x) \underset {n \rightarrow \infty }{\longrightarrow } F(x), x \in \mathbb {R}, и FF непрерывна, то сходимость равномерна по x∈Rx \in \mathbb {R}. Установите этот факт.

?
Примечание.
?

Равномерность, утверждаемая в (∗)\left({ }^{*}\right), — это то, что оправдывает столь простое приближение, как в биномиальном случае. Таким образом, если X1,…,XnX_{1}, \ldots , X_{n} независимы, распределены как B(1,p)B(1, p), и если aa и bb — целые числа с 0≤a<b≤n0 \leq a < b \leq n, то для достаточно больших n,P(a<Sn≤b)≃Φ(b−npnpq)−Φ(a−npnpq)n, \mathbb {P}\left(a < S_{n} \leq b\right) \simeq \Phi \left(\frac{b-n p}{\sqrt{n p q}}\right)-\Phi \left(\frac{a-n p}{\sqrt{n p q}}\right), где Sn=∑j=1nXj,q=1−pS_{n} = \sum_{j = 1}^{n} X_{j}, q = 1-p, и Φ(x)=Φ(x;0,1)\Phi (x) = \Phi (x ; 0,1). Это так, поскольку P(Sn≤b)=P(∑j=1nZj≤b−npnpq)\mathbb {P}\left(S_{n} \leq b\right) = \mathbb {P}\left(\sum_{j = 1}^{n} Z_{j} \leq \frac{b-n p}{\sqrt{n p q}}\right), где Zj=1nXj−ppq,j=1,…,nZ_{j} = \frac{1}{\sqrt{n}} \frac{X_{j}-p}{\sqrt{p q}}, j = 1, \ldots , n, и ∣P(∑j=1nZj≤b−npnpq)−Φ(b−npnpq)∣<ε\left|\mathbb {P}\left(\sum_{j = 1}^{n} Z_{j} \leq \frac{b-n p}{\sqrt{n p q}}\right)-\Phi \left(\frac{b-n p}{\sqrt{n p q}}\right)\right| < \varepsilon при n≥N(ε)n \geq N(\varepsilon ) независимо от b−npnpq\frac{b-n p}{\sqrt{n p q}}; и аналогично для P(Sn≤a)\mathbb {P}\left(S_{n} \leq a\right).