Czy możemy powiedzieć coś o zależności zmiennej losowej i funkcji zmiennej losowej? Na przykład, czy zależy od ?
Czy możemy powiedzieć coś o zależności zmiennej losowej i funkcji zmiennej losowej? Na przykład, czy zależy od ?
Odpowiedzi:
Oto dowód komentarza @ kardynała z niewielkim zdziwieniem. Jeśli i f ( X ) są niezależne, to P ( X ∈ A ∩ f - 1 ( B ) ) = P ( X ∈ A , f ( X ) ∈ B ) BiorącA=f-1(B)daje równanie P(f(X)∈B)=P(f(X)∈B)2, który ma dwa rozwiązania 0 i 1. ZatemP(f(X)
Jednak szczegóły na poziomie teoretycznym miary nie wydają się być głównym przedmiotem zainteresowania PO. Jeśli jest rzeczywisty, a f jest funkcją rzeczywistą (i używamy Borel σ -algebra, powiedzmy), to biorąc B = ( - ∞ , b ] wynika, że funkcja rozkładu dla rozkładu f ( X ) przyjmuje tylko wartości 0 i 1, stąd jest b, przy którym przeskakuje od 0 do 1, a P ( f ( X ) = b ) = 1.
Na koniec dnia odpowiedź na pytanie PO jest taka, że i f ( X ) są ogólnie zależne i niezależne tylko w bardzo szczególnych okolicznościach. Co więcej, miara Diraca δ f ( x ) zawsze kwalifikuje się do rozkładu warunkowego f ( X ), biorąc pod uwagę X = x , co jest formalnym sposobem stwierdzenia, że znając X = x, wtedy wiesz dokładnie, co f ( X )jest. Ta specjalna forma zależności ze zdegenerowanym rozkładem warunkowym jest charakterystyczna dla funkcji zmiennych losowych.
Lemat : Niech będzie zmienną losową i niech f będzie funkcją (mierzalną Borela) tak, że X i f ( X ) są niezależne. Zatem f ( X ) jest stałe prawie na pewno. Oznacza to, że pewne ∈ R takie, że P ( F ( x ) = ) = 1 .
Dowód jest poniżej; ale po pierwsze kilka uwag. Mierzalność Borela jest tylko warunkiem technicznym, aby zapewnić, że możemy przypisać prawdopodobieństwa w rozsądny i spójny sposób. „Prawie na pewno” to także tylko kwestia techniczna.
Istotą lematu jest to, że jeśli chcemy, aby i f ( X ) były niezależne, wówczas naszymi jedynymi kandydatami są funkcje postaci f ( x ) = a .
Porównaj to z przypadkiem funkcji , w których X i f ( X ) są nieskorelowane . To jest znacznie, znacznie słabszy stan. Rzeczywiście, rozważ dowolną zmienną losową X ze średnią zero, skończonym absolutnym trzecim momentem i która jest symetryczna względem zera. Weź f ( x ) = x 2 , jak w przykładzie w pytaniu. Następnie C o v ( X , f ( X ) ) = E X f ( , więc X i f ( X ) = X 2 są nieskorelowane.
Poniżej podaję najprostszy dowód, jaki mogłem wymyślić dla lematu. Zrobiłem to niezwykle gadatliwie , aby wszystkie szczegóły były tak oczywiste, jak to możliwe. Jeśli ktoś widzi sposoby na jego ulepszenie lub uproszczenie, chętnie to wiem.
Idea dowodu : Intuicyjnie, jeśli znamy , to znamy f ( X ) . Musimy więc znaleźć jakieś zdarzenie w σ ( X ) , algebrze sigma generowanej przez X , która wiąże naszą wiedzę o X z wiedzą o f ( X ) . Następnie wykorzystujemy tę informację w połączeniu z założoną niezależnością X i f ( X ), aby pokazać, że nasze dostępne opcje dla f zostały poważnie ograniczone.
Dowód lematu : Przypomnij sobie, że i Y są niezależne wtedy i tylko wtedy, gdy dla wszystkich A ∈ σ ( X ) i B ∈ σ ( Y ) , P ( X ∈ A , Y ∈ B ) = P ( X ∈ A ) P ( Y ∈ B ) . Niech Y = f ( X ) dla pewnej mierzalnej funkcji borela ftakie, że i Y są niezależne. Zdefiniuj A ( y ) = { ω : f ( X ( ω ) ) ≤ y } . Następnie A ( y ) = { ω : X ( ω ) ∈ f - 1 ( ( - ∞ , y ] ) } i od ( - ∞ , y ]
NB: Note that the converse is also true by an even simpler argument. That is, if almost surely, then and are independent.