Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1

Podobne dokumenty
Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1

2. Wykaż, że moment pierwszego skoku w procesie Poissona. S 1 := inf{t : N t > 0} jest zmienną losową o rozkładzie wykładniczym z parametrem λ.

2. Wykaż, że moment pierwszego skoku w procesie Poissona. S 1 := inf{t : N t > 0} jest zmienną losową o rozkładzie wykładniczym z parametrem λ.

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa II Podaj przykład rozkładów prawdopodobieństwa µ n, µ, takich, że µ n µ,

Zadania z Procesów Stochastycznych 1

3. Podać przykład rozkładów prawdopodobieństwa µ n, µ, takich, że µ n µ,

Seria 1. Zbieżność rozkładów

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa II Podać przykład rozkładów prawdopodobieństwa µ n, µ, takich, że µ n µ,

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

Wykład 11: Martyngały: definicja, twierdzenia o zbieżności

Zadania z Koncentracji Miary I

Zadania z RP 2. seria Podać przykład rozkładów prawdopodobieństwa µ n, µ, takich, że µ n

Zadania ze Wstępu do Analizy Stochastycznej 1. = 0 p.n.

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

PROCESY STOCHASTYCZNE. PEWNE KLASY PROCESÓW STOCHASTYCZNYCH Definicja. Procesem stochastycznym nazywamy rodzinę zmiennych losowych X(t) = X(t, ω)

1 Relacje i odwzorowania

Ośrodkowość procesów, proces Wienera. Ośrodkowość procesów, proces Wienera Procesy Stochastyczne, wykład, T. Byczkowski,

PODSTAWOWE ROZKŁADY PRAWDOPODOBIEŃSTWA. Piotr Wiącek

21 maja, Mocna własność Markowa procesu Wienera. Procesy Stochastyczne, wykład 13, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1126

2. P (E) = 1. β B. TSIM W3: Sygnały stochastyczne 1/27

Teoria ze Wstępu do analizy stochastycznej

PEWNE FAKTY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA

Ćwiczenia 7 - Zmienna losowa i jej rozkład. Parametry rozkładu.

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I* - 1

O pewnych klasach funkcji prawie okresowych (niekoniecznie ograniczonych)

Rozdział 1. Wektory losowe. 1.1 Wektor losowy i jego rozkład

F t+ := s>t. F s = F t.

5 Przegląd najważniejszych rozkładów

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

Przykład 1 W przypadku jednokrotnego rzutu kostką przestrzeń zdarzeń elementarnych

Prawdopodobieństwo i statystyka

Analiza Funkcjonalna - Zadania

G. Plebanek, MIARA I CAŁKA Zadania do rozdziału 1 28

}, gdzie a = t (n) )(f(t(n) k. ) f(t(n) k 1 ) 1+δ = 0,

Szkice do zajęć z Przedmiotu Wyrównawczego

Prawa wielkich liczb, centralne twierdzenia graniczne

Metody probabilistyczne

7 Twierdzenie Fubiniego

Wykład 11: Martyngały: Twierdzenie o zbieżności i Hoeffdinga

Lista zadania nr 7 Metody probabilistyczne i statystyka studia I stopnia informatyka (rok 2) Wydziału Ekonomiczno-Informatycznego Filia UwB w Wilnie

Zadania do Rozdziału X

4 Kilka klas procesów

Statystyka i eksploracja danych

8 Całka stochastyczna względem semimartyngałów

zadania z rachunku prawdopodobieństwa zapożyczone z egzaminów aktuarialnych

1 Elementy analizy funkcjonalnej

Informacja o przestrzeniach Sobolewa

ZADANIA PRZYGOTOWAWCZE DO EGZAMINU Z UKŁADÓW DYNAMICZNYCH

Procesy stochastyczne WYKŁAD 2-3. Łańcuchy Markowa. Łańcuchy Markowa to procesy "bez pamięci" w których czas i stany są zbiorami dyskretnymi.

Wstęp do rachunku prawdopodobieństwa. Cz. 2 / William Feller. wyd. 4, dodr. 3. Warszawa, Spis treści

Robert Kowalczyk. Zbiór zadań z teorii miary i całki

Teoria miary. WPPT/Matematyka, rok II. Wykład 5

Jeśli wszystkie wartości, jakie może przyjmować zmienna można wypisać w postaci ciągu {x 1, x 2,...}, to mówimy, że jest to zmienna dyskretna.

28 maja, Problem Dirichleta, proces Wienera. Procesy Stochastyczne, wykład 14, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1126

Wykład 7: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe.

Procesy stochastyczne WYKŁAD 2-3. Łańcuchy Markowa. Łańcuchy Markowa to procesy "bez pamięci" w których czas i stany są zbiorami dyskretnymi.

Wykład 3 Jednowymiarowe zmienne losowe

Ważne rozkłady i twierdzenia

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka

Jednowymiarowa zmienna losowa

Prawdopodobieństwo i statystyka

Wykład 12: Warunkowa wartość oczekiwana. Rozkłady warunkowe. Mieszanina rozkładów.

Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka

Analiza I.2*, lato 2018

Rodzinę spełniającą trzeci warunek tylko dla sumy skończonej nazywamy ciałem (algebrą) w zbiorze X.

Procesy stochastyczne

Modelowanie zależności. Matematyczne podstawy teorii ryzyka i ich zastosowanie R. Łochowski

Procesy stochastyczne

Zmienne losowe i ich rozkłady. Momenty zmiennych losowych. Wrocław, 10 października 2014

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa Dana jest przestrzeń probabilistyczna (Ω, F, P ), gdzie Ω jest zbiorem przeliczalnym

1. Struktury zbiorów 2. Miara 3. Miara zewnętrzna 4. Miara Lebesgue a 5. Funkcje mierzalne 6. Całka Lebesgue a. Analiza Rzeczywista.

Rodzinę F złożoną z podzbiorów zbioru X będziemy nazywali ciałem zbiorów, gdy spełnione są dwa następujące warunki.

jest ciągiem elementów z przestrzeni B(R, R)

Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady

19 marzec, Łańcuchy Markowa z czasem dyskretnym. Procesy Stochastyczne, wykład 6, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1136

1 Ciągłe operatory liniowe

Metody probabilistyczne opracowane notatki 1. Zdefiniuj zmienną losową, rozkład prawdopodobieństwa. Przy jakich założeniach funkcje: F(x) = sin(x),

Prawdopodobieństwo i statystyka

W rachunku prawdopodobieństwa wyróżniamy dwie zasadnicze grupy rozkładów zmiennych losowych:

Wykład 3 Momenty zmiennych losowych.

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 2 i 3 Zmienna losowa

Zmienne losowe. dr Mariusz Grządziel Wykład 12; 20 maja 2014

Teoria miary i całki

Wykład 3 Momenty zmiennych losowych.

Centralne twierdzenie graniczne

Rachunek prawdopodobieństwa 1B; zadania egzaminacyjne.

Wykłady... b i a i. i=1. m(d k ) inf

Geometryczna zbieżność algorytmu Gibbsa

Funkcje charakterystyczne zmiennych losowych, linie regresji 1-go i 2-go rodzaju

Zadania o numerze 4 z zestawów licencjat 2014.

Rachunek Prawdopodobieństwa 3

Zmienne losowe ciągłe i ich rozkłady

Jak rzucać losowe spojrzenia na ruch Browna by w nim wszystko dojrzeć

WYKŁADY Z RACHUNKU PRAWDOPODOBIEŃSTWA I wykład 4 Przekształcenia zmiennej losowej, momenty

Równanie przewodnictwa cieplnego (I)

7. Miara, zbiory mierzalne oraz funkcje mierzalne.

Wstęp do Analizy Stochastycznej

Repetytorium z przedmiotu MIARA I PRAWDOPODOBIEŃSTWO dla kierunku Informatyka 2001/2002. Adam Jakubowski

Repetytorium z przedmiotu Miara i prawdopodobieństwo dla kierunku Informatyka 2003/2004. Adam Jakubowski

Transkrypt:

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 1 1. Oblicz funkcję tworzącą momenty zmiennych o następujących rozkładach: a) symetryczny dwupunktowy; b) dwumianowy z parametrami n, p; c) Poissona z parametrem λ; d) Gaussowski N (a, σ 2 ); e) wykładniczy z parametrem λ; f) jednostajny na [a, b]. 2. Wykaż, że funkcja Λ X = log M X jest wypukła. 3. Wykaż, że X ma skończoną funkcję tworzącą momenty na przedziale ( t 0, t 0 ) wtedy i tylko wtedy gdy dla każdego 0 < λ < t 0 istnieje stała C(λ) taka, że P( X > t) C(λ)e λt dla wszystkich t > 0. 4. Załóżmy, że X ma skończoną funkcję tworzącą momenty na przedziale ( t 0, t 0 ) dla pewnego t 0 > 0. Udowodnij, że a) X ma wszystkie momenty skończone, tzn. E X p < dla p > 0; b) M X (t) = k=0 tk k! EXk ; c) EX k = dk M dx k X (t) t=0 ; d) Jeśli Y zmienna losowa taka, że M Y (t) = M X (t) dla t z pewnego otoczenia 0, to µ Y = µ X ; e) Rozkład X jest wyznaczony przez swoje momenty tzn. jeśli EY k = EX k dla wszystkich k Z +, to µ Y = µ X ; f) Jeśli X n ciąg zmiennych losowych taki, że M Xn (t) M X (t) dla t ( t 0, t 0 ) przy n, to X n zbiega do X według rozkładu. 5. Podaj przykład dwu zmiennych losowych takich, że EX k = EY k dla wszystkich k Z + (zakładamy, że E X k, E Y k < ) oraz µ X µ Y. Niech f : R R { }. Transformatą Fenchela-Legendre a funkcji f nazywamy funkcję Lf : R R { } określoną wzorem Lf(x) := sup{xy f(y): y R}. Ogólniej, gdy f : R d R { }, to definiujemy Lf(x) := sup{ x, y f(y): y R d }. 6. Wykaż, że: a) L(af)(x) = alf(x/a) dla a > 0; b) f(x) + Lf(y) xy dla x, y R; c) Lf jest funkcją wypukłą; d) LLf f; e) LLf = f jeśli f : R R wypukła, a jeśli f przyjmuje wartość, to równość zachodzi poza co najwyżej dwoma punktami; f) LLf to maksymalna funkcja wypukła dominowana przez f. 7. Oblicz Lf dla f = x p, 1 p. 1

8. Załóżmy, że X i są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie, a S n = X 1 +... + X n. Wyraź Λ S n za pomocą Λ X. 9. Oblicz Λ X dla rozkładów z zadania 1. 2

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 2 1. Udowodnij, że dla X N (0, 1) oraz dowolnego A B(R), { } 1 lim n n log P( S x 2 n A) = essinf 2 : x A. 2. Podaj przykład zmiennej X dla której nie istnieje granica lim n n 1 log P( S n = 0). 3. Wykaż, że dla dowolnej zmiennej X, 1 lim n n log P( S n t) = inf s t Λ X(s). 4. Wykaż, że a) Funkcja Λ X jest półciągła z dołu dla dowolnej zmiennej X; b) Jeśli 0 IntD ΛX, to lim t Λ X (t) =, w szczególności zbiory {t: Λ X (t) a} są zwarte dla a R; c) Jeśli D ΛX = R, to lim t Λ X (t)/ t =. 5. Załóżmy, że współrzędne X (j) wektora losowego X są niezależnymi zmiennymi losowymi. Wyraź Λ X i Λ X za pomocą Λ X (j) i Λ X (j). 6. Niech X będzie gaussowskim d-wymiarowym wektorem losowym o średniej a i macierzy kowariancji C. Znajdź Λ X i Λ X. 7. a) Wykaż, że jeśli X jest wektorem losowym w R d oraz t / conv(supp µ X ), to Λ X (t) =. b) Podaj przykład wektora losowego X oraz t / supp µ X takiego, że Λ X (t) <. 8. Uogólnij fakt z wykładu i znajdź takie liczby a i > 0, i = 0, 1, 2,..., że dla dowolnego t > 0 oraz k = 0, 1, 2,..., ( 1) i a i t 2i 1 < e t2 /2 2k+1 i=0 t e s2 /2 ds < 2k i=0 ( 1) i a i t 2i 1. 3

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 3 1. Załóżmy, że X jest zmienną d-wymiarową taką, że D ΛX = R d. Wykaż, że jeśli I : R d [0, ] jest półciągła z dołu oraz dla wszystkich zbiorów borelowskich A w R d zachodzi inf I(x) lim inf 1 x int(a) n log P( S n A) lim sup 1 n log P( S n A) to I = Λ X. Podaj przykład funkcji I Λ X wszystkich zbiorów borelowskich. inf x cl(a) I(x), (1) dla której tożsamość (1) jest spełniona dla 2. (Nierówność Azumy) Załóżmy, że (M k, F k ) k=0 jest martyngałem takim, że M k M k 1 a k dla k = 1, 2,.... Wykaż, że n Λ Mn M 0 (t) t2 a 2 k 2 oraz k=1 P( M n M 0 s) 2 exp( u 2 2 n ). k=1 a2 k 3. Przy oznaczeniach poprzedniego zadania, wykaż, że istnieje stała C < taka, że dla p 2, M n M 0 p := (E M n M 0 p ) 1/p C p( n a 2 k) 1/2. 4. (Nierówności Chińczyna) Niech S = n k=1 a kε k, gdzie ε k niezależne zmienne losowe takie, że P(ε k = ±1) = 1/2. i) Wykaż, że dla p, q > 0 istnieje stała C p,q zależna tylko od p i q dla której S p C p,q S q. ii) Wykaż, że C p,2 C p dla p 2. iii) Udowodnij, że dla p > q, C p,q γ p /γ q, gdzie γ p = (E N (0, 1) p ) 1/p p przy p. W szczególności C p,2 c p dla p 2 i stałej uniwersalnej c. k=1 4

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 4 1. Rozpatrując rozkłady wykładnicze, gaussowskie i Poissona pokaż, że nie można poprawić rzędu oszacowań w nierównościach Bernsteina i Bennetta. 2. Załóżmy, że (M k, F k ) k=0 jest martyngałem takim, że max M k M k 1 a, k E((M k M k 1 ) 2 F k 1 ) σ 2 k oraz σ 2 = n k=1 σ2 k. Wykaż, że oraz Λ Mn M 0 (t) σ2 a 2 (eta ta 1) ( P( M n M 0 s) 2 exp s ( 2a ln 1 + sa )) σ 2. 3. Wykaż, że z odwrotnej nierówności wykładniczej Kołmogorowa wynika, że dla ε > 0 istnieją stałe δ (ε) > 0 i K (ε) < takie, że dla niezależnych zmiennych X i o sredniej zero, ( n ) P X i s 1 ( ) K (ε) exp (1 + ε) s2 2σ 2, o ile max(s, σ) max X δ (ε)σ 2. i 4. Niech X i będą niezależnymi symetrycznymi zmiennymi losowymi o wartościach w ośrodkowej przestrzeni Banacha F, zaś a i [ 1, 1]. Wykaż, że dla dowolnej funkcji wypukłej f : F R +, ( n ) ( n ) Ef a i X i Ef X i. Wywnioskuj stąd, że dla funkcji wypukłej, niemalejącej f : R+ R +, ( ) ( ) n n Ef a i X i Ef X i. 5. Wykaż, że przy założeniach poprzedniego zadania nie musi być prawdą, że dla s > 0, ( ) ( ) n n P a i X i s P X i s. 5

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 5 1. Załóżmy, że F jest ośrodkową przestrzenią Banacha. Wykaż, że B F F = B F B F. Wywnioskuj stąd, że suma funkcji mierzalnych o warościach w F jest funkcją mierzalną. 2. Wykaż, że dla niezależnych zmiennych losowych o jednakowym rozkładzie dla p 1 i stałej uniwersalnej C. E max k n S k p C p E S n p 3. Wykaż, że dla niezależnych zmiennych losowych dla p 1 i stałej uniwersalnej C. E max S k p C p max E S k p k n 1 k n 4. Udowodnij, że dla niezależnych zmiennych losowych o jednakowym rozkładzie oraz a i [ 1, 1], ( ) n P a i X i 12t 8P( S n t), dla t > 0. 5. Wykaż, że nie istnieje stała uniwersalna C taka, że dla dowolnego martyngału (M k ) 1 k n. E max k n M k CE M n 6. Załóżmy, że X 1, Y 1,..., X n, Y n są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie. Udowodnij, że istnieją uniwersalne stałe C 1 i C 2 dla których k l P max k,l n h(x i, Y j ) t n n C 1 P h(x i, Y j ) t C 2 j=1 dla dowolnej funkcji mierzalnej h. j=1 7. Niech X i będzie ciągiem niezależnych zmiennych losowych w ośrodkowej przestrzeni Banacha F. Wykaż, że następujące warunki są równoważne. i) X i zbiega według prawdopodobieństwa. ii) X i zbiega p.n.. iii) X i zbiega według rozkładu. 8. Wykaż, że istnieją stałe C i taka, że dla dowolnych niezależnych rzeczywistych zmiennych losowych X i oraz liczb a k, ( ) P max S k a k C 2 t C 1 max P( S k a k t). 1 k n 1 k n 6

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 6 1. Niech X będzie zmienną losową o wartościach w osrodkowej przestrzeni Banacha F. Wykaż, że a) dla ε > 0 istnieje funkcja ϕ: F F przyjmująca tylko przeliczalnie wiele wartości taka, że X ϕ(x) ε p.n., b) jeśli E X <, to dla ε > 0 istnieje funkcja ϕ: F F przyjmująca tylko skończenie wiele wartości taka, że E X ϕ(x) ε. 2. Wykaż, że jeśli X i są niezależnymi zmiennymi o jednakowym rozkładzie takimi, że P(X i S 0) > 0, to lim sup n n n = p.n.. 3. Załóżmy, że p 1, X i są niezależnymi zmiennymi losowymi o średniej zero takimi, że E X i p <, zaś (ε i ) jest ciągiem Bernoulliego, niezależnym od zmiennych X i. Wykaż, że 1 n n n X 2 i ε i X i 2 X i. p p p 4. Załóżmy, że X i są niezależne o wartościach w F. Wykaż, że a) Dla dowolnych s, t > 0, ( ) ( ) 2 ( ) P max S k > 3t + s P max S k > t + P max X k > s. k n k n k n b) Jeśli zmienne X i są symetryczne, to dla s, t > 0, ( ) ( ) P max S k > 2t + s 4P( S n > t) 2 + P max X k > s. k n k n 5. Niech S := n x iε i dla pewnych x i F. Wykaż, że dla p, q > 0 istnieją stałe C p,q < zależne tylko od p i q takie, że (E S p ) 1/p C p,q (E S q ) 1/q. 6. Załóżmy, że 0 < p <, zmienne X i są niezależne i symetryczne o wartościach w F. Wykaż, że E S n p 2 3 p E max i n X i p + 2(3t 0 ) p, gdzie t 0 := inf{t > 0: P( S n > t) (8 3 p ) 1 }. 7. Przestrzeń Banacha F nazywamy typu p 1 jeśli istnieje stała T p taka, że dla dowolnych wektorów x i F, ( n p) 1/p ( n ) 1/p E x i ε i T p x i p. 7

Wykaż, że a) Jeśli przestrzeń jest typu p, to jest typu q dla q p. b) Przestrzenie Hilberta są typu 2. c) Każda przestrzeń Banacha jest typu 1 i nie istnieją przestrzenie typu p > 2. d) Przestrzeń L p jest typu min{p, 1} dla p <. e) Przestrzeń c 0 nie ma nietrywialnego typu. 8. Wykaż, że ośrodkowa przestrzeń Banacha F ma typ p wtedy i tylko wtedy, gdy istnieje stała C < taka, że dla dowolnych niezależnych zmiennych losowych Z i o wartościach w F i średniej zero, n p n E Z i C E Z i p. 8

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 7 1. Podaj alternatywny dowód Prawa Iterowanego Logarytmu wykorzystując PIL dla procesu Wienera oraz twierdzenie Skorochoda o włożeniu: Jeśli X jest zmienną losową o skończonej wariancji i średniej zero, to istnieje moment zatrzymania τ taki, że Eτ = EX 2 oraz W τ ma taki sam rozkład jak X. 2. Załóżmy, że X i są niezależnymi ograniczonymi zmiennymi losowymi o średniej zero spełniającymi warunki: i) a 2 n := Var(S n ) = n EX2 i ii) X n ln ln a 2 n a n 0. Wykaż, że lim sup n S n = 1 p.n. 2a 2 n ln ln a 2 n 3. Załóżmy, że X i są niezależnymi zmiennymi losowymi o jednakowym rozkładzie ze średnią zero i wariancją σ 2. Wykaż, że dla dowolnej funkcji ciągłej f : R R, ( ) S n lim sup f = sup f(t) p.n., n 2n ln ln n t [ σ,σ] ( ) lim inf f S n = inf p.n.. n 2n ln ln n t [ σ,σ] f(t) 4. Załóżmy, że X i są niezależnymi wektorami losowymi w ośrodkowej przestrzeni Banacha o tym samym rozkładzie co X. Wykaż, że warunek lim sup n S n 2n ln ln n < p.n. implikuje: i) E X 2 LL X <, gdzie LLx := ln ln(x 10). ii) EX = 0 oraz sup x 1 E x (X) 2 <. 5. Załóżmy, że X i są niezależnymi wektorami losowymi w ośrodkowej przestrzeni Banacha typu 2 o tym samym rozkładzie co X, EX = 0 oraz E X 2 S LL X <. Wykaż, że 2n n ln ln n zbiega do 0 według prawdopodobieństwa. 6. Wykaż, że jeśli ciąg (X n ) zmiennych o wartościach w ośrodkowej przestrzeni Banacha jest ciasny, to jest stochastycznie ograniczony. Udowodnij, że w każdej nieskończenie wymiarowej przestrzeni Banacha istnieje ciąg stochastycznie ograniczony, który nie jest ciasny. 9

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 8 W zadaniach poniżej zmienne X, X 1,... mają taki sam rozkład o wartościach w R d oraz S n = n k=1 X k. 1. Załóżmy, że F n jest rosnącym ciągiem sigma ciał, F = σ( n 1 F n) oraz µ jest miarą probabilistyczną na F. Udowodnij, że dla dowolnego A F i ε > 0 istnieje n i A n F n takie, że µ(a A n ) ε. 2. Wykaż mocną własność Markowa dla (S n ), tzn., że dla każdego τ momentu zatrzymania względem filtracji generowanej przez (X n ), dowolnego A F τ oraz B (B(R d )), P({(S n+τ S τ ) n 0 B} A {τ < }) = P({(S n ) n 0 B)P(A {τ < }). 3. Wykaż, że jeśli błądzenie (S n ) jest powracające, to dla dowolnego k = 1, 2,... błądzenie (S nk ) jest powracające. 4. Wykaż, że jeśli P(X 1 = 0) < 1, to S n według prawdopodobieństwa. 5. Załóżmy, że d = 1, X jest symetryczny oraz ograniczony. Wykaż, że lim sup ±S n = i wywnioskuj stąd, że S n jest powracalny. 6. Wykaż, że zbiór A punktów osiągalnych przez błądzenie losowe jest równy najmniejszej domkniętej półgrupie zawierającej nośnik X. Podaj przykład pokazujący, że A nie musi być grupą. 7. Niech X będzie jednowymiarowym rozkładem p-stabilnym o funkcji charakterystycznej e t p. Wykaż, że S n jest powracający dla p 1 i chwilowy dla p < 1. 8. Załóżmy, że d = 2 oraz współrzędne X są niezależnymi zmiennymi losowymi o funkcji charakterystycznej e t p. Wykaż, że S n jest powracalny dla p = 2 i chwilowy dla p < 2. 9. Niech (S n) oznacza niezależną kopię (S n ). Wykaż, że jeśli S n jest powracające, to S n S n jest powracające. 10

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 9 1. Udowodnij, że jeśli nośnik zmiennej X rozpina przestrzeń wymiaru większego niż 2, to błądzenie S n jest chwilowe. 2. Ustalmy ε > 0. Wykaż, że błądzenie (S n ) generowane przez zmienną o f.ch. ϕ jest powracalne, jeśli ( ) 1 Re dt = 1 ϕ(t) oraz chwilowe, jeśli t ε t ε 1 dt <. 1 Re(ϕ(t)) 3. Wykaż, że dla dowolnego symetrycznego błądzenia losowego (S n ) i dowolnego momentu zatrzymania τ (względem filtracji generowanej przez (S n )), ciąg (S n ) ma ten sam rozkład co ciąg ( S n ) dany wzorem S n := S n τ (S n S n τ ), n 0. 4. Niech (S n ) będzie klasycznym symetrycznym błądzeniem losowym na Z (czyli P(S 1 = ±1) = 1/2). Określmy V n := max{k n: S 2k = 0}. Oblicz P(V n = k) dla 0 k 2n. 5. Załóżmy, że µ = cµ 1 +(1 c)µ 2, gdzie c (0, 1), zaś µ 1 i µ 2 są symetrycznymi miarami probabilistycznymi na R d. Wykaż, że jeśli błądzenie losowe generowane przez µ jest powracalne, to powracalne są błądzenia losowe generowane przez µ 1 i µ 2. Czy implikacja w przeciwną stronę jest prawdziwa? 6. Załóżmy, że X = Y + Z, gdzie Y i Z są niezależnymi symetrycznymi wektorami losowymi w R d. i) Wykaż, że jeśli błądzenie losowe generowane przez X jest powracalne, to również błądzenia losowe generowane przez Y i Z są powracalne. ii) Pokaż przykład pokazujący, że implikacja przeciwna do i) jest fałszywa. 7. Niech S n będzie niezdegenerowanym jednowymiarowym błądzeniem losowym. Wykaż, że i) lim sup S n = p.n. wtedy i tylko wtedy, gdy σ 1 < p.n. ii) S n p.n. wtedy i tylko wtedy, gdy Eσ 1 < iii) i) i ii) zachodzą gdy σ 1 zastąpimy przez τ 1. 11

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 10 1. Przypomnijmy, że miara ze znakiem, to różnica dwóch miar skończonych. Wykaż, że jeśli µ i ν są miarami ze znakiem na R d i exp(i t, x )dµ(x) = exp(i t, x )dν(x) dla t R d, to µ = ν. 2. Załóżmy, że µ i ν są miarami (skończonymi lub ze znakiem) na N R oraz s n e itx dµ(s, x) = s n e itx dν(s, x), to µ = ν. 3. Załóżmy, że µ jest lokalnie skończoną miarą na R + niezmienniczą na przesunięcia, tzn. µ(b + t) = µ(b) dla t 0 i B B(R + ). Wykaż, że µ = aλ dla pewnego a 0. 4. Mówimy, że rozkład µ na R jest niearytmetyczny, jeśli grupa generowana przez nośnik µ jest gęsta w R, w przeciwnym przypadku µ nazywamy arytmetycznym. Wykaż, że µ jest arytmetyczny wtedy wtedy i tylko wtedy, gdy nośnik µ jest zawarty w δz dla pewnego δ > 0. 5. Załóżmy, że zmienne X i X mają jednakowy rozkład. Wykaż, że jeśli rozkład X jest arytmetyczny, to rozkład X X też jest arytmetyczny. Podaj przykład pokazujący, że przeciwna implikacja jest fałszywa. 6. Załóżmy, że η jest procesem odnowienia dla błądzenia losowego o nieujemnym i niearytmetycznym rozkładzie przyrostów. Wykaż, że dla każdego ε > 0 istnieje t(ε) > 0 takie, że Eη[t, t + ε] > 0 dla t t(ε). 7. Załóżmy, że µ jest rozkładem na Z + o średniej c (0, ) takim, że grupa generowana przez supp(µ) jest równa Z. Wykaż, że błądzenie losowe (S n ) po Z + ma stacjonarny proces odnowienia wtedy i tylko wtedy, gdy rozkład początkowy ν jest dany wzorem ν({n}) = c 1 µ(n, ), n = 0, 1, 2.... 8. Uogólnij poprzednie zadanie na przypadek, gdy µ jest rozkładem na Z o dodatniej, skończonej średniej. 12

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 11 1. Załóżmy, że ν, ν 1, ν 2,... są miarami lokalnie skończonymi na R +. Wykaż, że ν n v ν wtedy i tylko wtedy, gdy ν n ([0, x]) ν[0, x] dla każdego x > 0 takiego, że ν({x}) = 0. Jak wygląda analogiczny warunek dla miar na R? 2. Wykaż, że dla miar probabilistycznych na R d następujące warunki są równoważne: i) µ n w µ, tzn. fdµn fdµ dla f C ogr (R d ) ii) µ n v µ, tzn. fdµn fdµ dla f C zw (R d ) iii) fdµ n fdµ dla f ciągłych na R d takich, że lim x f(x) = 0. Pokaż, że dla miar subprobabilistycznych warunki ii) i iii) są równoważne, a dla miar lokalnie skończonych tylko warunek ii) jest prawidłowo sformułowany. 3. Udowodnij Lemat 7.10 z wykładu o zbieżności ν t do ν w pełnej ogólności, tzn. gdy przyrosty błądzenia mają rozkład niearytmetyczny o skończonej średniej dodatniej. W tym celu rozważmy zmienne niezależne S 0, S 0, X 1, ε 1, X 2, ε 2,... takie, że S 0 ma rozkład ν, S 0 rozkład ν, zmienne X k rozkład µ oraz P(ε k = ±1) = 1/2 oraz błądzenie losowe S n = S 0 S 0 n ε k X k, n = 0, 1,.... k=1 i) Wykaż, że z prawdopodobieństwem 1 ciąg ( S n ) jest gęsty w R, w szczególności moment zatrzymania τ := inf{n: Sn [0, ε]} jest skończony p.n. ii) Niech ε k := ( 1)1 {k τ} εk. Wykaż, że (ε k ) jest niezależnym od S 0, S 0 i X k ciągiem niezależnych zmiennych losowych i P(ε k = ±1) = 1/2. iii) Niech κ 1 < κ 2 <... będą kolejnymi wartościami k dla których ε k = 1, podobnie zdefiniujmy ciąg κ 1 < κ 2 <... poprzez zmienne ε k. Wówczas ciągi S n = S 0 + j n X κj, S n = S 0 + j n X κ j są błądzeniami losowymi o rozkładzie przyrostów µ i rozkładzie początkowym równym odpowiednio ν i ν. iv) Niech τ ± = k τ 1 {ε k =1}, wówczas v) Wywnioskuj stąd, że S τ +n S τ++n = S τ [0, ε]. ν[ε, x] P(Z t) ν t [0, x] ν[0, x + ε] + P(Z t) gdzie Z := max{max k τ S k, max k τ + S k }. vi) Pokaż, że ν t [0, x] ν[0, x], czyli ν t v ν. 13

Zadania z Rachunku Prawdopodobieństwa III - 12 1. Wykaż, że funkcja o nośniku w [0, x] jest bezposrednio całkowalna w sensie Riemanna wtedy i tylko wtedy, gdy jest całkowalna w sensie Riemanna na [0, x]. 2. Wykaż, że każda funkcja monotoniczna z L 1 (R + ) jest bezposrednio całkowalna w sensie Riemanna. 3. Podaj przykład funkcji ciągłej z L 1 (R + ), która nie jest bezpośrednio całkowalna w sensie Riemanna. 4. Załóżmy, że µ jest rozkładem na liczbach całkowitych dodatnich o średniej c (0, ) oraz grupa generowana przez µ jest równa Z. Niech η będzie procesem odnowienia dla błądzenia losowego na N startującego z zera o przyrostach µ. i) Skostrułuj łańcuch Markowa X n na N taki, że X n+1 = X n + 1 lub 0 oraz czas powrotu do zera dla X n ma rozkład µ. ii) Udowodnij, że czasy kolejnych powrotów przez X n do zera tworzą błądzenie losowe o przyrostach η. iii) Wykaż, że łańcuch X n jest nieprzywiedlny, nieokresowy i ma rozkład stacjonarny. iv) Stosując twierdzenie ergodyczne wykaż, że Eη{k} c 1 przy k. 5. Rozważmy proces odnowy η dla błądzenia losowego startującego z zera o niearytmetycznym rozkładzie przyrostów µ na R + ze średnią c > 0. Ustalmy h > 0 i określmy F (t) = P(η(t, t + h] = 0). Wykaż, że F spełnia równanie odnowienia F = f + F µ, gdzie f(t) = µ(t + h, ). Znajdź granicę F (t) przy t. 14