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UA MATH564 概率不等式 QE练习题

发布时间:2025/4/14 编程问答 34 豆豆
生活随笔 收集整理的这篇文章主要介绍了 UA MATH564 概率不等式 QE练习题 小编觉得挺不错的,现在分享给大家,帮大家做个参考.

UA MATH564 概率不等式 QE练习题

  • 2018年5月第三题

2018年5月第三题


Part a
If x<tx<tx<t, 1[t,+∞)(x)=01_{[t,+\infty)}(x) = 01[t,+)(x)=0,
1[t,+∞)(x)≤g(x)g(t)⇔0≤g(x)g(t)1_{[t,+\infty)}(x) \le \frac{g(x)}{g(t)} \Leftrightarrow 0 \le \frac{g(x)}{g(t)} 1[t,+)(x)g(t)g(x)0g(t)g(x)

Notice ggg is a non-decreasing function defined in (0,+∞)(0,+\infty)(0,+), if g(0+)g(0^+)g(0+) is negative, then the inequality above may not hold for any fixed t>0t>0t>0 and arbitrary x<tx<tx<t. Hence, ggg should be a positive function.

If x≥tx \ge txt, 1[t,+∞)(x)=11_{[t,+\infty)}(x) = 11[t,+)(x)=1,
1[t,+∞)(x)≤g(x)g(t)⇔1≤g(x)g(t)1_{[t,+\infty)}(x) \le \frac{g(x)}{g(t)} \Leftrightarrow 1 \le \frac{g(x)}{g(t)} 1[t,+)(x)g(t)g(x)1g(t)g(x)

Since ggg is non-decreasing, g(x)≥g(t)g(x) \ge g(t)g(x)g(t). Suppose ggg is a positive function,
1[t,+∞)(x)≤g(x)g(t)1_{[t,+\infty)}(x) \le \frac{g(x)}{g(t)}1[t,+)(x)g(t)g(x)

Part b
Suppose XXX is random variable defined on probability space (R+,B(R+),P)(\mathbb{R}^+,\mathcal{B}(\mathbb{R}^+),P)(R+,B(R+),P). By monotonicity of intergral
∫0∞1[t,+∞)(x)P(dx)≤∫0∞g(x)g(t)P(dx)\int_0^{\infty} 1_{[t,+\infty)}(x)P(dx) \le \int_0^{\infty} \frac{g(x)}{g(t)}P(dx)01[t,+)(x)P(dx)0g(t)g(x)P(dx)

Notice
∫0∞1[t,+∞)(x)P(dx)=P(X>t)∫0∞g(x)g(t)P(dx)=Eg(X)g(t)\int_0^{\infty} 1_{[t,+\infty)}(x)P(dx) = P(X>t) \\ \int_0^{\infty} \frac{g(x)}{g(t)}P(dx) = \frac{Eg(X)}{g(t)}01[t,+)(x)P(dx)=P(X>t)0g(t)g(x)P(dx)=g(t)Eg(X)

So
P(X>t)≤Eg(X)g(t)P(X>t) \le \frac{Eg(X)}{g(t)}P(X>t)g(t)Eg(X)

Part c
Let g(x)=esxg(x) = e^{sx}g(x)=esx and then
Eg(Y)=EesY≤eσ2s22,∀s∈REg(Y) = Ee^{sY} \le e^{\frac{\sigma^2s^2}{2}},\forall s \in \mathbb{R}Eg(Y)=EesYe2σ2s2,sR

By inequality in Part b,
P(Y>t)≤Eg(Y)g(t)≤eσ2s22est=eσ2s22−stP(Y>t) \le \frac{Eg(Y)}{g(t)} \le \frac{e^{\frac{\sigma^2s^2}{2}}}{e^{st}} = e^{\frac{\sigma^2s^2}{2} - st}P(Y>t)g(t)Eg(Y)este2σ2s2=e2σ2s2st

When s=tσ2s = \frac{t}{\sigma^2}s=σ2t, σ2s22−st\frac{\sigma^2s^2}{2} - st2σ2s2st reaches minimum −t22σ2-\frac{t^2}{2\sigma^2}2σ2t2. Inequality above holds for all s∈Rs \in \mathbb{R}sR,
P(Y>t)≤inf⁡s∈Reσ2s22−st=e−t22σ2P(Y>t) \le \inf_{s\in \mathbb{R}} e^{\frac{\sigma^2s^2}{2} - st} = e^{-\frac{t^2}{2\sigma^2}}P(Y>t)sRinfe2σ2s2st=e2σ2t2

总结

以上是生活随笔为你收集整理的UA MATH564 概率不等式 QE练习题的全部内容,希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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