การแพร่กระจายของ


10

ในการออกกำลังกายเป็นประจำฉันพยายามค้นหาการกระจายของโดยที่ และเป็นอิสระจากตัวแปรสุ่มX2+Y2XYU(0,1)

ความหนาแน่นรอยต่อของคือ (X,Y)

fX,Y(x,y)=10<x,y<1

การแปลงเป็นพิกัดเชิงขั้วเช่นนั้น(X,Y)(Z,Θ)

X=ZcosΘ and Y=ZsinΘ

ดังนั้นและ2z=x2+y20<x,y<10<z<2

เมื่อเรามีเพื่อที่{2}0<z<10<cosθ<1,0<sinθ<10<θ<π2

เมื่อเรามีตามที่คือ ลดลงใน ; และในขณะที่เพิ่มขึ้นในขวา]1<z<2zcosθ<θ>cos1(1z)cosθθ[0,π2]zsinθ<1θ<sin1(1z)sinθθ[0,π2]

ดังนั้นสำหรับเรามีขวา)1<z<2cos1(1z)<θ<sin1(1z)

ค่าสัมบูรณ์ของการแปลงจาโคเบียนคือ

|J|=z

ดังนั้นความหนาแน่นรอยต่อของจึงถูกกำหนดโดย(Z,Θ)

fZ,Θ(z,θ)=z1{z(0,1),θ(0,π/2)}{z(1,2),θ(cos1(1/z),sin1(1/z))}

เมื่อรวมเข้ากับเราได้รับ pdf ของเป็นθZ

fZ(z)=πz210<z<1+(πz22zcos1(1z))11<z<2

เหตุผลของฉันถูกต้องหรือไม่ ไม่ว่าในกรณีใดฉันต้องการหลีกเลี่ยงวิธีนี้และลองหา cdf ของโดยตรงแทน แต่ฉันไม่พบพื้นที่ที่ต้องการในขณะที่ประเมินเรขาคณิตZPr(Yz2X2)

แก้ไข

ฉันพยายามค้นหาฟังก์ชันการกระจายของเป็นZ

FZ(z)=Pr(Zz)=Pr(X2+Y2z2)=x2+y2z210<x,y<1dxdy

Mathematicaกล่าวว่าสิ่งนี้ควรลดลง

FZ(z)={0, if z<0πz24, if 0<z<1z21+z22(sin1(1z)sin1(z21z)), if 1<z<21, if z>2

ซึ่งดูเหมือนว่าการแสดงออกที่ถูกต้อง การแยกสำหรับกรณีที่ถึงแม้ว่าจะแสดงนิพจน์ซึ่งไม่ทำให้ PDF ง่ายขึ้นเท่าที่ฉันได้รับมาFZ1<z<2

ในที่สุดฉันคิดว่าฉันมีภาพที่ถูกต้องสำหรับ CDF:

สำหรับ :0<z<1

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

และสำหรับ :1<z<2

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ส่วนที่แรเงาควรระบุพื้นที่ของพื้นที่

{(x,y):0<x,y<1,x2+y2z2}

ภาพให้ผลตอบแทนทันที

FZ(z)=Pr(z2X2Yz2X2)={πz24, if 0<z<1z21+z211z2x2dx, if 1<z<2

อย่างที่ฉันได้ค้นพบก่อนหน้านี้


1
ในการค้นหา CDF โดยตรงให้ใช้ฟังก์ชันตัวบ่งชี้ สำหรับส่วนที่เหลือเป็นการจัดการพีชคณิตอย่างหมดจด (แก้ไข: ฉันเห็น @ ซีอานเพิ่งโพสต์พีชคณิตในคำตอบของเขา)z0,
Pr(X2+Y2z)=0101I(x2+y2z2)dxdy.
whuber

1
การแก้ไขอีกครั้ง: ฉันยังได้รับการแสดงออกที่แตกต่างกันและ (โดยใช้FullSimplify) พวกเขาทำให้สูตรที่แตกต่างกันในMathematicaง่ายขึ้น อย่างไรก็ตามพวกเขาจะเทียบเท่า สิ่งนี้แสดงได้อย่างง่ายดายโดยการวางแผนความแตกต่าง เห็นได้ชัดว่าMathematicaไม่รู้ว่าเมื่อ2} tan1(z21)=sec1(z)1<z<2
whuber

1
ขอบของพื้นผิว ในภาพสุดท้ายของคุณควรเป็นวงกลม (กึ่ง) ที่มีกึ่งกลาง (0,0) เว้าจึงแทน (ที่คุณวาดในขณะนี้) นูน r2x2
Sextus Empiricus

คำตอบ:


10

ไฟล์ pdf นั้นถูกต้องสามารถตรวจสอบได้ด้วยการจำลองอย่างง่าย

samps=sqrt(runif(1e5)^2+runif(1e5)^2)
hist(samps,prob=TRUE,nclass=143,col="wheat")
df=function(x){pi*x/2-2*x*(x>1)*acos(1/(x+(1-x)*(x<1)))}
curve(df,add=TRUE,col="sienna",lwd=3)

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

การค้นหา cdf โดยไม่ต้องเปลี่ยนตัวแปรของตัวแปร

Pr(X2+Y2z)=Pr(X2+Y2z2)=Pr(Y2z2X2)=Pr(Yz2X2,Xz)=EX[z2X2I[0,min(1,z)](X)]=0min(1,z)z2x2dx=z20min(1,z1)1y2dy[x=yz, dx=zdy]=z20min(π/2,cos1z1)sin2θdθ[y=cos(θ), dy=sin(θ)dθ]=z22[min(π/2,cos1z1)sin{min(π/2,cos1z1)}cos{min(π/2,cos1z1}]=z22{π/2 if z<1cos1z1sin{cos1z1)}z1 if z1=z22{π/2 if z<1cos1z11z2z1 if z1
ซึ่งจบลงด้วยความซับซ้อนเดียวกัน! (บวกกับความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างทาง!)

เคสเป็นตำแหน่งที่มันจะเลือนไปสักหน่อย ผมคิดว่าผมไม่ได้จบลงด้วยรูปแบบไฟล์ PDF ที่ถูกต้องความแตกต่างของการแสดงออกสำหรับ1 1z<2z1
StubbornAtom

2

fz(z) :

ดังนั้นสำหรับเรามี 1z<2cos1(1z)θsin1(1z)

คุณสามารถลดความซับซ้อนของการแสดงออกของคุณเมื่อคุณใช้สมมาตรและประเมินการแสดงออกสำหรับ{4} ดังนั้นสำหรับครึ่งหนึ่งของพื้นที่แล้วผลสองเท่าθmin<θ<π4

จากนั้นคุณจะได้รับ:

P(Zr)=20rz(θminπ4dθ)dz=0rz(π22θmin)dz

และคือfz(z)

fz(z)=z(π22θmin)={z(π2) if 0z1z(π22cos1(1z)) if 1<z2

Fz(z) :

คุณสามารถใช้อินทิกรัลไม่ จำกัด :

zcos1(1z)=12z(zcos1(1z)11z2)+C

notedducos1(u)=(1u2)0.5

นำไปสู่การนี้ตรงไปตรงมาบางสิ่งบางอย่างที่คล้ายกันเป็นแสดงออก Xi'ans สำหรับคือPr(Zz)

ถ้าดังนั้น:1z2

Fz(z)=z2(π4cos1(1z)+z111z2)

ความสัมพันธ์กับการแสดงออกของคุณจะเห็นเมื่อเราแยกขึ้นเป็นสองการแสดงออกและแปลงแล้วให้แตกต่างกันการแสดงออกcos1cos1sin1

สำหรับเรามีz>1

cos1(1z)=sin1(11z2)=sin1(z21z)

และ

cos1(1z)=π2sin1(1z)

ดังนั้น

cos1(1z)=0.5cos1(1z)+0.5cos1(1z)=π40.5sin1(1z)+0.5sin1(z21z)

ผลลัพธ์ใดในนิพจน์ของคุณเมื่อคุณเสียบสิ่งนี้ลงในกล่าวถึงก่อนหน้าสำหรับFz(z)1<z<2


1

สำหรับ ,เป็นเพียงพื้นที่ของวงกลมไตรมาสของรัศมีซึ่งคือ 2 นั่นคือ 0z1P(X2+Y2z)z14πz2

For 0z1, area of quarter-circle=πz24=P(X2+Y2z).

สำหรับ , พื้นที่ที่เราต้องการรวมเพื่อหาสามารถแบ่งออกเป็นสองรูปสามเหลี่ยมมุมฉากหนึ่งในนั้นมีจุดยอดและในขณะที่อีกคนหนึ่งมีจุดยอดและพร้อมกับเซกเตอร์ของวงกลมรัศมีและรวมมุมขวา) พื้นที่ของภูมิภาคนี้ (และด้วยเหตุนี้ค่าของ ) ได้อย่างง่ายดายเรามีสิ่งนั้นสำหรับ1<z2P(X2+Y2z)((0,0),(0,1)(z21,1)(0,0),(1,0)(1,z21) )zπ22arccos(1z)(P(X2+Y2z)1<z2 , ซึ่งเป็นผลลัพธ์ในคำตอบของ Martijn Wetering

area of region=area of two triangles plus area of sector=z21+12z2(π22arccos(1z))=πz24+z21z2arccos1z=(P(X2+Y2z)

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.