به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
+2 امتیاز
2,084 بازدید
در دبیرستان و دانشگاه توسط zahra (98 امتیاز)
ویرایش شده توسط AmirHosein

گیریم امیدریاضی یک متغیر تصادفی عدد ثابتی مثل $c$ باشد و واریانس متغیر تصادفی صفر باشد ثابت کنید $p(X=c)=1$ می شود؟

1 پاسخ

+1 امتیاز
توسط AmirHosein (19,733 امتیاز)
ویرایش شده توسط AmirHosein

اگر متغیر گسسته باشد آنگاه توجه کنید که تعریف واریانس برابر بود با $$V(X)=E((X-E(X))^2)=\sum_x(x-E(X))^2p(X=x)$$ در اینجا داریم $E(X)=c$ و $V(X)=0$ پس؛ $$\sum_x(x-c)^2P(X=x)=0$$ چون $(x-c)^2$ برای هر $x$ای مقداری نامنفی است و همچنین احتمال همواره نامنفی است (در واقع بین صفر و یک است) یعنی $P(X=x)$ نیز برای هر $x$ای نامنفی است پس جمع‌وندهای جمع واریانسمان حاصلضرب دو عدد نامنفی و در نتیجه مقادیری نامنفی است. جمع یک سری عدد حقیقی نامنفی تنها در صورتی صفر است که همهٔ آنها با هم صفر باشند یعنی برای هر $x$ای داریم $(x-c)^2P(X=x)=0$ حاصلضرب دو عدد زمانی صفر است که دست‌کم یکی از آنها صفر باشد. عبارت یکم یعنی $(x-c)^2$ زمانی صفر است که $x-c$ صفر باشد که یک پاسخ بیشتر ندارد پس هر زمانی که $x\neq c$ باشد باید عبارت دوم یعنی $P(X=x)$ صفر شود اما این یعنی احتمال اینکه متغیر تصادفی $X$ مقدار $x$ را به خود بگیرد صفر است. پس نتیجه این است که متغیر تصادفی ما تنها یک برآورد دارد و آن مقدار $c$ است پس $P(X=c)=1$.

اکنون به حالت پیوسته سر می‌زنیم. تعریف واریانس در حالت پیوسته برابر است با $$V(X)=E((X-E(X))^2)=\int (x-E(X))^2P(X=x)dx$$ در اینجا داریم $E(X)=c$ و $V(X)=0$ پس $$0=\int (x-c)^2P(X=x)dx$$ تابع $y(x)=(x-c)^2P(X=x)$ آشکارا با دلیل مشابه به آنچه در حالت گسسته گفتیم همیشه مقدار نامنفی اتخاذ می‌کند پس تابعمان به اصطلاح نامنفی است که با علامت $y\geq 0$ نیز می‌توانیم نمایش دهیم. انتگرال لبگ یک تابع نامنفی تنها زمانی صفر است که تقریبا همه‌جا صفر باشد. این تابع نیز به جز نقطهٔ $x=c$ فقط به شرط $P(X=x)=0$ می‌تواند صفر شود پس اندازهٔ مجموعه‌ای که تابع احتمالمان بر آن ناصفر است، صفر است و افزودن آن یک نقطه ($x=c$) نیز تغییری در اندازهٔ لبگش نمی‌کند. اما اینکه تابع احتمالمان تقربا همه‌جا صفر باشد باعث می‌شود که تابع تجمعی‌مان که انتگرال تابع احتمال بر کل $\mathbb{R}$ است نیز صفر شود که تناقض با تعریف تابع احتمال یک متغیر تصادفی پیوسته دارد پس از ابتدا متغیر تصادفی پرسش ما یک متغیر تصادفی پیوسته نبوده‌است و به حالت یکم یعنی گسسته برگشت داده می‌شویم.

برای ترجمه ی یک جمله از انگلیسی به فرانسوی دو چیز ضروری است. اول، باید جمله ی انگلیسی را تماما بفهمیم. دوم، باید با اصطلاحات ویژه ای که در زبان فرانسوی هستند آشنا باشیم. این وضعیت خیلی شبیه هنگامی است که سعی داریم شرط را که با کلمات بیان شده است با نمادهای ریاضی بیان کنیم. اول، باید آن را تمام درک کنیم. دوم، باید با اصطلاحات ریاضی ریاضی آشنا باشیم.
...