分布


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日常的な練習として、私はの分布を見つけようとしていますX2+Y2X及びY独立しているU(0,1)ランダム変数。

(X,Y)の結合密度は

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

極座標に変換(X,Y)(Z,Θ)ように

X=ZcosΘ and Y=ZsinΘ

したがって、z=x2+y2および0<x,y<10<z<2

とき0<z<1、我々が持っている0<cosθ<1,0<sinθ<1となるよう0<θ<π2

場合1<z<2、私たちが持っているzcosθ<θ>cos1(1z)、のようにcosθに減少しているθ[0,π2]; そしてzsinθ<1θ<sin1(1z)、のようにsinθ上に増加しているθ[0,π2]

したがって、1<z<2cos1(1z)<θ<sin1(1z)

変換のヤコビアンの絶対値です

|J|=z

こうしての関節密度(Z,Θ)によって与えられます。

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

θ積分すると、次のようにZのpdfが得られます。

fZ(z)=πz210<z<1+(πz22zcos1(1z))11<z<2

上記の私の推論は正しいですか?いずれにせよ、私はこの方法を避け、代わりにZの累積分布関数を直接見つけようとします。評価しながらしかし、私は、所望の領域を見つけることができませんでしPr(Yz2X2)幾何学的に。

編集。

Zの分布関数を次のように見つけてみました

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

Mathematicaはこれを次のように減らすべきだと言っています

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

正しい表現のように見えます。1 < z < √の場合のFZ微分1<z<2、すでに取得したpdfに簡単に単純化できない式を表示します。

最後に、私はCDFの正しい写真があると思います。

0<z<1

ここに画像の説明を入力してください

そして1<z<2

ここに画像の説明を入力してください

網掛け部分は、領域の面積を示します

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

写真はすぐに得られます

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

、以前見つけたように。


1
CDFを直接検索するには、インジケーター関数を使用します。用Prをz0,
Pr(X2+Y2z)=0101I(x2+y2z2)dxdy.

1
FullSimplifytan1(z21)=sec1(z)1<z<2

1
r2x2

回答:


9

PDFが正しいことは、簡単なシミュレーションで確認できます

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)

ここに画像の説明を入力してください

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

1z<2z1

2

fz(z)

1z<2cos1(1z)θsin1(1z)

θmin<θ<π4

それからあなたは得る:

P(Zr)=20rz(θminπ4dθ)dz=0rz(π22θmin)dz

fz(z)

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

Fz(z)

あなたは不定積分を使うことができます:

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

dducos1(u)=(1u2)0.5

Pr(Zz)

1z2

Fz(z)=z2(π4cos1(1z)+z111z2)

cos1cos1sin1

z>1我々は持っています

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

そして

cos1(1z)=π2sin1(1z)

そう

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

これを前述の接続すると、式が生成されますFz(z)1<z<2


1

0z1P(X2+Y2z)z14πz2

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

1<z2P(X2+Y2z)((0,0),(0,1)(z21,1)(0,0),(1,0)(1,z21) )zπ22arccos(1z)(P(X2+Y2z)1<z2

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

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