おそらく、表記を単純化することで、本質的なアイデアを引き出すことができます。 すべてが純粋に代数的であるため、期待や複雑な式を含める必要がないことがわかります。
数学的オブジェクトの代数的性質
問題は、(1)ランダム変数有限集合の共分散行列と(2)ベクトルと見なされるこれらの変数間の線形関係の間の関係に関係します。X1,…,Xn
当該ベクトル空間は、(任意の確率空間上のすべての有限分散確率変数の集合であるはほぼ確実に一定の変数の部分空間を法)、表記L 2(Ω 、P)/ Rを。 (つまり、我々は2つの確率変数を検討XとYを同じになるように、ベクトルというゼロチャンスがあるときにX - Yの我々は唯一の有限次元ベクトル空間を扱っている。その期待と異なっ)がVによって発生するX 、私は、(Ω,P)L2(Ω,P)/R.XYX−YVXi, これが、分析的な問題ではなく代数的な問題です。
分散について知っておくべきこと
は単なるベクトル空間ではありません。分散を備えているため、2次モジュールです。 分散について知っておくべきことは2つだけです。V
分散は、すべてのベクトルXに対してQ (a X )= a 2 Q (X )という特性を持つスカラー値関数です。QQ(aX)=a2Q(X)X.
分散は非退化です。
2番目は、いくつかの説明が必要です。 は、「内積」を決定します。これは、Q
X⋅Y=14(Q(X+Y)−Q(X−Y)).
(これは、変数の共分散以外もちろん何である及びY 。)ベクトルXとYがあり、直交それらのドット積であるとき0直交補ベクトルのセットのA ⊂ Vが全てのベクトルから構成は、各要素に直交しますA、書かれましたXY.XY0.A⊂VA,
A0={v∈V∣a.v=0 for all v∈V}.
それは明らかにベクトル空間です。場合、Qは、である非縮退。V0={0}Q
それは明白に見えるかもしれませんが、分散が実際に非退化であることを証明させてください。仮定の非ゼロ要素であるV 0。 この手段X ⋅ Y = 0のすべてのためのY ∈ V 。同様に、XV0.X⋅Y=0Y∈V;
Q(X+Y)=Q(X−Y)
すべてのベクトル 撮影Yは= Xが与えられますY.Y=X
4Q(X)=Q(2X)=Q(X+X)=Q(X−X)=Q(0)=0
したがって、 ただし、(おそらくチェビシェフの不等式を使用して)分散がゼロの確率変数のみがほぼ確実に一定であることを知っているため、V 、 QEDのゼロベクトルでそれらを識別します。Q(X)=0.V,
質問の解釈
質問に戻りますが、前述の表記では、確率変数の共分散行列は、すべてのドット積の通常の配列です。
T=(Xi⋅Xj).
考えるための良い方法がある:それは上で線形変換を定義するR nは通常の方法で、任意のベクター送信することにより、X = (X 1、... 、xはn個)∈ R nはベクターにT (X )= Y = (y 1、… 、x n)であり、そのi 番目の成分は行列乗算ルールによって与えられますTRnx=(x1,…,xn)∈RnT(x)=y=(y1,…,xn)ith
yi=∑j=1n(Xi⋅Xj)xj.
この線形変換の核は、ゼロに送信する部分空間です。
Ker(T)={x∈Rn∣T(x)=0}.
上記の式は意味そのときすべてのための私x∈Ker(T),i
0=yi=∑j=1n(Xi⋅Xj)xj=Xi⋅(∑jxjXj).
これはすべての当てはまるので、X iにまたがるすべてのベクトル、つまりV自体に当てはまります。したがって、場合X ∈ Kerの(T )、によって与えられるベクトルΣ J X J X j個にあるV 0。 分散は非縮退であるため、これは∑ j x j X j = 0を意味します。 つまり、xはn個の元の確率変数間の線形従属性を表します。i,XiVx∈Ker(T),∑jxjXjV0.∑jxjXj=0.xn
この推論の連鎖が可逆的であることをすぐに確認できます。
ベクトルとしての間の線形依存関係は、Tのカーネルの要素と1対1で対応しています。Xj T.
(このステートメントは、位置の一定のシフトまで、つまり、ランダム変数としてではなく、L 2(Ω 、P)/ Rの要素として)定義されたを引き続き考慮します。XjL2(Ω,P)/R
TλxT(x)=λx.λ=0T.
概要
L2(Ω,P)/R,T.
参照
私は、第4章の表記法と言語の一部を、
Jean-Pierre Serre、算数のコース。 Springer-Verlag 1973。