2つの独立したガンマ確率変数の合計


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ガンマ分布に関するウィキペディアの記事によると:

もしバツ〜Gamma(a、θ)と、及び独立ランダム変数であり、次いで、。X Y X + Y 〜G MをM(+のB 、θ )Y〜Gamma(b、θ)バツYバツ+Y〜Gamma(a+b、θ)

しかし、証拠は見当たりません。誰かがその証拠を教えてくれますか?

編集:Zenに感謝します。また、ウィキペディアのページで特性関数に関する回答を例として見つけました。


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直観:ガンマ分布は、n個の独立した指数分布の合計として発生します。このコンテキストでは、aとbが両方とも正の整数である場合、X + Yのガンマ(a + b 、θ )分布はすぐになります。(n)nバツ+Y(a+b、θ)ab
— whuber

回答:


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証明は次のとおりです。(1)独立したランダム変数の合計の特性関数は、個々の特性関数の積であることを忘れないでください。(2)ここでガンマランダム変数の特性関数を取得します ; (3)簡単な代数をする。

この代数的議論を超えた直感を得るには、whuberのコメントを確認してください。

注: OPは、ガンマランダム変数の特性関数を計算する方法を尋ねました。場合、そして(あなたが扱うことができ、私がこのような場合には、通常の定数として)X∼Exp(λ)i

ψX(t)=E[eitX]=∫0∞eitxλe−λxdx=11−it/λ.

今フーバーのチップを使用する:場合はは、Y = X 1 + ⋯ + X K、X I「sは独立しているE X P(λ = 1 / θ )。したがって、プロパティ(1)を用いて、我々は ψ Y(T )= (1Y∼Gamma(k,θ)Y=X1+⋯+XkXiExp(λ=1/θ)

ψY(t)=(11−itθ)k.

ヒント:結果と証明を見つめながらこれらのことを学ぶことはありません。空腹を保ち、すべてを計算し、自分の証明を見つけようとします。たとえあなたが失敗したとしても、他の誰かの答えに対するあなたの感謝ははるかに高いレベルになります。そして、はい、失敗は大丈夫です:誰も見ていません!数学を学ぶ唯一の方法は、それぞれの概念と結果のために拳で戦うことです。


参照されているステートメントは、「すべてのXiが独立している場合」と明示的に述べています。
— whuber

私が得られない1つのことは、どのようにして特徴的な機能に到達したのですか?
— デクスター

答えに追加します。ご覧ください。
— 禅

おそらく、あなたはの特徴的な機能のための参照などができのための非整数の値は?Γ(a,θ)a
— ディリップサルワテ

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特性関数を使用する必要はありませんが、代わりに統計で他の用途があるいくつかのアイデアを補強する答えがあります。独立したランダム変数の合計の密度は、密度の畳み込みです。したがって、説明を簡単にするためにを使用すると、z > 0、 f X + Y(z )θ=1z>0

fX+Y(z)=∫0zfX(x)fY(z−x)dx=∫0zxa−1e−xΓ(a)(z−x)b−1e−(z−x)Γ(b)dx=e−z∫0zxa−1(z−x)b−1Γ(a)Γ(b)dxnow substitute x=zt and think=e−zza+b−1∫01ta−1(1−t)b−1Γ(a)Γ(b)dtof Beta(a,b) random variables=e−zza+b−1Γ(a+b)

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(+1) It is ideal to have more than one way to prove everything. Maybe someone will post an answer considering the transformation (X,Y)↦(U,V)=(X+Y,X).
— Zen

Can we similarly find the density of X−Y閉じた形の式で?その場合、積分を単純化することはできません。
— ピカチュチャメレオン

@pikachuchameleon私のこの答えをご覧ください。
— ディリップサーワテ16

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よりヒューリスティックなレベルで:If a そして b 整数であり、ガンマ分布はアーラン分布です。 バツ そして Y それぞれの待ち時間を記述する a そして b レート付きポアソン過程での発生 θ。2つの待ち時間バツ そして Y は

  1. 独立した
  2. の待ち時間をまとめる a+b 発生

との待ち時間 a+b 発生は分散ガンマ(a+b、θ)。

これはいずれも数学的な証明ではありませんが、接続の骨に肉を置くので、数学的な証明で肉付けしたい場合に使用できます。

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