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千葉大学 融合理工学府 数学情報科学専攻 数学・情報数理学コース 2017年8月実施 専門 B8

Author

祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)

Description

XjX_j は独立な Bernoulli(p)(p) 確率変数(0<p<10<p<1)とし、

Ym+=j=1mXj,Ym=j=1m(1)j1Xj,Zm=min{n:Yn+m}Y_m^+=\sum_{j=1}^mX_j,\quad Y_m^-=\sum_{j=1}^m(-1)^{j-1}X_j,\quad Z_m=\min\{n:Y_n^+\ge m\}

と定める。(1) Ym+,YmY_m^+,Y_m^- の平均・分散を求めよ。(2) Cov(Ym+,Yn)\operatorname{Cov}(Y_m^+,Y_n^-) を求めよ。(3) P(Z1=k)=(1p)k1pP(Z_1=k)=(1-p)^{k-1}p を示せ。(4) P(Zm=k)P(Z_m=k) を求めよ。

题目描述

独立 Bernoulli(p)(p) 变量的普通部分和、交错部分和及第 mm 次成功出现时刻按上式定义。(1) 求两种部分和的均值与方差。(2) 求它们的协方差。(3) 证明首次成功等待时间服从几何分布。(4) 求第 mm 次成功时刻的概率分布。

Kai

(1) E[Xj]=pE[X_j]=p, Var(Xj)=p(1p)\operatorname{Var}(X_j)=p(1-p) と独立性から

E[Ym+]=mp,E[Ym]=1(1)m2p,Var(Ym+)=Var(Ym)=mp(1p).E[Y_m^+]=mp,\quad E[Y_m^-]=\frac{1-(-1)^m}{2}p,\quad \operatorname{Var}(Y_m^+)=\operatorname{Var}(Y_m^-)=mp(1-p).

(2) 異なる添字の共分散は零なので、r=min(m,n)r=\min(m,n) とおくと

Cov(Ym+,Yn)=p(1p)j=1r(1)j1=1(1)r2p(1p).\operatorname{Cov}(Y_m^+,Y_n^-) =p(1-p)\sum_{j=1}^r(-1)^{j-1} =\frac{1-(-1)^r}{2}p(1-p).

(3) {Z1=k}={X1==Xk1=0,Xk=1}\{Z_1=k\}=\{X_1=\cdots=X_{k-1}=0,X_k=1\}。独立性により確率は (1p)k1p(1-p)^{k-1}p

(4) k<mk<m では 00kmk\ge m では、最初の k1k-1 回にちょうど m1m-1 回成功し、第 kk 回に成功すればよいから

P(Zm=k)=(k1m1)pm(1p)km(km).\boxed{P(Z_m=k)=\binom{k-1}{m-1}p^m(1-p)^{k-m}\quad(k\ge m)}.