우리는 랜덤 변수들의 스트림 합계하자 X I I I D ~ U ( 0 , 1 )
X 1 + X 2 + ⋯ + X Y > 1.
Y 의 평균이
E ( Y ) = e = 10 ! +11 ! +12 ! +13 ! +…
우리는 랜덤 변수들의 스트림 합계하자 X I I I D ~ U ( 0 , 1 )
X 1 + X 2 + ⋯ + X Y > 1.
Y 의 평균이
E ( Y ) = e = 10 ! +11 ! +12 ! +13 ! +…
답변:
첫 번째 관찰 : Y
확률 질량 함수 P Y ( N은 )
누적 분포 F Y ( n ) = Pr ( Y ≤ n )은
두 번째 관찰 : Y
분명히 Y는
E ( Y ) = ∞ ∑ n = 0 ˉ F Y ( n ) = ∞ ∑ n = 0 ( 1 - F Y ( n ) )
실제로 Pr ( Y = 0 ) 과 Pr ( Y = 1 ) 은 모두 0이므로 처음 두 항은 E ( Y ) = 1 + 1 + … 입니다.
후자의 경우와 같이 F Y ( n ) 이 ∑ n i = 1 X i > 1 일 확률 이면 어떤 이벤트가 ˉ F Y ( n ) 일까요?
Third observation: the (hyper)volume of an n
The n
예를 들어, x 1 + x 2 ≤ 1 인 위의 2 단순 은 영역 1을 갖습니다.
증명 직접 설명 이벤트의 확률에 대한 적분의 평가에 의해 진행하는 것이 ˉ F Y ( N ) , 2 개 개의 다른 인자에 대한 링크는, 볼 이 수학 SE 쓰레드 . 관련 스레드도 관심 이있을 수 있습니다. e 와 n -simplexes 볼륨 의 합계 사이에 관계가 있습니까?
Fix n≥1
Given the sequence U1,U2,…,Un
U1=X1
If Ui+1≥Ui
Otherwise, Ui+Xi+1>1
There is exactly one sequence in which the Ui
Pr(Y>n)=Pr(X1+X2+⋯+Xn≤1)=Pr(X1+X2+⋯+Xn<1)=1n!.
This yields the probabilities for the entire distribution of Y
Pr(Y=n)=Pr(Y>n−1)−Pr(Y>n)=1(n−1)!−1n!=n−1n!.
Moreover,
E(Y)=∞∑n=0Pr(Y>n)=∞∑n=01n!=e,
QED.
In Sheldon Ross' A First Course in Probability there is an easy to follow proof:
Modifying a bit the notation in the OP, Uiiid∼U(0,1) and Y the minimum number of terms for U1+U2+⋯+UY>1, or expressed differently:
Y=min{n:n∑i=1Ui>1}
If instead we looked for:
Y(u)=min{n:n∑i=1Ui>u}
We can apply the following general properties for continuous variables:
E[X]=E[E[X|Y]]=∫∞−∞E[X|Y=y]fY(y)dy
to express f(u) conditionally on the outcome of the first uniform, and getting a manageable equation thanks to the pdf of X∼U(0,1), fY(y)=1. This would be it:
f(u)=∫10E[Y(u)|U1=x]dx
If the U1=x we are conditioning on is greater than u, i.e. x>u, E[Y(u)|U1=x]=1. If, on the other hand, x<u, E[Y(u)|U1=x]=1+f(u−x), because we already have drawn 1 uniform random, and we still have the difference between x and u to cover. Going back to equation (1):
f(u)=1+∫x0f(u−x)dx
If we differentiate both sides of this equation, we can see that:
f′(u)=f(u)⟹f′(u)f(u)=1
with one last integration we get:
log[f(u)]=u+c⟹f(u)=keu
We know that the expectation that drawing a sample from the uniform distribution and surpassing 0 is 1, or f(0)=1. Hence, k=1, and f(u)=eu. Therefore f(1)=e.