Probability HW5

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1

a

以下計算

MX(t)
MX(t)=extfX(x)dx=1ext(0)dx+13ext(14)dx+3ext(0)dx=0+[14text]13+0=e3tet4t

b

已知

MX(k)(0)=E[Xk] 。因此

  • E[X]=MX(0)
  • Var[X]=E[X2]E[X]=MX(0)MX(0)

以下計算

E[X]
E[X]=MX(0)=limt0(3e3t+et)(4t)(e3tet)(4)(4t)2=limt0t(3e3t+et)(e3tet)4t2=Hlimt0(3e3t+et)+t(9e3tet)(3e3t+et)8t=limt0t(9e3tet)8t=Hlimt0(9e3tet)+t(27e3t+et)8=1

以下計算

Var[X]
Var[X]=MX(0)MX(0)=limt0(9t26t+2)e4tt22t24t3et1=Hlimt0(36t26t+2)e4t2t24et(3t2+t3)1=Hlimt0(144t2+48t+2)e4t24et(6t+6t2+t3)1=Hlimt0(576t2+488t+56)e4t4et(6+18t+9t2+t3)1=43

2

a

顯然這是

n=7,p=0.75 的 Binomial distribution 。因此
Pr(X=x)={(7x)(34)x(14)7x,if x{0,1,2,3,4,5,6,7}0,else

b

顯然這是 Geometric distribution 。解

pex1(1p)ex=ex2ex

得到

p=0.5 ,因此
Pr(X=x)={2x,if xN0,else

c

顯然這是

λ=3 的 Poisson distribution 。因此
Pr(X=x)={3xx!e3,if xN or x=00,else

3

a

已知

fX1(x)=fX2(x)={0.5,if x[0,2]0,else

可以推導出

fX1(tx)={0.5,if x[t2,t]0,else

因此

  • x<0
    fX1+X2(t)=002 dx=0
  • x[0,2]
    fX1+X2(t)=0t0.52 dx=t4
  • x[2,4]
    fX1+X2(t)=t40.52 dx=1t4
  • x>4
    fX1+X2(t)=402 dx=0

答案為

fX1+X2(t)={t4,if t[0,2]1t4,if t[2,4]0,else

b

已知

Z=3Y1+4Y2=N(3μY1+4μY2,32σY12+42σY22)=N(19,180) 。 因此
Pr(Z>20)=112(1+erf(20191802))=112(1+erf(1360))0.47029

4

a

已知

Pr(X>πμ)=Pr(Xμ>(π1)μ)Pr(|Xμ|>(π1)μ)μ((π1)μ)2=1(π1)2μ

所以

Pr(X>πμ)1(π1)2μ

b

H(n) 表示執行
n
次演算法正確的次數。根據 Hoeffding's inequality 若
a[0,1]
,則有
Pr(H(n)(pa)n)exp(2a2n)

在此例中

p=0.5+δ ,並且若
H(n)n/2
則預測失敗。解
(pa)n=n/2
得到
a=δ
。故預測失敗的機率為
Pr(H(n)n2)exp(2δ2n)

n(1/2)δ2ln(ε1) 時,預測失敗的機率將為
Pr(H(n)n2)exp(2δ2n)exp(2δ212δ2ln(1ε))=ε

故得知失敗機率至多為

ε ,亦即預測成功機率至少為
1ε
。 Q.E.D 。

5

a

已知

fXi(x)1 ,因此
E[exp(tXi)]=etxfXi(x)dxetx1dx=1t

b

I don't know.