UA MATH564 概率论 QE练习 Glivenko–Cantelli定理
Part a
Notice P(Xi≤t)=F(t),i=1,⋯,n
E[F^n(t)]=E[n1i=1∑nI(Xi≤t)]=n1i=1∑nE[I(Xi≤t)]=n1i=1∑nP(Xi<t)=F(t)
Part b
P(F^n(t)=k/n)=P(n1i=1∑nI(Xi≤t)=q)=P(i=1∑nI(Xi≤t)=k)=Cnk[F(t)]k[1−F(t)]n−k,k=1,⋯,n
This means nF^n(t)∼Binom(n,F(t)).
Part c
Calculate
E[F^n(t)]=n1E[nF^n(t)]=F(t)Var(F^n(t))=n21Var(nF^n(t))=nF(t)[1−F(t)]
By CLT,
nF(t)[1−F(t)]F^n(t)−F(t)→dN(0,1)⇒n[F^n(t)−F(t)]→dN(0,F(t)[1−F(t)])
Glivenko–Cantelli定理
Glivenko–Cantelli定理说的是当n→∞时,F^n收敛到F。上面的题目提到了,对于给定的t,F^n(t)会收敛到F(t),因为
Var(F^n(t))=nF(t)[1−F(t)]→0, as n→∞
因此F^n(t)−F(t)→L20。一个从分析出发的证明会显得更简单,经验分布的性质说明
∣F^n(xj)−F(xj)∣≤n1,∀j=1,⋯,n−1
下面估计
sup∣F^n(x)−F(x)∣≤max∣F^n(xj)−F(xj)∣+n1
当n→∞时,max∣F^n(xj)−F(xj)∣→0,因此F^n→L∞F。