Сумма двух независимых гамма-случайных величин


13

Согласно статье в Википедии о гамма-распределении :

Если X∼Gamma(a,θ) и Y∼Gamma(b,θ) , где X и Y - независимые случайные величины, то X+Y∼Gamma(a+b,θ) .

Но я не вижу никаких доказательств. Кто-нибудь может указать мне на его доказательство, пожалуйста?

Изменить: Большое спасибо Zen, а также я нашел ответ в качестве примера на странице Википедии о характерных функциях .


3
Интуиция: гамма- распределения возникают как суммы n независимых экспоненциальных распределений, поэтому в этом контексте сразу же X + Y будет иметь гамма- распределение ( a + b , θ ) при условии, что a и b оба являются положительными целыми числами. (n)nX+Y(a+b,θ)ab
— whuber

Ответы:


15

Доказательство состоит в следующем: (1) Помните, что характеристическая функция суммы независимых случайных величин является произведением их индивидуальных характеристических функций; (2) Получить характеристическую функцию гамма-случайной величины здесь ; (3) Делаем простую алгебру.

Чтобы получить некоторую интуицию за пределами этого алгебраического аргумента, проверьте комментарий Уубера.

Примечание: ОП спросил, как вычислить характеристическую функцию гамма-случайной величины. Если , то ( в данном случае вы можете рассматривать i как обычную постоянную)X∼Exp(λ)i

ψX(t)=E[eitX]=∫0∞eitxλe−λxdx=11−it/λ.

Теперь воспользуйтесь подсказкой Хубера: если , то Y = X 1 + ⋯ + X k , где X i являются независимыми E x p ( λ = 1 / θ ) . Поэтому, используя свойство (1), имеем ψ Y ( t ) = ( 1Y∼Gamma(k,θ)Y=X1+⋯+XkXiExp(λ=1/θ)

ψY(t)=(11−itθ)k.

Совет: вы не будете изучать эти вещи, глядя на результаты и доказательства: оставайтесь голодными, вычисляйте все, пытайтесь найти свои собственные доказательства. Даже если вы потерпите неудачу, ваша оценка чужого ответа будет на гораздо более высоком уровне. И да, терпеть неудачу - это нормально: никто не смотрит! Единственный способ выучить математику - это кулачный бой за каждую концепцию и результат.


Упомянутое утверждение явно гласит: «при условии, что все Си независимы».
— whuber

Хотя я не понимаю, как мы пришли к характерным функциям?
— Dexter12

Я добавлю это к ответу. Взглянем.
— Дзен

Возможно, вы можете включить ссылку на характеристическую функцию для нецелых значений a ? Γ(a,θ)a
— Дилип

14

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)

3
(+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 in a closed form expression? I'm unable to simplify the integrals in that case.
— pikachuchameleon

@pikachuchameleon See this answer of mine.
— Dilip Sarwate

3

On a more heuristic level: If a and b are integers, the Gamma distribution is an Erlang distribution, and so X and Y describe the waiting times for respectively a and b occurrences in a Poisson process with rate θ. The two waiting times X and Y are

  1. independent
  2. sum up to a waiting time for a+b occurrences

and the waiting time for a+b occurrences is distributed Gamma(a+b,θ).

None of this is a mathematical proof, but it puts some flesh on the bones of the connection, and can be used if you want to flesh it out in a mathematical proof.

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.