利用闵可夫斯基不等式证明无有限方差假设的弱大数定律的方法咨询
你的这个思路完全没问题,而且是非常直接有效的方法!咱们一步步拆解来看你的推导,确认每一步的合理性:
问题回顾
设$X_1,\cdots,X_n$是独立同分布的随机变量,满足对每个$1\leq j\leq n$,$\mathbb{E}(X_j)=0$,且存在$1<p<2$使得$(E(|X_j|p)){1/p}=M<\infty$。令$S_n=X_1+\cdots+X_n$,证明对任意$\delta>0$,当$n\to\infty$时,$P(|S_n/n|>\delta)\to0$。这是不需要有限方差假设的弱大数定律。
你的推导合理性验证
马尔可夫不等式的应用
你对$|S_n|^p$应用马尔可夫不等式,得到:
$$P(|S_n|^p \geq (\delta n)^p) = P(|S_n| \geq \delta n) \leq \frac{\mathbb{E}[|S_n|^p]}{(\delta n)^p}$$
这一步完全正确,马尔可夫不等式对所有非负随机变量都适用,而$|S_n|^p$显然是非负的,满足应用条件。闵可夫斯基不等式的使用
因为$X_j$独立同分布且期望为0,你用闵可夫斯基不等式($L^p$空间的三角不等式,当$p\geq1$时成立,这里$1<p<2$刚好满足)得到:
$$ (\mathbb{E}[|S_n|p]){1/p} \leq \sum_{j=1}^n (\mathbb{E}[|X_j|p]){1/p} = nM. $$
这里要说明的是,闵可夫斯基不等式并不要求变量独立,只要它们属于$L^p$空间即可,而题目中已经明确每个$X_j$的$p$阶矩有限,所以这个应用是完全合理的。收敛性的最终推导
由上面的不等式进一步推导:
$$ \frac{\mathbb{E}[|S_n|^p]}{(\delta n)^p} = \left( \frac{(\mathbb{E}[|S_n|p]){1/p}}{\delta n} \right)^p \leq \left( \frac{nM}{\delta n} \right)^p = \left( \frac{M}{\delta} \right)^p \cdot \frac{1}{n^{p-1}} $$
由于$1<p<2$,可知$p-1>0$,当$n\to\infty$时,$\frac{1}{n^{p-1}}$会趋近于0,因此:
$$ P\left(\frac{|S_n|}{n} \geq \delta\right) \leq \left( \frac{M}{\delta} \right)^p \cdot \frac{1}{n^{p-1}} \to 0$$
整个逻辑链完整且严谨,完美完成了证明。
关于测度论方法的疑问
其实你的方法已经是简洁高效的最优选择之一了。如果非要从纯测度论角度尝试,也可以考虑截断随机变量的方法:比如令$X_{j,n}=X_j I_{|X_j|\leq n}$($I$为指示函数),然后将$S_n$分解为截断部分的和与非截断部分的和,分别估计两部分的概率上界。不过这种方法步骤会繁琐很多,远不如你当前的马尔可夫+闵可夫斯基的组合来得直接。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Hector Lombard




