关于独立随机变量Zₙ与Z的期望比较及相关条件意义的技术咨询
大家好,我最近在处理一个概率问题时遇到了瓶颈,想请教一下各位的思路:
问题设定
设$X,Y$是非零独立随机变量,其中$X$的期望为0,它们的分布分别记为$\mu,\nu$。题目给出了一个关键条件:
$$0 < \lim_{x\to 0+} \frac{\nu(-x,x)}{x} = a< \infty$$
我们定义序列随机变量$Z_n = \frac{X}{|Y| + 1/n}$,以及$Z = \lim_{n\to\infty} Z_n$(显然$Z_n$几乎处处收敛到$Z = \frac{X}{|Y|}$)。现在需要分析并比较$E[Z_n]$和$E[Z]$的关系。
我已经完成的推导
对于每个$Z_n$,我能确定它的期望是0:因为$\frac{1}{|Y| + 1/n} \leq n$,所以$E\left[\frac{1}{|Y| + 1/n}\right] \leq n < \infty$;又因为$X$和$\frac{1}{|Y| + 1/n}$独立,且$E[X]=0$,根据独立随机变量乘积的期望性质(当两个变量的期望都有限时成立),可以得到:
$$E\left[\frac{X}{|Y| + 1/n}\right] = E[X] \cdot E\left[\frac{1}{|Y|+1/n}\right] = 0$$
但到了$Z = \frac{X}{|Y|}$这里,我就卡住了:因为$E\left[\frac{1}{|Y|}\right]$不一定有限,所以不能直接套用上面的结论。我尝试用变换定理和富比尼定理来展开期望:
$$E\left[\frac{X}{|Y|}\right] = \int_{\mathbb R^2} \frac{x}{|y|} d (\mu \otimes\nu) = \int_{\mathbb R} \int_{\mathbb R} \frac{x}{|y|} d\mu(x) d\nu(y)$$
不过这里因为积分不满足绝对收敛的条件,所以没法把这个二重积分拆成两个单积分的乘积,自然也就没法利用$E[X] = \int_{\mathbb R}x d\mu(x) = 0$这个条件。
我的疑问
- 这种情况下,应该如何处理$E[Z]$的存在性或者具体取值?有没有办法证明它也是0,或者说明它不存在?
- 题目给出的那个极限条件到底有什么作用?它能帮助我们得到关于$\frac{1}{|Y|}$的期望或者积分性质吗?比如能不能判断$E\left[\frac{1}{|Y|}\right]$是否有限,或者给它的积分行为提供约束?
麻烦各位大佬给点提示或者思路,谢谢大家!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者mathhello

