इसका वितरण


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एक नियमित अभ्यास के रूप में, मैं इसके वितरण को खोजने की कोशिश कर रहा हूं X2+Y2 कहाँ पे X तथा Y स्वतंत्र हैं U(0,1) यादृच्छिक चर।

का संयुक्त घनत्व (X,Y) है

fX,Y(x,y)=10<x,y<1

ध्रुवीय निर्देशांक में बदलना (X,Y)(Z,Θ) ऐसा है कि

X=ZcosΘ and Y=जेडपापΘ

इसलिए, z=एक्स2+y2 तथा 0<एक्स,y<10<z<2

कब 0<z<1, हमारे पास है 0<क्योंकिθ<1,0<पापθ<1 ताकि 0<θ<π2

कब 1<z<2, हमारे पास है zcosθ<θ>cos1(1z), जैसा क्योंकिθ पर घट रहा है θ[0,π2]; तथाzपापθ<1θ<पाप-1(1z), जैसा पापθ बढ़ता जा रहा है θ[0,π2]

के लिए 1<z<2, हमारे पास है क्योंकि-1(1z)<θ<पाप-1(1z)

परिवर्तन के जकोबियन का पूर्ण मूल्य है

|जे|=z

इस प्रकार के संयुक्त घनत्व (जेड,Θ) द्वारा दिया गया है

fZ,Θ(z,θ)=z1{z(0,1),θ(0,π/2)}{z(1,2),θ(cos1(1/z),sin1(1/z))}

घालमेल करना θ, हम पीडीएफ प्राप्त करते हैं Z जैसा

fZ(z)=πz210<z<1+(πz22zcos1(1z))11<z<2

क्या मेरा तर्क सही है? किसी भी मामले में, मैं इस पद्धति से बचना चाहूंगा और इसके बजाय cdf खोजने का प्रयास करूंगाZसीधे। लेकिन मैं मूल्यांकन करते समय वांछित क्षेत्रों को नहीं खोज सकाPr(Yz2X2) ज्यामितीय।

संपादित करें।

मैंने वितरण समारोह खोजने की कोशिश की Z जैसा

FZ(z)=Pr(Zz)=Pr(X2+Y2z2)=x2+y2z210<x,y<1dxdy

गणितज्ञ कहते हैं कि इसे कम करना चाहिए

FZ(z)={0, if z<0πz24, if 0<z<1z21+z22(sin1(1z)sin1(z21z)), if 1<z<21, if z>2

जो सही अभिव्यक्ति की तरह दिखता है। फर्कFZ मामले के लिए 1<z<2 हालांकि एक अभिव्यक्ति है जो आसानी से पीडीएफ मैं पहले से ही प्राप्त करने के लिए सरल नहीं लाता है।

अंत में, मुझे लगता है कि मेरे पास CDF के लिए सही चित्र हैं:

के लिये 0<z<1 :

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

और किसके लिए 1<z<2 :

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

छायांकित हिस्से क्षेत्र के क्षेत्र को इंगित करने वाले हैं

{(x,y):0<x,y<1,x2+y2z2}

तस्वीर तुरंत उपज देती है

FZ(z)=Pr(z2X2Yz2X2)={πz24, if 0<z<1z21+z211z2x2dx, if 1<z<2

, जैसा कि मैंने पहले पाया था।


1
सीडीएफ को सीधे खोजने के लिए, संकेतक कार्यों का उपयोग करें। के लियेz0,
Pr(X2+Y2z)=0101I(x2+y2z2)dxdy.
बाकी विशुद्ध रूप से बीजगणितीय हेरफेर है। (संपादित करें:। मैं देख रहा हूँ @ शीआन सिर्फ उसके जवाब में बीजगणित पोस्ट)
whuber

1
संपादन संपादित करें: मैं कई अलग-अलग अभिव्यक्तियाँ भी प्राप्त करता हूँ और (उपयोग करते हुए FullSimplify) वे गणित के विभिन्न सूत्रों को सरल बनाते हैं । हालांकि, वे बराबर हैं। यह उनके अंतर की साजिश को आसानी से दिखाया गया है। जाहिर है कि गणितज्ञ यह नहीं जानता हैtan1(z21)=sec1(z) कब 1<z<2
whuber

1
सतह के किनारे, r2x2, आपकी अंतिम तस्वीर में केंद्र (0,0) के साथ एक (अर्ध) सर्कल होना चाहिए। इस प्रकार अवतल (वर्तमान में खींचा गया) उत्तल के बजाय।
सेक्टस एम्पिरिकस

जवाबों:


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कि पीडीएफ सही है एक साधारण सिमुलेशन द्वारा जाँच की जा सकती है

samps=sqrt(runif(1e5)^2+runif(1e5)^2)
hist(samps,prob=TRUE,nclass=143,col="wheat")
df=function(x){pi*x/2-2*x*(x>1)*acos(1/(x+(1-x)*(x<1)))}
curve(df,add=TRUE,col="sienna",lwd=3)

enter image description here

चरों के ध्रुवीय परिवर्तन के बिना cdf को ढूंढना

Pr(X2+Y2z)=Pr(X2+Y2z2)=Pr(Y2z2X2)=Pr(Yz2X2,Xz)=EX[z2X2I[0,min(1,z)](X)]=0min(1,z)z2x2dx=z20min(1,z1)1y2dy[x=yz, dx=zdy]=z20min(π/2,cos1z1)sin2θdθ[y=cos(θ), dy=sin(θ)dθ]=z22[min(π/2,cos1z1)sin{min(π/2,cos1z1)}cos{min(π/2,cos1z1}]=z22{π/2 if z<1cos1z1sin{cos1z1)}z1 if z1=z22{π/2 if z<1cos1z11z2z1 if z1
which ends up with the same complexity! (Plus potential mistakes of mine along the way!)

The case 1z<2 is where it gets a bit fuzzy. I guess I don't end up with the correct pdf differentiating the expression for z1.
StubbornAtom

2

fz(z) :

So, for 1z<2, we have cos1(1z)θsin1(1z)

You can simplify your expressions when you use symmetry and evaluate the expressions for θmin<θ<π4. Thus, for half of the space and then double the result.

Then you get:

P(Zr)=20rz(θminπ4dθ)dz=0rz(π22θmin)dz

and your fz(z) is

fz(z)=z(π22θmin)={z(π2) if 0z1z(π22cos1(1z)) if 1<z2

Fz(z) :

You can use the indefinite integral:

zcos1(1z)=12z(zcos1(1z)11z2)+C

note dducos1(u)=(1u2)0.5

This leads straightforward to something similar as Xi'ans expression for Pr(Zz) namely

if 1z2 then:

Fz(z)=z2(π4cos1(1z)+z111z2)

The relation with your expression is seen when we split up the cos1 into two cos1 expressions, and then converted to different sin1 expressions.

for z>1 we have

cos1(1z)=sin1(11z2)=sin1(z21z)

and

cos1(1z)=π2sin1(1z)

so

cos1(1z)=0.5cos1(1z)+0.5cos1(1z)=π40.5sin1(1z)+0.5sin1(z21z)

which results in your expression when you plug this into the before mentioned Fz(z) for 1<z<2


1

के लिये 0z1, पी(एक्स2+Y2z) त्रिज्या के क्वार्टर-सर्कल का क्षेत्रफल है z जो है 14πz2। अर्थात्,

के लिये 0z1, क्वार्टर-सर्कल का क्षेत्र=πz24=पी(एक्स2+Y2z)

के लिये 1<z2वह क्षेत्र जिस पर हमें खोजने के लिए एकीकृत करने की आवश्यकता है पी(एक्स2+Y2z)दो सही त्रिकोण में विभाजित किया जा सकता है (उनमें से एक में कोने हैं (0,0),(0,1) तथा (z2-1,1) जबकि दूसरे में कोने हैं (0,0),(1,0) तथा (1,z2-1) ) together with a sector of a circle of radius z and included angle π22arccos(1z). The area of this region (and hence the value of (P(X2+Y2z)) is easily found. We have that for 1<z2,

area of region=area of two triangles plus area of sector=z21+12z2(π22arccos(1z))=πz24+z21z2arccos1z=(P(X2+Y2z)
which is the result in Martijn Wetering's answer.

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