依分布收敛和中心极限定理

依分布收敛

定义 若随机变量序列 {Xn} 对应服从累计分布函数序列 {Fn(x)},而另一个随机变量 X 服从连续的累计分布函数 F(x) ,对于任意 x 满足

limn→∞Fn(x)=F(x)

则称该序列依分布收敛(convergence in distribution)于 X,记作 Xn→dX

定理 若 {Xn} 和 {Yn} 是两个随机变量序列,满足 Xn→dX 和 Yn→pc ,而 g(⋅) 是一个连续函数,则

  1. g(Xn)→dg(X)
  2. Xn+Yn→dX+c
  3. XnYn→dcX
  4. XnYn→dXc if c≠0

特别地,CLT 给出 n(X¯n−μ)→dN(0,σ2) 、WLLN 给出 s2→pσ2,因此

n(X¯n−μ)s2→dN(0,1)

中心极限定理

定理 若 X 是一个随机变量,方差 σ2 有限(因此期望 μ 有限),其 i.i.d 样本设为 {X1,…,Xn},则样本均值 X¯n=1n∑inXi 满足

X¯n−μVar(X¯n)=n(X¯n−μ)σ→dN(0,1)

或

n(X¯n−μ)→dN(0,σ2)

或

X¯n→dN(μ,σ2n)

定理 若 X 是一个随机向量,协方差矩阵 Σ=E[(X−μ)(X−μ)T] 有限,其 i.i.d 样本设为 {X1,…,Xn},则样本均值 X¯n=1n∑inXi 满足

n(X¯n−μ)→dN(0,Σ)