3.10

Случайное блуждание: подсчёт траекторий

[5/100%]
Показать
LaTeX
Задача 3.10.1

Рассмотрим симметричное простое случайное блуждание SS с S0=0S_{0} = 0. Пусть T=min⁡{n≥1:Sn=0}T = \min \left\{ n \geq 1: S_{n} = 0\right\} — время первого возвращения блуждания в начальную точку. Покажите, что

P(T=2n)=12n−1(2nn)2−2n \mathbb {P}\left(T = 2 n\right) = \frac{1}{2 n-1}\binom {2 n}{n} 2^{-2 n}

и выведите отсюда, что E[Tα]<∞\mathbb {E}\left[T^{\alpha }\right] < \infty тогда и только тогда, когда α<12\alpha < \frac{1}{2}. Может понадобиться формула Стирлинга: nn ! ∼nn+12e−n2π\sim n^{n+\frac{1}{2}} e^{-n} \sqrt{2 \pi }

?
Задача 3.10.2

Для симметричного простого случайного блуждания, начинающегося в 00, покажите, что функция вероятностей максимума удовлетворяет соотношению P(Mn=r)=P(Sn=r)+P(Sn=r+1)\mathbb {P}\left(M_{n} = r\right) = \mathbb {P}\left(S_{n} = r\right)+\mathbb {P}\left(S_{n} = r+1\right) для r≥0r \geq 0.

?
Задача 3.10.3

Для симметричного простого случайного блуждания, начинающегося в 00, покажите, что вероятность того, что первое посещение S2nS_{2 n} происходит в момент времени 2k2 k, равна произведению P(S2k=0)P(S2n−2k=0)\mathbb {P}\left(S_{2 k} = 0\right) \mathbb {P}\left(S_{2 n-2 k} = 0\right), для 0≤k≤n0 \leq k \leq n.

?
Задача 3.10.4

Простое случайное блуждание по целым числам Z\mathbb {Z} делает один шаг вправо с вероятностью pp и в противном случае один шаг влево, где p∈(0,1)p \in (0,1). Предположим, что оно начинается в 0 и имеет поглощающие границы в ±a\pm a. Покажите, что время и место поглощения независимы.

?
Задача 3.10.5

Пусть {Xm:m≥1}\left\{ X_{m}: m \geq 1\right\} — независимые одинаково распределённые случайные величины, принимающие целые значения, такие что P(X1≥−1)=1\mathbb {P}\left(X_{1} \geq -1\right) = 1. Пусть SnS_{n} — (обобщённое) случайное блуждание, заданное как Sn=k+X1+X2+⋯+XnS_{n} = k+X_{1}+X_{2}+\cdots +X_{n}, где k≥0k \geq 0 задано, и пусть T=inf⁡{n≥0:Sn=0}T = \inf \left\{ n \geq 0: S_{n} = 0\right\} — момент первого попадания в 0.

Покажите по индукции, что P(T=n)=(k/n)P(Sn=0)\mathbb {P}\left(T = n\right) = (k / n) \mathbb {P}\left(S_{n} = 0\right) при n≥1,k≥0n \geq 1, k \geq 0.

?