Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda feddy » 01/05/2018, 15:10

Ciao a tutti,
ho svolto un esercizio di processi stocastici (che per la verità altro non è che teoria della misura, ed è il motivo per cui ho postato qui) che mi sembra fin troppo semplice.

Eccolo:
Dato uno spazio probabilizzato $(\Omega, \mathcal{F}, \mathbb{P})$ e una sub-sigma algebra $\mathcal{D} \subset \mathcal{F}$, consideriamo la sequenza ${Y_n}_{n \geq 0}$ di variabili aleatorie definite su $(\Omega, \mathcal{F}, \mathbb{P})$ e tali che $Y_n \uarr Y \text{ q.c.}$, con $Y$ tale che $\mathbb{E}[Y] < + \infty$.

Provare che $\mathbb{E}[Y_n | \mathcal{D}] \rarr \mathbb{E}[Y|\mathcal{D}]$


$ \mathbb{E}[Y|\mathcal{D}]$ è l'aspettazione condizionale.

Proof:
Dalle ipotesi appare evidente che vada usato Beppo-Levi.
Per l'aspettazione condizionale è noto che $E(Y_n|\mathcal{F}) \rarr E(Y|\mathcal{F}) $ per una sequenza $Y_n$ crescente di funzioni misurabili convergente a $Y$.(Beppo Levi) (in questo caso banalmente lo sono perché le variabili aleatorie altro non sono che funzioni misurabili).
Vale inoltre il cosiddetto 'lemma della torre', cioè se $\mathcal{D} \subset \mathcal{F}$, allora $E(E(Y|\mathcal{F})|\mathcal{D}))=E(Y|\mathcal{D})$


Quindi, poichè le ipotesi per la convergenza monotona sono verificate, vale
$E(Y_n|\mathcal{F}) \rarr_{n \rarr +\infty} E(Y|\mathcal{F}) \text{ q.c.}$


La mia idea era dunque di considerare
$E(E(Y_n|\mathcal{F})|\mathcal{D})) \rarr E(E(Y|\mathcal{F})|\mathcal{D}))$


Ma il membro di sinistra è uguale a
$E(Y_n | \mathcal{D})$


Mentre il membro di destra è
$E(Y|\mathcal{D})$


E per cui l'asserto è dimostrato.

Sinceramente mi sembra fin troppo semplice, e questo non mi piace. Gradirei un vostro parere a riguardo
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda dissonance » 01/05/2018, 22:42

Non sono in grado di controllare la tua dimostrazione adesso, ma non mi pare sorprendente che sia facile. Ha l'aria di una cosa piuttosto ovvia in verità. Queste aspettazioni condizionali hanno grosso modo le stesse proprietà del valore atteso "standard".
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda feddy » 02/05/2018, 07:50

Ciao dissonance, sí addirittura come ho scritto all'inizio del post, valeva la tesi per la sigma algebra $/mathcal{F}$, quindi il gioco stava nel farla valere per la sua sub-sigma algebra. Quello che mi fa storcere un po' il naso è che non mi sembra serva l'ipotesi $E[Y] < \+infty$...
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda dissonance » 02/05/2018, 09:00

Probabilmente il testo richiede \(E(Y)<+\infty\) nella definizione di \(E(Y|\mathcal D)\).
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda Bremen000 » 02/05/2018, 11:08

dissonance ha scritto:Probabilmente il testo richiede \(E(Y)<+\infty\) nella definizione di \(E(Y|\mathcal D)\).


Confermo, ho sempre visto chiedere almeno la semi integrabilità inferiore proprio nella definizione.

P.S. : la dimostrazione l'ho guardata di sfuggita ma mi sembra che ci sia qualcosa che non va, temo tu stia dimostrando la tesi con la tesi.
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda feddy » 02/05/2018, 11:42

Grazie a tutti e due! :)

Un'altra via che mi era venuta in mente era definire la sequenza di v.a. $Z_n=Y-Y_n$. Allora si ha che $Z_n \darr 0 \text{ q.c.}$, perciò (proprietà dell'integrale di Lebesgue) $E(Z_n) \darr 0$. Inoltre è evidente che $Z_n \geq Z_{n+1}$, perciò $E(Z_n | D)\geq E(Z_{n+1}|D)$.

Perciò la successione $E(Z_n|D)$ è decrescente e c'è convergenza quasi certa a una v.a. $X\geq0$, da cui, via convergenza monotona, si ha $E((E(Z_n|D)))=E(X)$ e, per il 'lemma della torre', vale $E(X)= lim_{n rarr \infty} E(Z_n)=0 \text{ q.c}$. Perciò $E(Y_n|D) \rarr E(Y|D) \text{ q.c.}$
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda Bremen000 » 02/05/2018, 13:28

Ho letto con più attenzione:

feddy ha scritto:Per l'aspettazione condizionale è noto che $E(Y_n|\mathcal{F}) \rarr E(Y|\mathcal{F}) $ per una sequenza $Y_n$ crescente di funzioni misurabili convergente a $Y$.(Beppo Levi) (in questo caso banalmente lo sono perché le variabili aleatorie altro non sono che funzioni misurabili).


Ma in realtà $ \mathbb{E}[Y_n | \mathcal{F} ] = Y_n $ per ogni $n \in NN$ e quella scrittura non è sensata perché ci va messo un "q.c." o specificato qualche altro tipo di convergenza.

feddy ha scritto:Vale inoltre il cosiddetto 'lemma della torre', cioè se $ \mathcal{D} \subset \mathcal{F} $, allora $ E(E(Y|\mathcal{F})|\mathcal{D}))=E(Y|\mathcal{D}) $


Qui, per lo stesso motivo di prima, è tautologico.

feddy ha scritto:La mia idea era dunque di considerare
$ E(E(Y_n|\mathcal{F})|\mathcal{D})) \rarr E(E(Y|\mathcal{F})|\mathcal{D})) $



Ma questa è la tesi, quindi non puoi dirlo.

feddy ha scritto:Perciò la successione $ E(Z_n|D) $ è decrescente e c'è convergenza quasi certa a una v.a. $ X\geq0 $, da cui, via convergenza monotona, si ha $ E((E(Z_n|D)))=E(X) $


Qui manca un limite ma è ok.

feddy ha scritto: e, per il 'lemma della torre', vale $ E(X)= lim_{n rarr \infty} E(Z_n)=0 \text{ q.c} $. Perciò $ E(Y_n|D) \rarr E(Y|D) \text{ q.c.} $


Qua non puoi dirlo, praticamente hai solo riscritto le ipotesi in una maniera complicata e hai concluso che vale la tesi.

Il punto di partenza non è sbagliato.

1. La successione di v.a. $ \{ \mathbb{E}[Y_n | \mathcal{D} ] \}_{n \in NN} $ è non decrescente e $\mathcal{D}$ - misurabile ergo ammette un limite $\mathcal{D}$ - misurabile, chiamiamolo $Z$.

2. Bisogna mostrare che $Z = \mathbb{E}[Y | \mathcal{D} ]$ (q.c.). Si ha

$$ \mathbb{E}[Z \chi_D ] = \mathbb{E}[ \lim_{n \to \infty} \mathbb{E}[Y_n | \mathcal{D}] \chi_D] \overset{\text{B.L.}}{=} \lim_{n \to \infty} \mathbb{E}[\mathbb{E}[Y_n | \mathcal{D}] \chi_D] \overset{\text{def}}{=}\lim_{n \to \infty} \mathbb{E}[Y_n\chi_D] \overset{\text{B.L.}}{=} \mathbb{E}[\lim_{n \to \infty} Y_n \chi_D] \overset{\text{ip}}{=} \mathbb{E}[Y\chi_D] $$

per ogni $D \in \mathcal{D}$.

Quindi $Z$ soddisfa la definizione di valore atteso condizionato.
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda feddy » 02/05/2018, 14:42

Azz sulla prima dimostrazione stavo proprio dormendo quando l'ho scritta ! Grazie di avermelo fatto notare.

Per la seconda mi è tutto chiaro, rileggendomi mi rendo conto di non aver scritto per nulla bene quello che intendevo. Grazie ancora :)
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Re: Esercizio con aspettazione condizionale e convergenza monotona

Messaggioda Bremen000 » 02/05/2018, 20:48

Di nulla, è anche la prima volta che sul forum si parla di processi stocastici (o cose affini ad essi) che almeno mi rinfresco la memoria!
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