Answer on Question #70766 – Math – Statistics and Probability
Question
1. Suppose X X X and Y Y Y are independent continuous random variables. Show that E [ X ∣ Y = y ] = E [ X ] E[X|Y = y] = E[X] E [ X ∣ Y = y ] = E [ X ] for all y y y .
Solution
E [ X ∣ Y = y ] = ∣ b y d e f i n i t i o n ∣ = ∑ i x i P { X = x i ∣ Y = y } = ∑ i x i P { X = x i } = E [ X ] . E[X|Y = y] = |by\ definition| = \sum_{i} x_{i} P\{X = x_{i}|Y = y\} = \sum_{i} x_{i} P\{X = x_{i}\} = E[X]. E [ X ∣ Y = y ] = ∣ b y d e f ini t i o n ∣ = i ∑ x i P { X = x i ∣ Y = y } = i ∑ x i P { X = x i } = E [ X ] . Question
2. The joint density of X X X and Y Y Y is
f ( x , y ) = ( y 2 − x 2 ) e − y , 0 < y < ∞ , − y ≤ x ≤ y . f(x, y) = (y^{2} - x^{2}) e^{-y}, \quad 0 < y < \infty, \quad -y \leq x \leq y. f ( x , y ) = ( y 2 − x 2 ) e − y , 0 < y < ∞ , − y ≤ x ≤ y .
Show that E [ X ∣ Y = y ] = 0 E[X|Y = y] = 0 E [ X ∣ Y = y ] = 0 .
Solution
E [ X ∣ Y = y ] = ∫ − ∞ ∞ x f ( x , y ) f Y ( y ) d x . E[X|Y = y] = \int_{-\infty}^{\infty} x \frac{f(x, y)}{f_{Y}(y)} dx. E [ X ∣ Y = y ] = ∫ − ∞ ∞ x f Y ( y ) f ( x , y ) d x . f Y ( y ) = ∫ − ∞ ∞ f ( x , y ) d x = ∫ − y y ( y 2 − x 2 ) e − y d x = x y 2 e − y ∣ − y y − x 3 e − y 3 ∣ − y y = 4 3 e − y y 3 . f_{Y}(y) = \int_{-\infty}^{\infty} f(x, y) dx = \int_{-y}^{y} (y^{2} - x^{2}) e^{-y} dx = x y^{2} e^{-y} \Big|_{-y}^{y} - \frac{x^{3} e^{-y}}{3} \Big|_{-y}^{y} = \frac{4}{3} e^{-y} y^{3}. f Y ( y ) = ∫ − ∞ ∞ f ( x , y ) d x = ∫ − y y ( y 2 − x 2 ) e − y d x = x y 2 e − y ∣ ∣ − y y − 3 x 3 e − y ∣ ∣ − y y = 3 4 e − y y 3 .
Hence,
E [ X ∣ Y = y ] = 3 4 ∫ − ∞ ∞ x ( y 2 − x 2 ) e − y e − y y 3 d x = 3 4 y ∫ − ∞ ∞ x d x − 3 4 y 3 ∫ − ∞ ∞ x 3 d x = ∣ t h e i n t e g r a l o f t h e o d d f u n c t i o n i n a s y m m e t r i c b o u n d a r y i s z e r o ∣ = 0. \begin{array}{l}
E[X|Y = y] = \frac{3}{4} \int_{-\infty}^{\infty} \frac{x (y^{2} - x^{2}) e^{-y}}{e^{-y} y^{3}} dx = \frac{3}{4y} \int_{-\infty}^{\infty} x dx - \frac{3}{4y^{3}} \int_{-\infty}^{\infty} x^{3} dx \\
= |the\ integral\ of\ the\ odd\ function\ in\ a\ symmetric\ boundary\ is\ zero| = 0.
\end{array} E [ X ∣ Y = y ] = 4 3 ∫ − ∞ ∞ e − y y 3 x ( y 2 − x 2 ) e − y d x = 4 y 3 ∫ − ∞ ∞ x d x − 4 y 3 3 ∫ − ∞ ∞ x 3 d x = ∣ t h e in t e g r a l o f t h e o dd f u n c t i o n in a sy mm e t r i c b o u n d a ry i s zero ∣ = 0.
Answer provided by https://www.AssignmentExpert.com
Comments