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Charakteristische Funktion: Kurze Rechnung
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 20:29 Mo 18.04.2005
Autor: Astrid

Schönen guten Abend,

ich sitze gerade noch an ein paar kleinen Rechnungen mit der Fouriertransformation bzw. der charakteristischen Funktion.

Wir haben die Fouriertransformation eines W-Maßes [mm] \mu [/mm] wie folgt definiert (ich bleibe mal "for notional convenience" ;-) bei Maßen auf [mm] $\IR$) [/mm]
[mm]\hat{\mu}(y)=\integral \exp{(ixy)} \mu(dx)[/mm]
und dann die charakteristische Funktion einer Zufallsvariablen $X$ als
[mm]\varphi_X=\hat{P_X}[/mm]

Jetzt möchte ich zeigen, dass für jede lineare Abbildung T (entsprechend definiert) gilt:
[mm]\varphi_{T \circ X}=\varphi_X \circ T^t[/mm]

Ich habe es versucht:
[mm]\varphi_{T \circ X}(y)=\hat{P_{T \circ X}}(y)=\integral e^{ixy} P_{T \circ X}(dx)[/mm] aber wie darf ich das jetzt weiter umformen? Wahrscheinlich mit dem Transformationssatz, aber irgendwie stehe ich auf dem Schlauch... [kopfkratz3]

Mein Ziel ist:
[mm]\varphi_X(T^t(z)) = \integral e^{ixT^t(z)} P_X(dx)[/mm]

Ich hoffe, mir kann hierbei jemand auf die Sprünge helfen... :-)

Danke und viele Grüße
Astrid


        
Bezug
Charakteristische Funktion: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 09:33 Di 19.04.2005
Autor: Stefan

Liebe Astrid!

Zunächst einmal zur Beruhigung: Wir kriegen das Problem im Laufe dieses Beitrags hier gelöst, auch wenn ich wieder zwischendurch dummes Zeug quatsche. :-)

So, erst einmal ist es nicht besonders geschickt das ganze "nur" in [mm] $\IR$ [/mm] zu formulieren (dein Dozent war sicherlich zu faul das Skalarprodukt hinzuschreiben, aber hier ist das nicht wirklich sinnvoll). Warum? Nun, wir reden von der Transponierten einer linearen Abbildung. Was aber ist die Matrixdarstellung einer linearen Abbildung [mm] $f:\IR \to \IR$? [/mm] Naja, eine $(1 [mm] \times [/mm] 1)$-Matrix, mithin eine Zahl. Und diese transponiert ist wieder eine Zahl - dann könnte man das Transponiertzeichen aber auch weglassen. Formuliert man das Problem also in [mm] $\IR$, [/mm] würde man es gar nicht sehen... falls du verstehst, was ich meine... [verwirrt] [konfus] [bonk]

Drücken wir uns also mal nicht vor dem Problem und formulieren es im [mm] $\IR^d$. [/mm]

So, es gilt dann:

[mm] $\varphi_{T \circ X}(y) [/mm] = [mm] \hat{P_{T \circ X}}(y) [/mm] = [mm] \int e^{i\langle x,y\rangle} P_{T \circ X}(dx)$. [/mm]

Wie du schon ganz richtig vermutet hast, kommt jetzt der Transformationssatz zum Tragen.

Allgemein lautet er ja so:

Es sei [mm] $(\Omega,{\cal A},\mu)$ [/mm] ein Maßraum und [mm] $(\Omega',{\cal A}')$ [/mm] ein weiterer Messraum sowie [mm] $T:(\Omega,{\cal A}) \to (\Omega',{\cal A}')$ [/mm] eine [mm] ${\cal A}-{\cal A}'$-messbare [/mm] Abbildung.

Weiterhin sei

[mm] $T(\mu)(A') [/mm] = [mm] \mu(T^{-1}(A'))$ [/mm]

das Bildmaß von [mm] $\mu$ [/mm] unter $T$. Dann gilt für jede [mm] ${\cal A}'$-messbare [/mm] Funktion $f' [mm] \ge [/mm] 0$ auf [mm] $\Omega'$: [/mm]

[mm] $\int [/mm] f'(x') [mm] T(\mu)(dx') =\int (f'\circ T)(x)\mu(dx)$.
[/mm]

Die Einschränkung, dass $f'$ reell und nichtnegativ sein soll, braucht uns nicht zu schocken. Ist $f'$ komplex, so spalten wir $f'$ in Real-und Imaginärteil auf. Ist $f'$ nicht nichtnegativ ;-), so spalten wir es in Positiv- und Negativteil auf.

Bei dir ist jetzt in dem Satz (und das könnte dich verwirren, denke bitte in Ruhe darüber nach):

[mm] $(\Omega,{\cal A}) [/mm] = [mm] (\Omega',{\cal A}') [/mm] = [mm] (\IR^d,{\cal B}(\IR^d))$, [/mm]

[mm] $\mu =P_X$ [/mm] (also bereits die Verteilung von $X$, also das Bildmaß von $P$ unter $X$, mithin ein Maß auf [mm] $(\IR^d,{\cal B}(\IR^d)$), [/mm]

[mm] $T:\IR^d \to \IR^d$ [/mm] linear (die Multiplikation mit einer Matrix $T$)

und für festes $y [mm] \in \IR^d$: [/mm]

[mm] $f_y'(x):=e^{i\langle x,y \rangle}$. [/mm]

Nun gilt nach dem Transformationssatz also (beachte: [mm] $T(P_X) [/mm] = T(X(P)) = (T [mm] \circ [/mm] X)(P) = [mm] P_{T \circ X}$: [/mm]

[mm] $\int e^{i\langle x,y\rangle} P_{T \circ X}(dx) [/mm] = [mm] \int f_y'(x) T(P_X)(dx) [/mm] = [mm] \int f_y'(T(x)) P_X(dx) [/mm] = [mm] \int e^{i \langle Tx,y \rangle} P_X(dx)$. [/mm]

Und das ist fast das, was wir haben wollen! [breakdance] [applaus] [super]

[stop] Hört auf zu feiern, Jungs... fast erst... schade....  [wein]

Naja, aber der Rest ist Lineare Algebra, und das sollte uns keine Probleme bereiten.

Die Transponierte hat einige wunderschöne Eigenschaften, insbesondere in Zusammenhang mit dem Skalarprodukt. So gilt zum Beispiel:

[mm] $\langle [/mm] Tx,y [mm] \rangle [/mm] = [mm] \langle x,T^t y\rangle$ [/mm]

für eine lineare Abbildung $T: [mm] \IR^d \to \IR^d$. [/mm] Sprich: Man kann diese rübershiften, indem man sie transponiert! Und das sieht verdächtig so aus, als könnten wir es gebrauchen. ;-)

Denn jetzt folgt ja:

[mm] $\int e^{i \langle Tx,y \rangle} P_X(dx) [/mm] = [mm] \int e^{i \langle x,T^ty \rangle} P_X(dx) [/mm] $.

Setzt man jetzt alles zusammen, so hat man:

[mm] $\varphi_{T \circ X}(y) =\int e^{i \langle x,T^ty \rangle} P_X(dx) [/mm] $.


Das war's schon. :-)

Liebe Grüße
Stefan

Bezug
                
Bezug
Charakteristische Funktion: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 10:07 Di 19.04.2005
Autor: Astrid

Lieber Stefan,

> Zunächst einmal zur Beruhigung: Wir kriegen das Problem im
> Laufe dieses Beitrags hier gelöst, auch wenn ich wieder
> zwischendurch dummes Zeug quatsche. :-)

  
Daran habe ich nie gezweifelt.... :-)

> So, erst einmal ist es nicht besonders geschickt das ganze
> "nur" in [mm]\IR[/mm] zu formulieren (dein Dozent war sicherlich zu
> faul das Skalarprodukt hinzuschreiben, aber hier ist das
> nicht wirklich sinnvoll).

Ich gebe zu, ich war zu faul, das Skalarprodukt hinzuschreiben... [weisswerd] Zu meiner Verteidigung muss ich allerdings sagen, dass mir schon aufgefallen ist, dass das mit der Transponierten dann keinen Sinn macht. Aber ich wußte, du verstehst mich trotzdem... :-) Mir war in erster Linie die Anwendung des Transformationsgesetzes wichtig in diesem Zusammenhang...

Den Rest werde ich mir jetzt mal zu Gemüte führen. Vielen Dank schon einmal!

Viele Grüße
Astrid

Bezug
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