本文恒设$\{\Omega, \Im, P\}$是完备的概率空间, 随机变量都定义在$\{\Omega, \Im, P\}$上.自从许宝禄先生和Robbins[1]提出完全收敛的概念以来, 许多学者进行了研究, 得到了很多深刻的结果, 参见考文献[2-9]等.特别地, 李德立等[2]得到如下结论:
定理A 设$\{X, X_n, n\ge 1\}$是独立同分布的随机变量序列, $\beta>-1, $ $ \{a_{ni}=c_{ni} (i/n )^\beta (1/n ), $ $1\le i\le n, n\ge 1\}$是正常数阵列且$\sum\limits_{i=1}^n a_{ni}=1, \forall n\ge 1$及$0<c\le c_{ni}\le C<\infty, $ $\forall~1\le i\le n, $ $n\ge 1$, 其中$c$和$C$是常数.若
则
反之, 若存在$\varepsilon>0$使 (1.2) 式成立, 则 (1.1) 式成立.
梁汉营[3]不但把定理A推广到NA列情形, 而且作了改进, 得到了更一般的结果:
定理B 设$r>1, \{X_n, n\ge 1\}$是均值为零的NA随机变量序列满足
其中$D$是正常数. $\{a_{ni}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$如定理A所述.若
反之, 若$r\ge 2, \{X, X_n, n\ge 1\}$是同分布的NA随机变量序列, 若 (1.5) 式成立, 则 (1.4) 式成立且$EX=0.$
令$\alpha>-1$,
Gut[4]对独立同分布列得到如下结果:
定理C 设$ r>1, \{X, X_n, n\ge 0\}$是独立同分布的随机变量序列, 若$EX=0$及
反之, 若 (1.7) 式成立, 则 (1.6) 式成立且$EX=0$.
文献[3, 定理2.2]把定理C推广到NA随机变量情形, 文献[5, 定理3.2]进一步推广和改进了文献[3, 定理2.2], 得到
定理D 设$r>1, -1<\beta\le 0, p>0, $当$-1/2<\beta\le 0$时进一步假设$p<2(1+\beta)/(1+2\beta).$ $\{X, X_{n}, n\ge 0\}$是同分布的NA随机变量序列.若$EX=0$及
反之, 如果 (1.9) 式成立且当$1<r<2$时进一步假设$\{X, X_n, n\ge 1\}$是严平稳NA随机变量序列, 则 (1.8) 式成立且当$p\ge 1$时有$EX=0.$
邱德华等[9]把上述结果推广到$\tilde{\rho}$混合随机变量序列. Chow [10]首先提出矩完全收敛概念, 它是完全收敛的深化. Chow[10]还研究了独立同分布的随机变量序列部分和的矩完全收敛性, 得到
定理E 设$1\le p <2, r>1, \{X_{n}, n\ge 1\}$是均值为零的独立同分布的随机变量序列.如果$E\{|X_1|^{rp}+|X_1|\log (1+|X_1|)\}<\infty$, 则
其中$x_+=\max\{0, x\}.$
定理E被许多学者进行了推广和改进, 见参考文献[11-17]等等.本文的目的是:利用$\tilde{\rho}$混合随机变量 (定义见后面) 的Rosenthal型最大值不等式不但把定理B$\sim$定理E推广到$\tilde{\rho}$混合随机变量序列, 得到了$\tilde{\rho}$混合随机变量序列加权和的矩完全收敛性定理, 而且条件和结论都有所改进.本文所用的证明方法与以前证明矩完收敛的方法还不同, 以前一般都是先证明完全收敛, 再利用完全收敛来证明矩完全收敛, 本文利用下面的引理2.3来证明矩完全收敛性, 这方法较以前的要简便且具有广泛性.从本文的证明来看, 本文的结论对成立Rosenthal型最大值不等式的随机变量 (如NA随机变量, $\varphi$混合随机变量等) 都成立.
设$\{\xi_{n}, n\ge 1\}$是随机变量序列, $\Im_{S}=\sigma(\xi_n:n \in S \subset N)(N\mbox{是自然数集}).$给定子$\sigma$-代数$\Im_1, \Im_2 \subset \Im$, 令
其中
Stein在文献[18]中定义了如下的相关系数:
显然, $ 0\le \tilde{\rho}(k+1)\le\tilde{\rho}(k)\le 1, \tilde{\rho}(0)=1.$
定义1.1 称随机变量序列$\{\xi_{n}, n\ge 1\}$为$\tilde{\rho}$混合的, 如果存在$k\in N $使$\tilde{\rho}(k)<1.$
$\tilde{\rho}$混合与通常的$\rho$混合有一定的类似, 但不完全相同.很多学者对$\tilde{\rho}$混合随机变量序列进行了研究, 如文献[7-9]研究了加权和的完全收敛性, Utev和Peligrad[19]研究了极大型不等式和不变原理, Bryc和Smolenski[20]得到了矩不等式和几乎处处收敛性, Bradley[21-22]研究了中心极限定理, 杨善朝[23]得到了矩不等式和强大数律, Peligrad和Gut[24], 吴群英[25-26]以及甘师信[27]研究了收敛性, 邱德华和甘师信[28]讨论了$\tilde{\rho}$混合阵列的完全收敛性和大数律, 陈平炎[29]得到了最大值不等式和$\tilde{\rho}$混合随机变量序列部分和的算术平均值的矩存在的充要条件, 等等.
下面陈述本文的主要结果, 其证明放在下一节.
定理1.1 设$r>1, \theta>0, \tau>0, \beta>\max\{-1, -1/\theta\}, p>\max\{0, (1-\theta)/(r-1)\}.$当$\beta>-1/2$时进一步假设$p<2(1+\theta\beta)/(1+2\beta)$且$ r>\max\{1, (3-\theta+2\beta)/[2(1+\theta\beta)]\}.$ $\{X_{n}, n\ge 1\}$是均值为零的$\tilde{\rho}$混合随机变量序列且满足 (1.3) 式, $\{a_{ni}=c_{ni}i^\beta n^{-(1+\theta\beta)/p}, $ $ 1\le i\le n, $ $n\ge 1\}$是常数阵列且$ |c_{ni}|\le C, \forall 1\le i\le n, n\ge 1$, 其中$C$是正常数.若
反之, 设$r\ge 2, |c_{ni}|\ge c, \forall 1\le i\le n, n\ge 1$, 其中$c$是正常数, $\{X, X_n, n\ge 1\}$是同分布的$\tilde{\rho}$混合随机变量序列.若存在某$\varepsilon>0$及$\tau>0$使 (1.12) 式成立, 则 (1.11) 式成立.若进一步有$\tau$满足 (1.10) 式且$c\le |c_{ni}|\le C, \sum\limits_{i=1}^n a_{ni}=1, \forall n\ge 1$, 则还有$EX=0.$
定理1.2 设$\{a_{ni}=c_{ni}(n-i+1)^\beta n^{-(1+\theta\beta)/p}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$, 其余的与定理1.1完全相同, 则定理1.1的结论同样成立.
定理1.3 设$r>1, -1<\beta\le 0, p>0, \tau>0, $当$-1/2<\beta\le 0$时进一步假设$p<2(1+\beta)/(1+2\beta).$ $\{X_{n}, n\ge 0\}$是均值为零的$\tilde{\rho}$混合随机变量序列且 (1.3) 式对任意$n\ge 0$都成立.若 (1.8) 式成立且
反之, 设$\{X, X_n, n> 1\}$是同分布的$\tilde{\rho}$混合随机变量序列.如果存在$\varepsilon>0$及满足 (1.13) 式的$\tau$使 (1.14) 式成立且当$1<r<2$时进一步假设$\{X, X_n, n\ge 1\}$是严平稳$\tilde{\rho}$混合随机变量序列, 则 (1.8) 式成立且当$p\ge 1$时有$EX=0.$
注1.1 在定理1.1的条件下, 我们有
(ⅰ) $\max\{-1, -1/\theta\}<-1/\left[p(r-1)+\theta\right].$
(ⅱ) $1+\theta\beta-p\beta>0.$事实上, 若$-1/\left[p(r-1)+\theta\right]<\beta\le 0$时显然有$1+\theta\beta-p\beta>0$, 若$\beta>0$时, 由$p<2(1+\theta\beta)/(1+2\beta)$可得$1+\theta\beta-p\beta>p/2>0.$
(ⅲ) 当$\beta>-1/2$时, 若$\theta\ge 1$, 则$(3-\theta+2\beta)/[2(1+\theta\beta)]\le 1$, 若$0<\theta<1$, 则$(3-\theta+2\beta)/[2(1+\theta\beta)]>1$.
(ⅳ) 当$\beta>-1/2$时, 有$(1-\theta)/(r-1)<2(1+\theta\beta)/(1+2\beta)$.事实上, 若$\theta \ge 1$时, 显然有$(1-\theta)/(r-1)<2(1+\theta\beta)/(1+2\beta)$, 若$0<\theta< 1$时, 由$r>(3-\theta+2\beta)/[2(1+\theta\beta)]$可得$(1-\theta)/(r-1)<2(1+\theta\beta)/(1+2\beta).$
注1.2 (ⅰ) 令$p=\theta=1, $ $\{X_{n}, n\ge 1\}$是均值为零的NA随机变量序列, 则由定理1.1可得到定理B且$c_{ni}$的范围有所扩大.
(ⅱ) 令$\tau=1, c_{ni}\equiv 1, \beta=0, $即$a_{ni}=n^{-1/p}$, 则由定理1.1可得到定理E.
(ⅲ) 当$\{X_{n}, n\ge 1\}$是NA随机变量序列时, 由定理1.3可得定理D.
(ⅳ) 由定理1.1与定理1.3可得文献[9]的相应结论.
本文记号$x_+^\tau=(x_+)^\tau, \tau>0.$ $a\ll b$表示存在正常数$D$使$a\le Db, $在同一式中的$D$也可能不同.
为证明本文结论, 我们需要下面引理.
引理2.1[19] 设$J$是正整数, $0\le r<1$, $\tau\ge 2, $则存在正常数$C=C(\tau, J, r)$使下面陈述成立:
$\{X_{n}, n\ge 1 \}$是满足$\tilde{\rho}(J)\le r$和$EX_n=0$及$E|X_n|^\tau<\infty(n \ge 1 )$的$\tilde{\rho}$混合随机变量序列, 则
引理2.2[9] 设$\{X_{n}, n\ge 1 \}$是$\tilde{\rho}$混合随机变量序列, $\{a_{ni}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$是实常数阵列, 则存在与$n$无关的正常数$D$, 对$\forall x>0$和$ \forall n\ge 1$有
引理2.3 设$\tau>0, \{a_n, n\ge 1\}$和$\{b_n, n\ge 1\}$是正数列, $\{X_{ni}\}$是随机变量阵列.若
证 对任意给定的$\varepsilon>0$, 因为
从而
进而
证毕.
定理1.1的证明 先证充分性.对$\forall~1\le i\le n, n\ge 1, t>0$, 令$X_{ni}^{(1, t)}=X_i I(|a_{ni}X_i|\le t^{1/\tau}), $ $ X_{ni}^{(2, t)}=X_i I(|a_{ni}X_i|>t^{1/\tau}), $则
因此, 由引理2.3可知, 要证 (1.12) 式, 只需要证$I_1<\infty$和$I_2<\infty$.下证$I_2<\infty$.
令$u=y^{-\beta} x^{(1+\theta\beta)/p}, v=y$, 则$x=u^{p/(1+\theta\beta)}v^{p\beta/(1+\theta\beta)}, y=v$且
对任意$t\ge 1$, 于是由 (1.11) 式可得
因此由 (1.10), (2.1) 和 (2.2) 式可得$I_2<\infty.$再证$I_1<\infty$.由$EX_i=0(i\ge 1)$, (1.11) 式有
于是要证$I_1<\infty$, 只需要证
取$q$使
由Markov不等式、引理2.1、$C_r$不等式和Jensen不等式可得
则由 (1.10), (1.11), (2.2) 式及$q$的取法有
再证$I_{12}<\infty$.分三种情况:
(i) 当$\max\{-1, -1/\theta\}<\beta<-1/\left[p(r-1)+\theta\right]$时, 又分三种情况考虑:若$ p(r-1)/(1+\theta\beta)\ge 2$且$0<\theta<2$, 此时有$E|X|^2<\infty$, 故有
若$ p(r-1)/(1+\theta\beta)\ge 2$且$\theta\ge 2$, 此时有$E|X|^2<\infty$及$\beta>-1/2$, 则有
若$ p(r-1)/(1+\theta\beta)< 2$, 此时由$\beta<-1/\left[p(r-1)+\theta\right]$可得$p\beta(r-1)/(1+\theta\beta)<-1$, 则由 (1.11) 式有
(ⅱ) 当$\beta=-1/\left[p(r-1)+\theta\right]$时, 分三种情况考虑:若$ p(r-1)+\theta\ge 2$且$0<\theta<2$, 则 (2.6) 式成立, 若$ p(r-1)+\theta\ge 2$且$\theta\ge 2$, 则 (2.7) 式成立.若$ p(r-1)+\theta< 2$, 因为$\beta\left[p(r-1)+\theta\right]=-1$, 由 (1.11) 式有
(ⅲ) 当$\beta >-1/\left[p(r-1)+\theta\right]$时, 分三种情况:若$ pr/\left(1+\theta\beta-p\beta\right)\ge 2$且$0<\theta<2$, 则 (2.6) 式成立, 若$ pr/\left(1+\theta\beta-p\beta\right)\ge 2$且$\theta\ge 2$, 则 (2.7) 式成立, 若$ pr/\left(1+\theta\beta-p\beta\right)< 2$, 此时由$\beta >-1/\left[p(r-1)+\theta\right]$可得$\beta pr/\left(1+\theta\beta-p\beta\right)>-1$, 由 (1.11) 式有
综上三种情形及$q$的取法有$I_{12}<\infty.$再由 (2.3)-(2.5) 式可得$I_1<\infty, $从而 (1.12) 式成立.
再证必要性.对某$\varepsilon>0$和$\tau>0$, 由 (1.12) 式可得
从而有
再由$r\ge 2$可得
由引理2.2和上式知当$n$充分大时, 有
从而由 (2.9) 式有
进而有
由此可得 (1.11) 式成立.若$\tau$还满足 (1.10) 式且$c\le |c_{ni}|\le C, $$1\leq i\leq n$, $\forall n\ge 1$, 则由 (1.11) 式和充分性的证明可得
由上式并结合 (2.8) 式及$\sum\limits_{i=1}^n a_{ni}=1$可得$EX=0.$证毕.
定理1.2的证明 由定理1.1的证明可知定理1.2成立.
定理1.3的证明 充分性:令$a_{ni}=n^{(1+\beta)(p-1)/p}A_{n-i}^\beta/A_n^{(1+\beta)}, \forall\, 0\le i\le n, n\ge 1.$注意到
于是存在正常数$c$和$C$, 使当$n$充分大时有
于是, 令
其中$c<c_{ni}<C, 1\le i\le n, n\ge 1.$对任意固定的$n$及$\varepsilon>0$, 由$C_r$不等式, (1.8) 式和 (1.13) 式总有
因此, 要证明 (1.14) 式, 只要证下式
而
因此, 由定理1.2知要证 (1.14) 式, 只要证明
由引理2.3有
而当$\beta=-1/[p(r-1)+1]$时有$p(r-1)/(1+\beta)=p(r-1)+1$, 当$-1/[p(r-1)+1]<\beta\le 0$时有$p(r-1)/(1+\beta)< pr/(1+\beta-p\beta)$, 因此, 由 (1.13) 式和 (1.8) 式可得 (2.10) 式成立, 从而 (1.14) 式成立.
必要性:由 (1.14) 式可得
因此由文献[9]可知结论成立.