数学物理学报, 2018, 38(6): 1103-1111 doi:

论文

END随机变量序列Sung型加权和的矩完全收敛性

邱德华,1, 肖娟,2

Complete Moment Convergence for Sung's Type Weighted Sums Under END Setup

Qiu Dehua,1, Xiao Juan,2

收稿日期: 2017-05-8  

基金资助: 国家自然科学基金.  11271161

Received: 2017-05-8  

Fund supported: Supported by the NSFC.  11271161

作者简介 About authors

邱德华,E-mail:qiudhua@sina.com , E-mail:qiudhua@sina.com

肖娟,E-mail:xiaojhengyang@163.com , E-mail:xiaojhengyang@163.com

摘要

该文利用END随机变量序列部分和的Menshov-Rademacher型不等式,得到了同分布END随机变量序列的Sung型加权和的矩完全收敛性定理,推广和改进了已知的相应的一些结果.

关键词: END随机变量 ; 矩完全收敛 ; 加权和

Abstract

In this paper, the authors study a complete moment convergence result for Sung's type weighted sums of identically distributed END random variables by utilizing the Menshov-Rademacher's inequality of the partial sums of END random variables. The result extends and improves the corresponding theorems in series of previous papers.

Keywords: END random variables ; Complete moment convergence ; Weighted sum

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本文引用格式

邱德华, 肖娟. END随机变量序列Sung型加权和的矩完全收敛性. 数学物理学报[J], 2018, 38(6): 1103-1111 doi:

Qiu Dehua, Xiao Juan. Complete Moment Convergence for Sung's Type Weighted Sums Under END Setup. Acta Mathematica Scientia[J], 2018, 38(6): 1103-1111 doi:

1 引言和主要结果

Chow[1]首先提出矩完全收敛概念,它是完全收敛的精细化.许多学者对矩完全收敛性进行了研究,得到了很多深刻的结果,如文献[2-9]等等. Sung在文献[10]中利用$\rho^*$ -混合随机变量序列部分和的最大值的Rosenthal型不等式得到了一个$\rho^*$ -混合随机变量序列加权和(被称为Sung型加权和)的最大值完全收敛性定理,最近Wu等[2]利用Rosenthal型不等式得到了$\rho^*$ -混合随机变量序列Sung型加权和的最大值矩完全收敛性定理-定理1.1,推广和改进了Sung[10]的结果.

定理1.1[2] 设$v>0, \alpha>1/2, \alpha p> 1, q> p\vee v, \{X, X_n\}$是同分布的$\rho^*$ -混合随机变量序列,当$p\vee v\ge 1$时,还设$EX=0$. $\{a_{ni}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$是常数阵列且满足

$ \begin{equation}\label{eq:1.1}\sum\limits_{i=1}^n |a_{ni}|^q\ll n, \end{equation}$

如果

$\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{E|X{|^p} < \infty , }&{v < p, }\\{E|X{|^p}\log (1 + |X|) < \infty , }&{v = p, }\\{E|X{|^v} < \infty , }&{v > p, }\end{array}} \right. $

则对任意的$\varepsilon>0, $

$ \begin{equation}\label{eq:1.3}\sum\limits_{n=1}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k a_{ni}X_i\right|-\varepsilon n^{\alpha} \right)_+^v<\infty, \end{equation}$

进而有

$ \begin{equation}\label{eq:1.4}\sum\limits_{n=1}^\infty n^{\alpha p-2} P\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k a_{ni}X_i\right|>\varepsilon n^{\alpha} \right)<\infty, \end{equation}$

其中$a\vee b =\max\{a, b\}, x_+=x\vee 0, x_+^v=(x_+)^v$.以下沿用此记号.

事实上,当$0<p\vee v<1$时,从文献[2,定理3.1] (即上面的定理1.1)的证明可以得出(1.3)式与(1.4)式对任意随机变量序列都成立.

本文的目的是:把定理1.1推广到END随机变量序列情形.由于END随机变量序列部分和的最大值的Rosenthal型不等式是否成立目前为止还不清楚,因此本文证明方法与Wu等[2]有不同,不但在对随机变量的截取上要复杂,而且在定理的证明上(主要体现在引理2.6与引理2.7的证明上)受Li等[11]的启发,比Wu等[2]要简便得多.本文所得的结果推广了定理1.1, Chen等[3], Sung[10]及Zhang[12]中的相应的结论.

称随机变量序列$\{X_n, n\ge 1\}$是END的,若存在常数$M\ge 1$,对$\forall~n\ge 1, x_1, x_2, \cdots, x_n\in \mathbb{R} $,都有下二式成立

END这一概念是Liu[13]提出的,以NOD (negatively orthant dependent)[14]为特殊情形($M=1$). Liu[13]通过例题指出END是既包含负相依结构又包含正相依结构的非常广泛的概念. Joag-Dev与Proschan[14]指出NA(negatively associated)列是NOD列,但反之不成立,因此NA列也是END列.邱德华和陈平炎[8]获得了由END随机变量序列产生的移动平均过程的完全收敛性和矩完全收敛性, Liu[13]获得了具有重尾的END随机变量的精确大偏差, Qiu等[15]在不同条件下获得了END阵列加权和的完全收敛性定理, Wang等[16]研究了END列与END阵列的完全收敛性, Wu和Guan[17]研究了END列弱大数律及$L_p$收敛性与完全收敛性, Liu[18]研究了END列中偏差的充要条件, Shen[19]获得了END列的Rosenthal型不等式并利用它研究了END列的渐近逼近问题,等等.

下面陈述本文主要结果,其证明放在下一节.

定理1.2 设$v>0, \alpha>1/2, p>0, q>p\vee v\ge 1, \alpha( p\vee v)> 1, \{X, X_n\}$是均值为零的同分布的END随机变量序列, $\{a_{ni}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$是满足(1.1)式的常数阵列.如果(1.2)式成立,则(1.3)式与(1.4)式成立.

注1.1 1)从本文的证明过程来看,本文的结论对成立最大值的Rosenthal型不等式的随机变量都成立.

2)本文的结论对成立Menshov-Rademacher型不等式的随机变量都成立.令$a_{ni}=1, 1\le i \le n, n\ge 1$,则由定理1.2可得到Chen等[3]的定理3.7,而且定理1.2还是部分和的最大值情形.

本文以下总用$C$代表与$n$无关的正常数,在不同的地方可表示不同的值,即使在同一式中也是如此, $a\ll b$表示存在正常数$C$使$a\le Cb, $$a\wedge b=\min\{a, b\}$.

2 主要结果的证明

为证本文结果,需要如下引理.

引理2.1[13] 设$\{X_n, n\ge 1\}$是END随机变量序列, $\{f_n, n\ge 1\}$同为单调递增(或同为单调递减)的函数列,则$\{f_n(X_n), n\ge 1\}$仍是END随机变量序列.

引理2.2[12] 设$\tau\ge 2, \{X_n, n\ge 1\}$是均值为零的END随机变量序列且$E|X_n|^\tau<\infty, $$n\ge 1$.则存在只依赖于$\tau$的正常数$C_\tau$,使

完全类似于Chen等[3]定理2.1与定理2.2的证明可得

引理2.3 设$1< \tau\le 2, \{X_n, n\ge 1\}$是均值为零的END随机变量序列且$E|X_n|^\tau<\infty, $$n\ge 1$.则存在只依赖于$\tau$的正常数$C_\tau$,使

引理2.2(ⅱ)与引理2.3(ⅱ)即为所谓的Menshov-Rademacher型矩不等式.

引理2.4[2] 设$Y$$Z$是随机变量.则对任意$\tau>v>0, a>0$$\varepsilon>0$,有

其中当$0<v\le 1$$C_v=1$,当$v>1$$C_v=2^{v-1}.$

根据标准的计算可得

引理2.5 设$\alpha>0, v>0, 0<p<\tau $, $X$是随机变量,则有

引理2.6 设$\alpha>0, v>0, p>0, q>p\vee v, D>0, \{a_{ni}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$是常数阵列且满足(1.1)式, $X$是随机变量,则

  由(1.1)式,不失一般性可设

则对任意$\tau:0<\tau\le q, $由上式和Hölder不等式可得

而对任意$t>0$

于是再由(2.1)式和$q>p\vee v$及引理2.5可得

证毕.

引理2.7 设$\alpha>0, p>0, q>p, D>0$是常数, $\{a_{ni}, 1\le i\le n, n\ge 1\}$是常数阵列且满足(1.1)式, $X$是随机变量,则对任意$\tau>p$

  对任意$0<t, \lambda<\tau$

取定$t\in (p, \min\{\tau, q\}), \lambda=p/2, $则由上式和(2.1)式及引理2.5可得

证毕.

定理1.2的证明 先证(1.3)式.对任意给定的$n\ge 1$和任意给定的$\varepsilon>0$,由$C_r$不等式和(1.1)式及(1.2)式可得

因此,要证(1.3)式,只要证明对充分大的正整数$n_0$下式成立

$\begin{equation}\label{eq:2.2} \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k a_{ni}X_i\right|-\varepsilon n^{\alpha} \right)_+^v<\infty, ~~\forall \varepsilon>0. \end{equation}$

取定$\theta\in (\frac{1}{\alpha (p\vee v)}, 1)$,对$1\le i\le n, n\ge 1, $

$a_{ni}X_i=\sum\limits_{l=1}^5 X_{ni}^{(l)}.$$ X_{ni}^{(2)}$的定义, (1.2)式和(2.1)式可得

$ X_{ni}^{(4)}$的定义和上式的证明可得

同理可证

于是,当$n_0$充分大时,由$EX_i=0$,引理2.4和$C_r$不等式可知当$\tau>v$$v\ge 1$时有

$\begin{eqnarray}\label{eq:2.3}&&{\sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k a_{ni}X_i\right|-\varepsilon n^{\alpha} \right)_+^v } \nonumber \\& =&\sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \sum\limits_{l=1}^5\left (X_{ni}^{(l)}-EX_{ni}^{(l)}\right)\right|-\varepsilon n^{\alpha} \right)_+^v \nonumber\\&\le&\sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\sum\limits_{l=1}^5 \max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(l)}-E X_{ni}^{(l)}\right)\right|-\varepsilon n^{\alpha} \right)_+^v \nonumber\\&\le &\sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(1)}-E X_{ni}^{(1)}\right)\right|+\sum\limits_{l=2}^5 \left|\sum\limits_{i=1}^n X_{ni}^{(l)}\right| -\varepsilon n^{\alpha}/2 \right)_+^v \nonumber\\&\le& \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(1)}-E X_{ni}^{(1)}\right)\right|+\sum\limits_{l=2}^5 \left|\sum\limits_{i=1}^n \left(X_{ni}^{(l)}-EX_{ni}^{(l)}\right)\right| -\varepsilon n^{\alpha}/3 \right)_+^v \nonumber\\ &\ll& \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha \tau-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(1)}-E X_{ni}^{(1)}\right)\right|^\tau \right) \nonumber\\&\quad& +\sum\limits_{l=2}^3 \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha \tau-2} E\left|\sum\limits_{i=1}^n \left( X_{ni}^{(l)}-E X_{ni}^{(l)}\right)\right|^\tau \nonumber\\&\quad &+\sum\limits_{l=4}^5 \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(l)}-E X_{ni}^{(l)} \right)\right|^v \nonumber\\&=:& I_1+I_2+I_3+I_4+I_5.\end{eqnarray} $

由上证明可知当$\tau>v$$0<v<1$时有

$\begin{eqnarray}\label{eq:2.4}&&{\sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k a_{ni}X_i\right|-\varepsilon n^{\alpha} \right)_+^v } \nonumber \\&\le& \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\Bigg(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(1)}-E X_{ni}^{(1)}\right)\right| +\sum\limits_{l=2}^3 \left|\sum\limits_{i=1}^n \left(X_{ni}^{(l)}-EX_{ni}^{(l)}\right)\right| \\&& +\sum\limits_{l=4}^5 \left|\sum\limits_{i=1}^n X_{ni}^{(l)}\right| -\varepsilon n^{\alpha}/3 \Bigg)_+^v \nonumber\\ &\ll& \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha \tau-2} E\left(\max\limits_{1\le k\le n}\left|\sum\limits_{i=1}^k \left( X_{ni}^{(1)}-E X_{ni}^{(1)}\right)\right|^\tau \right) \nonumber\\&& +\sum\limits_{l=2}^3 \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha \tau-2} E\left|\sum\limits_{i=1}^n \left( X_{ni}^{(l)}-E X_{ni}^{(l)}\right)\right|^\tau +\sum\limits_{l=4}^5 \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} E\left|\sum\limits_{i=1}^k X_{ni}^{(l)}\right|^v \nonumber\\&=:& I_1+I_2+I_3+I_4+I_5.\end{eqnarray}$

因此要证(2.2)式,只要证$I_l<\infty, l=1, 2, 3, 4, 5.$再由$C_r$不等式和$a_{ni}=(a_{ni})_+-(a_{ni})_-$知,不失一般性,我们可假设$a_{ni}>0, 1\le i\le n, n\ge 1.$下面分二种情形证明$I_l<\infty, l=1, 2, 3, 4, 5.$

情形一 $1\le p\vee v< 2$.

$\tau=q\wedge 2$,则由引理2.1,引理2.3, $C_r$不等式, Jensen不等式, $ X_{ni}^{(1)}$的定义, (1.2)式与(2.1)式有

由引理2.1,引理2.3, $ X_{ni}^{(2)}$的定义, $C_r$不等式, Jensen不等式,引理2.6与引理2.7可得

$ X_{ni}^{(4)}$的定义与引理2.6,当$0<v<1$时再由(2.4)式定义的$I_4$$C_r$不等式,而当$1\le v<2$时由(2.3)式定义的$I_4$,引理2.1,引理2.3, $C_r$不等式, Jensen不等式可得

$ \begin{eqnarray}\label{eq:2.5} I_4&\ll &\sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} \sum\limits_{i=1}^n E |X_{ni}^{(4)}|^v \nonumber\\&\le& \sum\limits_{n=n_0}^\infty n^{\alpha p-\alpha v-2} \sum\limits_{i=1}^n E |a_{ni}X_i|^v I(|a_{ni}X_i|>n^\alpha) <\infty.\end{eqnarray} $

分别类似$I_2<\infty$$I_4<\infty$可得$I_3<\infty$$I_5<\infty$,因而(2.2)式在$1\le p\vee v< 2$时成立,故(1.3)式成立.

情形二 $p\vee v\ge 2$.

由(1.2)式有$E|X|^2<\infty$.$\tau=q\vee \frac{\alpha p}{\alpha-1/2}$,则由引理2.1,引理2.2, $ X_{ni}^{(1)}$的定义, $C_r$不等式, Jensen不等式, (1.2)与(2.1)式有

由引理2.1,引理2.3, $ X_{ni}^{(2)}$的定义, $C_r$不等式, Jensen不等式,引理2.6与引理2.7可得

$I_4, $$0<v\le 2$时,与(2.5)式相同有$I_4<\infty$.$v>2$时,由引理2.1,引理2.2,引理2.6, $C_r$不等式, Jensen不等式, (1.2)式和(2.1)式可得

分别类似$I_2<\infty$$I_4<\infty$的证明可证$I_3<\infty$$I_5<\infty$,因而(2.2)式在$p\vee v\ge 2$时成立,故(1.3)式成立.而由(1.3)式立得(1.4)式成立.

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