Apakah ada ekspresi kanonik atau analitik untuk distribusi probabilitas untuk variabel acak kompleks sirkular-simetris :
dimana ?
Catatan samping:
Diketahui bahwa bagian nyata dan imajiner, yaitu:
memiliki kepadatan marginal yang diberikan oleh :
tetapi karena mereka tidak independen, menghitung PDF bersama mereka tidak trivial.
EDIT: berbeda dari normal kompleks di sini, amplitudo adalah deterministik dan identik 1, sedangkan jika normal kompleks, akan didistribusikan Rayleigh.
complex-random-variable
Robert L.
sumber
sumber
Jawaban:
Karena bagian nyata dan imajiner sangat tergantung satu sama lain (jika Anda memiliki nilai satu, Anda tahu nilai yang lain persis), sepertinya Anda bisa menerapkan pdf marginal dari bagian nyatar , diberi nilai bagian imajiner i :
Anda mencatat pdf dari bagian nyata dan imajiner secara individual:
Itu meninggalkan pdf marginalfr|i(r | i) . Ingatlah bahwa untuk realisasi variabel acak yang diberikanZ , dua komponen terkait secara deterministik:
Dengan adanya hubungan ini, kita dapat menyelesaikannyar dengan kondisi i :
Oleh karena itu, pdf marginal darir diberi nilai i adalah sepasang impuls:
Menyatukan ini akan menghasilkan:
Memikirkan hal ini secara geometris, untuk setiap garis horizontali=i0 (untuk i0∈[−1,1] ) dalam ri pesawat, hanya ada dua titik r0=±1−i20−−−−−√ itu bukan nol, dan pdf memiliki ketinggian tak terbatas pada titik-titik tersebut. Seperti yang kita harapkan, titik-titik persimpangan (yaitu titik di mana pdf adalah nol) adalah di mana garis horizontal bersilangan dengan lingkaran satuan!
Ini berarti bahwa pdf bersama bernilai nol, kecuali di sepanjang lingkaran unit, di mana ia mengambil ketinggian tak terbatas. Itu sejalan dengan intuisi, sebagai definisi dari variabel acakZ memastikan bahwa hanya dapat mengambil nilai yang ada di lingkaran unit.
Tidak ada yang istimewa tentang cara spesifik saya menguraikan ini; Anda juga dapat memindahkan masalah dan melihat garis vertikal diri bidang bentuk r=r0 dan Anda akan menemukan hubungan yang sama karena kopling dekat dari dua variabel acak.
Saya percaya formulasi ini setara dengan yang ada di jawaban AlexTP , tetapi turunannya mungkin lebih intuitif.
sumber
Hindari perhitungan yang rumit, biarkanX dan Y menjadi variabel acak normal standar , variabel acak AndaZ memiliki distribusi yang sama antara V
V≜(XX2+Y2−−−−−−−√,YX2+Y2−−−−−−−√)
(easy to see ∥V∥=1 and the angle of V is equivalent to the angle of a circularly symmetric Normal hence uniform).
This kind ofV is one of the constructions of a point uniformly distributed on circle (which can be generalized to (n−1) -sphere, see Sphere Point Picking and for example this answer).
Thus the PDF ofZ is simply the reciprocal of the unit circle's circumference.
For Zρ=ρejΘ with fixed ρ and uniform Θ ,
in polar coordinates (where infinitesimal area isrdrdθ ),
fR,Θ(r,θ)=12πδ(r−ρ)
sumber
Based on the existing answers, which opened my eyes for what's going on here, I would like to present yet another very simple expression for the solution, which is just slightly different from the one in AlexTP's answer (and which turned out to be equivalent to the one given in Jason R's answer, as shown below in the EDIT-part).
[EDIT: now that AlexTP has edited his answer, our expressions for the PDF are identical; so all three answers finally agree with each other].
Let the complex random variableZ=X+jY be defined as
where the radiusρ is deterministic and given, whereas the angle θ is random and uniformly distributed on [0,2π) . I state without further proof that Z is circularly symmetrical, from which it follows that its probability density function (PDF) must satisfy
i.e., it can be written as a function of the radius (magnitude)r .
Since the PDF must be zero everywhere except forr=ρ , and since it must integrate to unity (when integrated over the 2-dimensional plane), the only possible PDF is
It can be shown that(3) leads to the correct marginal densities for the random variables X and Y .
EDIT:
After some very useful discussion in the comments it appears that we've managed to agree on one solution to the problem. I will show in the following that the unassuming formula(3) is actually equivalent to the more involved looking formula in Jason R's answer. Note that I use r for the magnitude (radius) of the complex RV Z , whereas in Jason's answer r denotes the real part of Z . I will use x and y for the real and imaginary parts, respectively. Here we go:
We know thatδ(g(x)) is given by
wherexi are the (simple) roots of g(x) . We have
The two rootsxi are
Consequently,
With(5) -(8) , Eq. (4) can be written as
Forρ=1 , Eq. (9) is identical to the expression given in Jason R's answer.
I think we can now agree that Eq.(3) is a correct (and very simple) expression for the PDF of the complex RV Z=ρejθ with deterministic ρ and uniformly distributed θ .
sumber