Come calcolare per le statistiche degli ordini di una distribuzione uniforme?

Sto cercando di risolvere un problema per la mia tesi e non vedo come farlo. Ho 4 osservazioni prese casualmente da una distribuzione uniforme . Voglio calcolare la probabilità che . è la statistica del suo ordine (prendo la statistica dell'ordine in modo che le mie osservazioni siano classificate dal più piccolo al più grande). L'ho risolto per un caso più semplice, ma qui sono perso su come farlo.$(0,1)$$3 X_{(1)}\ge X_{(2)}+X_{(3)}$$X_{(i)}$

Tutto l'aiuto sarebbe il benvenuto.

Scrivi le statistiche dell'ordine come , . Inizia notando che implica$(x_1,x_2,x_3,x_4)$$0 \le x_1 \le x_2 \le x_3 \le x_4 \le 1$$x_1 \le x_2$

$$\Pr[3x_1 \ge x_2+x_3] = 1 - \Pr[3x_1 \lt x_2+x_3] = 1 - \Pr[x_1 \le \min(x_2, \frac{x_2+x_3}{3})].$$

Quest'ultimo evento si divide in due eventi disgiunti a seconda di quale di e è il più grande:$x_2$$(x_2+x_3)/2$

$$\eqalign{ \Pr[x_1 \le \min(x_2, \frac{x_2+x_3}{3})] &= \Pr[x_2 \le \frac{x_3}{2},\quad x_1 \le x_2] \\ &+ \Pr[\frac{x_3}{2} \le x_2 \le x_3,\quad x_1 \le \frac{x_2+x_3}{3}]. }$$

Perché la distribuzione congiunta è uniforme sul set , con densità ,$0 \le x_1 \le x_2 \le x_3 \le x_4 \le 1$$4! dx_4 dx_3 dx_2 dx_1$

$$\Pr[x_2 \le \frac{x_3}{2},\quad x_1 \le x_2] = 4! \int_0^1 dx_4 \int_0^{x_4} dx_3 \int_0^{x_3/2} dx_2 \int_0^{x_2} dx_1 = \frac{1}{4}$$

e

$$\Pr[\frac{x_3}{2} \le x_2 \le x_3,\quad x_1 \le \frac{x_2+x_3}{3}]=4! \int_0^1 dx_4 \int_0^{x_4} dx_3 \int_{x_3/2}^{x_3} dx_2 \int_0^{(x_2+x_3)/2} dx_1 = \frac{7}{12}.$$

(Ogni integrale è semplice da eseguire come integrale iterato; sono coinvolte solo le integrazioni polinomiali.)

La probabilità desiderata è quindi pari a = .$1 - (1/4 + 7/12)$$1/6$

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Una soluzione più intelligente (che semplifica il lavoro) deriva dal riconoscimento che quando ha distribuito esponenziali, , quindi (scrivendo ) , le somme parziali ridimensionate$y_j$$1\le j\le n+1$$y_1+y_2+\cdots+y_{n+1} = Y\ $

$$x_i = \sum_{j=1}^{i}y_j/Y,$$

$1\le i\le n$ , sono distribuiti come le statistiche dell'ordine uniforme. Poiché è quasi sicuramente positivo, ne consegue facilmente che per qualsiasi ,$Y$ $n\ge 3$

$$\eqalign{ \Pr[3x_1\ge x_2+x_3] &= \Pr[\frac{3y_1}{Y}\ge\frac{y_1+y_2}{Y}+\frac{y_1+y_2+y_3}{Y}]\\ &=\Pr[3y_1\ge(y_1+y_2)+(y_1+y_2+y_3)]\\ &= \Pr[y_1\ge 2y_2+y_3]\\ &= \int_0^\infty \exp(-y_3)\int_0^\infty \exp(-y_2) \int_{2y_2+y_3}^\infty \exp(-y_1) dy_1 dy_2 dy_3\\ &= \int_0^\infty \exp(-y_3)\int_0^\infty \exp(-y_2)\left[\exp(-2y_2-y_3)\right]dy_2 dy_3 \\ &= \int_0^\infty \exp(-2y_3)dy_3 \int_0^\infty \exp(-3y_2)dy_2 \\ &= \frac{1}{2} \frac{1}{3} = \frac{1}{6}. }$$