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均匀阈值

Uniform Fix

专题
Probability / 概率
难度
L2

题目详情

设 U∼Unif(0,1)U\sim\mathrm{Unif}(0,1),且 X1,X2,⋯∼Unif(0,1)X_1,X_2,\dots\sim\mathrm{Unif}(0,1) 独立同分布,并与 UU 独立。

定义

N=min⁡{n∈N:Xn>U}.N=\min\{n\in\mathbb{N}: X_n>U\}.

求 E[N]\mathbb{E}[N]。若期望为无穷大,请输出 -1。

英文原题

Let U∼Unif(0,1)U \sim \text{Unif}(0,1) and X1,X2,…∼Unif(0,1)X_1, X_2, \ldots \sim \text{Unif}(0,1) IID. Define N=min{n∈N:Xn>U}N = \text{min}\{n \in \mathbb{N} : X_n > U\}. Find E[N]\mathbb{E}[N]. Enter −1-1 if the answer is infinite.

解析

条件在 U=uU=u 下,Xn>uX_n>u 的成功概率为 1−u1-u,所以 N∣U=uN\mid U=u 服从参数为 1−u1-u 的几何分布(从 1 开始),

E[N∣U=u]=11−u.\mathbb{E}[N\mid U=u]=\frac{1}{1-u}.

于是

E[N]=E[11−U]=∫0111−u du=∞.\mathbb{E}[N]=\mathbb{E}\left[\frac{1}{1-U}\right]=\int_0^1\frac{1}{1-u}\,du=\infty.

因此输出 −1\boxed{-1}。


英文解析

Under the condition of U=uU=u, the success probability of Xn>uX_n>uis 1−u1-u, so N∣U=uN\mid U=uobeys the geometric distribution (starting from 1) with the parameter 1−u1-u.

E[N∣U=u]=11−u.\mathbb{E}[N\mid U=u]=\frac{1}{1-u}.

as a result

E[N]=E[11−U]=∫0111−u du=∞.\mathbb{E}[N]=\mathbb{E}\left[\frac{1}{1-U}\right]=\int_0^1\frac{1}{1-u}\,du=\infty.

So the output is −1\boxed{-1}.