2.7 Distribuições conjuntas

Um caso bastante importante de distribuição de um elemento aleatório é o caso de vetores. Digamos por exemplo que temos dois elementos aleatórios X:Ω→EX:\Omega\to E e Y:Ω→E′Y:\Omega\to E^{\prime}. Já sabemos a definição de X∗⁢PX_{*}P e Y∗⁢PY_{*}P (vamos também usar a notação PXP_{X} e PYP_{Y}) que nada mais são que as distribuições de XX e YY, respectivamente.

Mas podemos considerar o vetor (X,Y)(X,Y) que será um elemento aleatório tomando valores em E×E′E\times E^{\prime} e possui também sua própria distribuição dada por (X,Y)∗⁢P(X,Y)_{*}P (também denotada por P(X,Y)P_{(X,Y)}). A essa probabilidade em E×E′E\times E^{\prime} damos o nome de distribução conjunta deste par. .

Vejamos as relações que existem entre PXP_{X}, PYP_{Y} e P(X,Y)P_{(X,Y)}. Primeiramente, é fácil ver que a distribução conjunta nos fornece as demais, pois para todo A⊆EA\subseteq E mensurável

P(X,Y)⁢(A×E′)=P⁢[(X,Y)∈A×E′]=P⁢[X∈A]=PX⁢(A)P_{(X,Y)}(A\times E^{\prime})=P[(X,Y)\in A\times E^{\prime}]=P[X\in A]=P_{X}(A) (2.77)

e analogamente para PYP_{Y}. De acordo com a Definição 2.6.2, as distribuições PXP_{X} e PYP_{Y} nada mais são do que as marginais da distribuição conjunta.

Apesar de podermos extrair as marginais PXP_{X} e PYP_{Y} de P(X,Y)P_{(X,Y)}, o contrário não é sempre possível como mostra o seguinte exemplo. {example} Sejam X,YX,Y \iidcom distribuição \Ber⁢(1/2)\Ber(1/2). Então (X,Y)(X,Y) não tem a mesma distribuição de (X,X)(X,X), apesar de que esses vetores possuem as mesmas marginais.

{exercise}

Mostre que se XX e YY são independentes, então P(X,Y)=PX⊗PYP_{(X,Y)}=P_{X}\otimes P_{Y}.

{exercise}

Sejam X,YX,Y \iidcom distribuição U[0,1]U_{[0,1]} e calcule P(X,X+Y)P_{(X,X+Y)}.

Note que a discussão acima se extende naturalmente para coleções maiores de elementos aleatórios. Mais precisamente, considere um conjunto II qualquer (finito, enumerável ou não enumerável) de índices e seja (Xi)i∈I(X_{i})_{i\in I} uma coleção de elementos aleatórios tomando valores em (Ei)i∈I(E_{i})_{i\in I}. Então a distribuição conjunta destes elementos aleatórios é P(Xi)i∈IP_{(X_{i})_{i\in I}}.

{exercise}

Mostre que no caso acima, se P(Xi)i∈J=P(Xi′)i∈JP_{(X_{i})_{i\in J}}=P_{(X^{\prime}_{i})_{i\in J}} para todo J⊆IJ\subseteq I finito, então P(Xi)i∈I=P(Xi′)i∈IP_{(X_{i})_{i\in I}}=P_{(X^{\prime}_{i})_{i\in I}}.