Esse problema pode ser resolvido decompondo-se em partes e usando as propriedades de um processo de Poisson .
Ele ajuda a lembrar como para gerar um processo de Poisson de intensidade em um subconjunto limitado de . Primeiro, geramos uma variável aleatória Poisson com taxaondedenota Lebesgue medida, e, em seguida, estes polvilhar pontos uniformemente no interior aleatória de .ρR2Nρ|A||⋅|NA
Isto imediatamente nos diz que, enquanto , se escolhermos dois pontos (sem substituição) de forma aleatória, em seguida, estes dois pontos será independente e uniformemente distribuído em . Quando , temos que fazer algo e uma escolha natural é definir a probabilidade desejada como zero. Observe que isso acontece com a probabilidade
Essa é a única parte do problema que depende da intensidade do processo de Poisson.N≥2AN<2
P(N<2)=(1+ρ|A|)e−ρ|A|.
Probabilidade condicional em{N≥2}
Estamos interessados na probabilidade
onde , e . Aqui e são os raios de dois dos nossos pontos distribuídos uniformemente que caem em .
p(A,B,r):=P(d21≤d22A(1+Bd22)),
A>0B>0A={x:∥x∥2≤r}d1d2A
Observe que, para um ponto distribuído aleatoriamente no disco do raio , a distribuição da distância da origem é , a partir da qual podemos ver que tem a mesma distribuição que onde . A partir disso, podemos reafirmar a probabilidade de interesse como
rP(D≤d)=(d/r)2D2r2UU∼U(0,1)
p(A,B,r)=P(U1≤U2A(1+Br2U2))=∬1(0<x<1)1(0<y<1)1(0<y<x/(A+ABr2x))dydx.
Essa integral se divide em dois casos. Para calcular, precisamos da integral geral
∫t0xa+bxdx=1b(t−ablog(1+bt/a)).
Caso 1 : .A(1+Br2)≥1
Aqui vemos que para , então
u≤A(1+Br2u)u∈[0,1]
p(A,B,r)=1ABr2(1−log(1+Br2)Br2).
Caso 2 : .A(1+Br2)<1
Aqui a integral para divide em duas partes, pois em . Portanto, integramos até usando a integral geral e depois aderimos a uma área de adição de para a segunda peça. Portanto, obtemos
p(A,B,r)u≥A(1+Br2u)[A/(1−ABr2),1]t=A/(1−ABr2)1−A/(1−ABr2)
p(A,B,r)=1Br2(11−ABr2+log(1−ABr2)ABr2)+1−A1−ABr2=1+1Br2(1+log(1−ABr2)ABr2).
Muitas vezes uma imagem ajuda; Aqui está um que mostra um exemplo da região de integração para cada caso. Observe que está no eixo e no eixo .U1yU2x

A probabilidade final de interesse é então, é claro, .(1−(1+ρπr2)e−ρπr2)p(A,B,r)
Uma fácil generalização
Podemos facilmente generalizar o resultado para usar uma bola de formato diferente. De fato, para qualquer norma arbitrária em , a probabilidade condicional é invariável desde que utilizemos a bola induzida pela norma em vez do círculo!R2p(A,B,r)
Isso ocorre porque, independentemente da norma escolhida, o raio ao quadrado é distribuído uniformemente. Para ver por que, seja uma norma em e a bola de raio sob a norma . Observe que se e somente se . A escalada para cima ou para baixo da bola unitária é uma transformação linear e, por um fato padrão sobre a medida de Lebesgue, a medida de uma transformação linear de é
já queδ(⋅)R2Bδ(r)={x:δ(x)≤r}rδrx∈Bδ(r)x∈Bδ(1)TBδ(1)
|Bδ(r)|=|TBδ(1)|=|det(T)||Bδ(1)|=r2|Bδ(1)|,
T(x)=rx=(rx1,rx2) neste caso.
Isso mostra que se para distribuído uniformemente em , então
O leitor de olhos de águia notará que aqui usamos apenas a homogeneidade da norma e, portanto, um resultado semelhante se aplica em geral a distribuições uniformes em classes de conjuntos fechados sob uma transformação homogênea.D=δ(X)XBδ(r)
P(D≤d)=|Bδ(d)||Bδ(r)|=(d/r)2.
Aqui está uma imagem com dois pontos selecionados. As normas mostradas são a norma euclidiana, norma, norma, e a norma para . Cada bola unitária é delineada em preto, e a maior bola dentro da qual os dois pontos selecionados aleatoriamente se encontram é desenhada na cor correspondente.ℓ1supℓpp=5
A probabilidade condicional é a mesma para cada imagem quando a distância é medida usando a norma correspondente.p(A,B,r)
