O que há de errado com a minha prova da Lei da Variação Total?


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De acordo com a Lei da variância total,

Var⁡(X)=E⁡(Var⁡(X∣Y))+Var⁡(E⁡(X∣Y))

Ao tentar provar isso, escrevo

Var⁡(X)=E⁡(X−E⁡X)2=E⁡{E⁡[(X−E⁡X)2∣Y]}=E⁡(Var⁡(X∣Y))

O que há de errado com isso?

Respostas:


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A terceira linha está errada, porque você não tem E[X|Y] na segunda linha. Por exemplo, se Y for Bernoulli (1/2) e X for 1 se Y for 1 e -1 se Y for 0, então E[(X−E[X|Y])2|Y]=0 (é isso que você deseja) porque é totalmente informativo sobre , mas o que você tem lhe daráYXE[(X−E[X])2|Y]=E[(X−0)2|Y]=E[X2|Y]=1≠0 .

Não vou mentir, você me fez questionar a mim mesmo e eu tive que encarar isso um pouco antes que me atingisse, mesmo tendo que provar LOTV para mim mesmo um bilhão de vezes: P


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A transição da segunda para a terceira linha não segue. Desde você tem:E(X)≠E(X|Y)

E[(X−E(X))2|Y]≠E[(X−E(X|Y))2|Y]=E[V(X|Y)].

No caso especial em que para todos os seu trabalho e resultado permaneceriam válidos e seria um caso especial de o resultado mais geral.E(X)=E(X|Y=y)y∈R


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Var⁡(X)=E⁡(X−E⁡X)2=E⁡(E⁡[(X−E⁡X)2∣Y])≠E⁡(E⁡[(X−E⁡(X∣Y))2]∣Y)=E⁡(Var⁡(X∣Y))

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