特徵函數、穩定律與精細極限定理

林德伯格條件與李雅普諾夫條件(Lindeberg and Lyapunov conditions)

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當被加項獨立但不同分布時,你需要一個可驗證的假設來保證高斯極限。兩個是標準的:林德伯格條件(尖銳、充分且本質必要者)與李雅普諾夫條件(較簡單、較強、實務上較易驗證者)。理解它們的關係是精通非同分布和之中央極限定理的一部分。

用三角陣列佈置:獨立、均值 0 的 X_{n,k},k=1,...,r_n,總變異數 s_n^2 = sum_k sigma_{n,k}^2。林德伯格條件為:對每個 epsilon > 0,(1/s_n^2) sum_k E[ X_{n,k}^2 ; |X_{n,k}| > epsilon s_n ] -> 0——來自大值的變異數貢獻一致消失。李雅普諾夫條件要求存在單一 delta > 0 使 (1/s_n^(2+delta)) sum_k E[ |X_{n,k}|^(2+delta) ] -> 0——控制略高於二階的絕對動差。關鍵關係:李雅普諾夫蘊涵林德伯格(在事件 |X_{n,k}| > epsilon s_n 上用動差界,其中 |X_{n,k}|^2 <= |X_{n,k}|^(2+delta)/(epsilon s_n)^delta),但反之不成立;林德伯格是較弱且確實較尖銳的假設。兩者皆給出 (1/s_n) sum_k X_{n,k} -> N(0,1)。

這些條件之所以重要,在於它們是進入林德伯格—費勒中央極限定理的實務入口:delta=1 的李雅普諾夫(三階動差界)是課本與應用中通常驗證的對象,因它是乾淨的動差估計,而林德伯格在三階動差無窮但截斷變異數條件仍成立時被援用。誠實的警語:李雅普諾夫嚴格更強,故一個和可滿足林德伯格(因而遵守中央極限定理)卻不滿足任何李雅普諾夫條件——別因李雅普諾夫失敗就斷定無中央極限定理。且兩條件都關乎個別項的可忽略性;它們預設高斯區制,當主導項或重尾把你推向穩定極限時無話可說。

對均值 0、變異數 sigma^2、E[|X|^3] 有限的獨立同分布變數,delta=1 的李雅普諾夫條件化為 n E[|X|^3]/(sigma sqrt(n))^3 = E[|X|^3]/(sigma^3 sqrt(n)) -> 0,自動成立——把古典中央極限定理還原為李雅普諾夫(因而林德伯格)的特例。

李雅普諾夫(一個 (2+delta) 階動差界)充分且易驗;林德伯格較弱且尖銳。

李雅普諾夫蘊涵林德伯格但反之不然,故一個和可經林德伯格遵守中央極限定理卻不滿足李雅普諾夫;切勿把「李雅普諾夫失敗」讀成「無中央極限定理」。

又稱
Lindeberg conditionLyapunov condition李雅普諾夫條件