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Examen

Solution Manual for Stochastic Processes With R An Introduction 1st edition

Puntuación
-
Vendido
-
Páginas
45
Grado
A+
Subido en
03-10-2025
Escrito en
2025/2026

This solution manual accompanies the textbook Stochastic Processes With R: An Introduction and provides comprehensive, step-by-step solutions to all end-of-chapter exercises. It covers key topics such as: Markov chains and transition matrices Poisson processes and birth–death models Brownian motion and random walks Applications using R for simulation and analysis The manual is designed for instructors and students alike, offering clarity and insight into the mathematical reasoning behind stochastic models. It also includes R code snippets to support computational understanding

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Solution Manual for Stochastic Processes With R An
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Solution Manual for Stochastic Processes With R An

Información del documento

Subido en
3 de octubre de 2025
Número de páginas
45
Escrito en
2025/2026
Tipo
Examen
Contiene
Preguntas y respuestas

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https://www.stuvia.com/en-us/doc/8364376/solutions-manual-for-stochastic-processes-with-r-an-
introduction-1st-edition-by-korosteleva-2024-all-9-chapters-covered

ALL 9 CHAPTER
COVERED




SOLUTIONS MANUAL

, TABLE OF CONTENTS
CHAPTER 1 ……………………………………………………………………………………. 3

CHAPTER 2 ……………………………………………………………………………………. 31

CHAPTER 3 ……………………………………………………………………………………. 41

CHAPTER 4 ……………………………………………………………………………………. 48

CHAPTER 5 ……………………………………………………………………………………. 60

CHAPTER 6 ……………………………………………………………………………………. 67

CHAPTER 7 ……………………………………………………………………………………. 74

CHAPTER 8 ……………………………………………………………………………………. 81

CHAPTER 9 ……………………………………………………………………………………. 87




2

, CHAPTER
1 0.3 0.4 0.3
EXERCISE 1.1. For a Markov chain with a one-step transition probability matrix � 0.2 0.3 0.5

0.8 0.1 0.1
we compute:

(a) 𝑃𝑃(𝑋𝑋3 = 2 |𝑋𝑋0 = 1, 𝑋𝑋1 = 2, 𝑋𝑋2 = 3) = 𝑃𝑃(𝑋𝑋3 = 2 | 𝑋𝑋2 = 3) (by the Markov property)
= 𝑃𝑃32 = 0.1.
(b) 𝑃𝑃(𝑋𝑋4 = 3 |𝑋𝑋0 = 2, 𝑋𝑋3 = 1) = 𝑃𝑃(𝑋𝑋4 = 3 | 𝑋𝑋3 = 1) (by the Markov property)
= 𝑃𝑃13 = 0.3.
(c) 𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1, 𝑋𝑋1 = 2, 𝑋𝑋2 = 3, 𝑋𝑋3 = 1) = 𝑃𝑃(𝑋𝑋3 = 1 | 𝑋𝑋0 = 1, 𝑋𝑋1 = 2, 𝑋𝑋2 = 3) 𝑃𝑃(𝑋𝑋2 = 3 |𝑋𝑋0 = 1,
𝑋𝑋1 = 2) 𝑃𝑃(𝑋𝑋1 = 2 | 𝑋𝑋0 = 1) 𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1) (by conditioning)
= 𝑃𝑃(𝑋𝑋3 = 1 | 𝑋𝑋2 = 3) 𝑃𝑃(𝑋𝑋2 = 3 | 𝑋𝑋1 = 2) 𝑃𝑃(𝑋𝑋1 = 2 | 𝑋𝑋0 = 1) 𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1) (by the Markov property)

= 𝑃𝑃31 𝑃𝑃23 𝑃𝑃12 𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1) = (0.8)(0.5)(0.4)(1) = 0.16.
(d) We first compute the two-step transition probability matrix. We obtain

0.3 0.4 0.3 0.3 0.4 0.3 0.41 0.27 0.32
(2)
𝐏𝐏 = � 0.2 0.3 0.5 � � 0.2 0.3 0.5 � = � 0.52 0.22 0.26�.

Now we 0.8 0.1 0.1 0.8 0.1 0.1 0.34 0.36 0.30
write
𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1, 𝑋𝑋1 = 2, 𝑋𝑋3 = 3, 𝑋𝑋5 = 1) = 𝑃𝑃(𝑋𝑋5 = 1 | 𝑋𝑋0 = 1, 𝑋𝑋1 = 2, 𝑋𝑋3 = 3) 𝑃𝑃(𝑋𝑋3 = 3 |𝑋𝑋0 = 1,
𝑋𝑋1 = 2) 𝑃𝑃(𝑋𝑋1 = 2 | 𝑋𝑋0 = 1) 𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1) (by conditioning)
= 𝑃𝑃(𝑋𝑋5 = 1 | 𝑋𝑋3 = 3) 𝑃𝑃(𝑋𝑋3 = 3 | 𝑋𝑋1 = 2) 𝑃𝑃(𝑋𝑋1 = 2 | 𝑋𝑋0 = 1) 𝑃𝑃(𝑋𝑋0 = 1) (by the Markov property)
(0.34)(0.26)(0.4)(1) = 0.03536.
𝑃𝑃 𝑃𝑃(𝑋𝑋 = 1) =
(2) (2)


= 𝑃𝑃31 𝑃𝑃23 12 0

EXERCISE 1.2. (a) We plot a diagram of the Markov chain.

#specifying transition probability matrix
tm<- matrix(c(1, 0, 0, 0, 0, 0.5, 0, 0, 0, 0.5, 0.2, 0, 0, 0, 0.8,
0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0), nrow=5, ncol=5, byrow=TRUE)

#transposing transition probability matrix tm.tr<- t(tm)

#plotting diagram library(diagram)
plotmat(tm.tr, arr.length=0.25, arr.width=0.1, box.col="light blue", box.lwd=1, box.prop=0.5,
box.size=0.12, box.type="circle", cex.txt=0.8, lwd=1, self.cex=0.3, self.shiftx=0.01, self.shifty=0.09)




3

, State 2 is reflective. The chain leaves that state in one step. Therefore, it forms a separate
transient class that has an infinite period.

Finally, states 3, 4, and 5 communicate and thus belong to the same class. The chain can
return to either state in this class in 3, 6, 9, etc. steps, thus the period is equal to 3. Since
there is a positive probability to leave this class, it is transient.

The R output supports these findings.

#creating Markov chain object library(markovchain)
mc<- new("markovchain", transitionMatrix=tm,states=c("1", "2", "3", "4", "5"))

#computing Markov chain characteristics recurrentClasses(mc)

"1"

transientClasses(mc)

"2"

"3" "4" "5"

absorbingStates(mc)

"1"
4
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