Question
Suppose that Yt=A+Bt+Xt, where {Xt} is a random walk. First suppose that A and B are constants.
- a. Is {Yt} stationary?
- b. Is {∇Yt} stationary?
Now suppose that A and B are random variables that are independent of the random walk {Xt}.
- c. Is {Yt} stationary?
- d. Is {∇Yt} stationary?
Answer
a.
Quote from 1_Pertemuan 1a.pdf page 35:
“Dalam kuliah ini, istilah stasioner jika digunakan sendiri akan selalu mengacu pada bentuk stasioneritas yang lebih lemah”
Suatu stochastic process {Zt} dikatakan weakly stationary apabila:
- E[Zt]=μ (mean konstan)
- Var(Zt)<∞,∀t (variansi ada)
- Cov(Zt,Zt−k)=γk (cov independen dari t)
Akan dicari apakah Yt=A+Bt+Xt dimana {Xt} adalah random walk dan A dan B konstan.
Diketahui dari sifat random walk1 bahwa E[Xt]=0.
Sehingga,
YtE[Yt]=A+Bt+Xt=E[A+Bt+Xt]=A+Bt+E[Xt]=A+Bt
∴ Karena E[Yt] berbeda untuk setiap t, maka Yt tidak stasioner
b.
Akan dicari apakah ∇Yt=Yt−Yt−1 stasioner:
∇YtE[∇Yt]Var(∇Yt)Cov(∇Yt,∇Yt−k)=Yt−Yt−1=(A+Bt+Xt)−(A+B(t−1)+Xt−1)=B+et=E[B+et]=B(konstan ∀t)=Var(B+et)=Var(et)=σe2<∞,∀t=Cov(B+et, B+et−k)=Cov(et,et−k)=0
∴ Terbukti ∇Yt adalah stasioner.
c.
Andaikan A dan B variabel acak yang independen terhadap {Xt}
Dapat diperoleh:
YtE[Yt]Var(Yt)Cov(Yt,Yt−k)=A+Bt+Xt=E[A+Bt+Xt]=E[A]+tE[B]=Var(A)+Var(Bt)+Var(Xt)+2Cov(A,Bt)+2Cov(A,Xt)+2Cov(Bt,Xt)=Var(A)+t2Var(B)+tσe2+2tCov(A,B)+0+0=E[YtYt−k]−E[Yt]E[Yt−k]=E[(A+Bt+Xt)(A+B(t−k)+Xt−k)]−(E[A]+tE[B])(E[A]+(t−k)E[B])=E[A2]+E[AB](t−k)+E[AB]t+E[B2]t(t−k)+E[XtXt−k]−(E[A])2−E[A]E[B](t−k)−E[A]E[B]t−(E[B])2t(t−k)=Var(A)+(2t−k)Cov(A,B)+t(t−k)Var(B)+(t−k)σe2
Kondisi 1 tidak terpenuhi karena E[Yt] bergantung pada t (kecuali E[B]=0).
Kondisi 3 tidak terpenuhi karena Cov(Yt,Yt−k) bergantung pada t untuk semua nilai A, B, σe2 nontrivial.
∴ {Yt} tidak stasioner.
d.
Dapat diperoleh:
∇YtE[∇Yt]Var(∇Yt)Cov(∇Yt,∇Yt−k)=Yt−Yt−1=(A+Bt+Xt)−(A+B(t−1)+Xt−1)=B+et=E[B+et]=E[B](konstan ∀t)=Var(B+et)=Var(B)+Var(et)=Var(B)+σe2<∞∀t=Cov(B+et, B+et−k)=Cov(B,B)+Cov(B,et−k)+Cov(et,B)+Cov(et,et−k)=Var(B)+Cov(et,et−k)=Var(B)(k=0)
∴ Ketiga syarat terpenuhi: mean E[B] konstan, variansi Var(B)+σe2<∞, dan kovarians hanya bergantung pada k . Maka {∇Yt} stasioner.