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  <name>Introduction to Stochastic Processes</name>
  <metadata>
  <md:version>2.14</md:version>
  <md:created>2001/08/03</md:created>
  <md:revised>2005/01/05 22:24:24.026 US/Central</md:revised>
  <md:authorlist>
      <md:author id="aaz">
      <md:firstname>Behnaam</md:firstname>
      
      <md:surname>Aazhang</md:surname>
      <md:email>aaz@ece.rice.edu</md:email>
    </md:author>
  </md:authorlist>

  <md:maintainerlist>
    <md:maintainer id="dinesh">
      <md:firstname>Dinesh</md:firstname>
      
      <md:surname>Rajan</md:surname>
      <md:email>dinesh@ece.rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="mohammad">
      <md:firstname>Mohammad</md:firstname>
      <md:othername>Jaber</md:othername>
      <md:surname>Borran</md:surname>
      <md:email>mohammad@ece.rice.edu</md:email>
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      <md:firstname>Roy</md:firstname>
      
      <md:surname>Ha</md:surname>
      <md:email>rha@rice.edu</md:email>
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      <md:firstname>Shawn</md:firstname>
      
      <md:surname>Stewart</md:surname>
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    <md:maintainer id="aaz">
      <md:firstname>Behnaam</md:firstname>
      
      <md:surname>Aazhang</md:surname>
      <md:email>aaz@ece.rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist>
    <md:keyword>distribution</md:keyword>
    <md:keyword>random process</md:keyword>
    <md:keyword>stationary</md:keyword>
    <md:keyword>stochastic process</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract>Describes signals that cannot be precisely characterized.</md:abstract>
</metadata>

  <content>

    <section id="s1">
      <name>Definitions, distributions, and stationarity</name>

      <definition id="def1">
	<term>Stochastic Process</term>

	<meaning>
	  Given a sample space, a stochastic process is an indexed collection
	  of random variables defined for each

	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:in/>
              <m:ci>ω</m:ci>
              <m:ci>Ω</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:math>.

	  <equation id="eq01">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:forall/>
		<m:bvar><m:ci>t</m:ci></m:bvar>
		<m:condition>
		  <m:apply>
		    <m:in/>
		    <m:ci>t</m:ci>
		    <m:reals/>
		  </m:apply>
		</m:condition>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>t</m:mi>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>
	</meaning>
      </definition>

      <example id="example1">
	<para id="para1">
	  Received signal at an antenna as in <cnxn target="fig1"/>.
	</para>

	<figure id="fig1">
	  <media type="image/png" src="Figure3-1.png"/>
	</figure>

      </example>

      <para id="para2">
	For a given <m:math><m:ci>t</m:ci></m:math>, 

	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>X</m:mi>
		<m:mi>t</m:mi>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>

	is a random variable with a distribution

	<equation id="eq02">
	  <name>First-order distribution</name>
	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
              <m:apply>
                <m:ci type="fn">
                  <m:msub>
                    <m:mi>F</m:mi>
                    <m:msub>
                      <m:mi>X</m:mi>
                      <m:mi>t</m:mi>
                    </m:msub>
                  </m:msub>
                </m:ci>
                <m:ci>b</m:ci>
              </m:apply>
              <m:apply>
		  <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#probability"/>
		  <m:apply>
		    <m:leq/>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>t</m:mi>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>b</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
              <m:apply>
		  <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#probability"/>
                <m:set>
                  <m:bvar>
                    <m:apply>
                      <m:in/>
		      <m:ci>ω</m:ci>
		      <m:ci>Ω</m:ci>
                    </m:apply>
                  </m:bvar>
                  <m:condition>
                    <m:apply>
                      <m:leq/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">
			  <m:msub>
			    <m:mi>X</m:mi>
			    <m:mi>t</m:mi>
			  </m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>ω</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:ci>b</m:ci>
                    </m:apply>
                  </m:condition>
                </m:set>
              </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>
      </para>

      <definition id="def2">
	<term>First-order stationary process</term>

	<meaning>
	  If
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>F</m:mi>
		  <m:msub>
		    <m:mi>X</m:mi>
		    <m:mi>t</m:mi>
		  </m:msub>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>b</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	  is not a function of time then
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>X</m:mi>
		<m:mi>t</m:mi>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	  </m:math>
	  is called a first-order stationary process.
	</meaning>
      </definition>

      <para id="para3">
	<equation id="eq03">
	  <name>Second-order distribution</name>
	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>F</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:msub>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:msub>
			  <m:mi>t</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:msub>
		      <m:mo>,</m:mo>
		      <m:msub>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:msub>
			  <m:mi>t</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:msub>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>b</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>b</m:mi>
		      <m:mn>2</m:mn>
		  </m:msub>
		  </m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		  <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#probability"/>
		<m:apply>
		  <m:leq/>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:msub>
			<m:mi>t</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>b</m:mi>
		      <m:mn>1</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:leq/>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:msub>
			<m:mi>t</m:mi>
			<m:mn>2</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>b</m:mi>
		      <m:mn>2</m:mn>
		      </m:msub>
		  </m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	for all

	<m:math display="inline">
	  <m:apply>
	    <m:in/>
	      <m:ci>
	        <m:msub>
	          <m:mi>t</m:mi>
	          <m:mn>1</m:mn>
	        </m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:reals/>
	  </m:apply>
	</m:math>,

	<m:math display="inline">
	  <m:apply>
	    <m:in/>
	      <m:ci>
	        <m:msub>
	          <m:mi>t</m:mi>
	          <m:mn>2</m:mn>
	        </m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:reals/>
	  </m:apply>
	</m:math>,	

	<m:math display="inline">
	  <m:apply>
	    <m:in/>
	      <m:ci>
	        <m:msub>
	          <m:mi>b</m:mi>
	          <m:mn>1</m:mn>
	        </m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:reals/>
	  </m:apply>
	</m:math>,

	<m:math display="inline">
	  <m:apply>
	    <m:in/>
	      <m:ci>
	        <m:msub>
	          <m:mi>b</m:mi>
	          <m:mn>2</m:mn>
	        </m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:reals/>
	  </m:apply>
	</m:math>
	
	<equation id="eq04">
	  <name>Nth-order distribution</name>
	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
              <m:apply>
                <m:ci type="fn">
                  <m:msub>
                    <m:mi>F</m:mi>
                    <m:mrow>
                      <m:msub>
                        <m:mi>X</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>t</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                      </m:msub>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>X</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>t</m:mi>
                          <m:mn>2</m:mn>
                        </m:msub>
                      </m:msub>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:mi>…</m:mi>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>X</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>t</m:mi>
                          <m:mi>N</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:msub>
                    </m:mrow>
                  </m:msub>
                </m:ci>
                <m:ci>
                  <m:msub>
                    <m:mi>b</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                </m:ci>
                <m:ci>
                  <m:msub>
                    <m:mi>b</m:mi>
                    <m:mn>2</m:mn>
                  </m:msub>
                </m:ci>
                <m:ci>…</m:ci>
                <m:ci>
                  <m:msub>
                    <m:mi>b</m:mi>
                    <m:mi>N</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:ci>
              </m:apply>
              <m:apply>
		  <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#probability"/>
                <m:apply>
                  <m:leq/>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:msub>
			<m:mi>t</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>b</m:mi>
		      <m:mn>1</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
                </m:apply>
                <m:ci>…</m:ci>
                <m:apply>
                  <m:leq/>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:msub>
			<m:mi>t</m:mi>
			<m:mi>N</m:mi>
		      </m:msub>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>b</m:mi>
		      <m:mi>N</m:mi>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
                </m:apply>
              </m:apply>                     
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

      </para>

      <para id="def3">
          <m:math><m:ci>N</m:ci></m:math>th-order stationary : A
          random process is stationary of order
          <m:math><m:ci>N</m:ci></m:math> if
	<equation id="eq05">
	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
                      <m:mi>F</m:mi>
                      <m:mrow>
		      <m:msub>
			<m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>2</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:mi>…</m:mi>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mi>N</m:mi>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                      </m:mrow>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mn>1</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>…</m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mi>N</m:mi>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                </m:apply>
                <m:apply>
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                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:mrow>
                            <m:msub>
                              <m:mi>t</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>+</m:mo>
                            <m:mi>T</m:mi>
                          </m:mrow>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:mrow>
                            <m:msub>
                              <m:mi>t</m:mi>
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                            </m:msub>
                            <m:mo>+</m:mo>
                            <m:mi>T</m:mi>
                          </m:mrow>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:mi>…</m:mi>
                        <m:mi>,</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
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                            <m:msub>
                              <m:mi>t</m:mi>
                              <m:mi>N</m:mi>
                            </m:msub>
                            <m:mo>+</m:mo>
                            <m:mi>T</m:mi>
                          </m:mrow>
                        </m:msub>
                      </m:mrow>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
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                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>…</m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mi>N</m:mi>
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                  </m:ci>
                </m:apply>      
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>

      </para>

      <para id="def4">
	Strictly stationary : A process is strictly stationary if it
	is <m:math><m:ci>N</m:ci></m:math>th order stationary for all
	<m:math><m:ci>N</m:ci></m:math>.
      </para>

      <example id="example2">
	<para id="para4">
	  <m:math display="inline">
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		    </m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Θ</m:ci>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
              </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>

	  where

	  <m:math display="inline">
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>f</m:mi>
		<m:mn>0</m:mn>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	  </m:math>
	  
	  is the deterministic carrier frequency and 
          <m:math>
              <m:apply>
                <m:ci type="fn">Θ</m:ci>
                <m:ci>ω</m:ci>
              </m:apply>
              <m:mo>:</m:mo>
              <m:apply>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:ci>Ω</m:ci>
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              </m:apply>
          </m:math>
          is a random variable defined over
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:interval>
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	      <m:pi/>
	    </m:interval>
	  </m:math>
	  
	  and is assumed to be a uniform random variable;
	  <foreign>i.e.</foreign>,
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
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	  </m:math>

	  
	  <equation id="eq06">
	    <m:math display="block">
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			<m:ci>Θ</m:ci>
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	    </m:math>
	  </equation>

	  
	  <equation id="eq07">
	    <m:math display="block">
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	  </equation>

	  <equation id="eq08">
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	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>


	  <equation id="eq09">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
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                </m:piecewise>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>

	  This process is stationary of order 1.

	</para>

	<figure id="fig2">
	  <media type="image/png" src="Figure3-3a.png"/>
	</figure>

	<para id="para5">
	  The second order stationarity can be determined by first considering
	  conditional densities and the joint density.  Recall that
	  
	  <equation id="eq10">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
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                    <m:mi>t</m:mi>
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                </m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>
	    Then the relevant step is to find

	    <equation id="eq11">
	      <m:math display="block">
                <m:apply>
		  <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#probability"/>
		  <m:condition>
		    <m:apply>
		      <m:eq/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>X</m:mi>
			  <m:msub>
			    <m:mi>t</m:mi>
			    <m:mn>1</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			  </m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:condition>
		  
		  <m:apply>
		    <m:leq/>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:msub>
			    <m:mi>t</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:msub>
		      </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>b</m:mi>
			<m:mn>2</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:math>
	    </equation>
	    Note that 

	  <equation id="eq12">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:implies/>
                <m:apply>
                  <m:eq/>
		  <m:ci>
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		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:msub>
			<m:mi>t</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>
		    <m:msub>
		      <m:mi>x</m:mi>
		      <m:mn>1</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
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			    <m:mi>f</m:mi>
			    <m:mn>0</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>t</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:ci>Θ</m:ci>
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		      <m:ci>
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			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:cn>2</m:cn>
		      <m:pi/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>f</m:mi>
			  <m:mn>0</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>t</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
                </m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>


	  <equation id="eq13">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:eq/>
                <m:ci>
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                    <m:mi>X</m:mi>
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                      <m:mi>t</m:mi>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:msub>
                </m:ci>
                <m:apply>
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		      <m:pi/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>f</m:mi>
			  <m:mn>0</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>t</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
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		      <m:apply>
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			  <m:msub>
			    <m:mi>x</m:mi>
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			  </m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
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			<m:ci>
			  <m:msub>
			    <m:mi>f</m:mi>
			    <m:mn>0</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub>
			    <m:mi>t</m:mi>
			    <m:mn>1</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
                </m:apply>
                <m:apply>
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		    <m:plus/>
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		      <m:times/>
		      <m:cn>2</m:cn>
		      <m:pi/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>f</m:mi>
			  <m:mn>0</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>
			  <m:msub>
			    <m:mi>t</m:mi>
			    <m:mn>2</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub>
			    <m:mi>t</m:mi>
			    <m:mn>1</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:arccos/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
                </m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>

	</para>

	<figure id="fig3">
	  <media type="image/png" src="Figure3-3b.png"/>
	</figure>

	<para id="para6">
	  <equation id="eq14">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:eq/>
                <m:apply>
                  <m:ci type="fn">
                    <m:msub>
                      <m:mi>F</m:mi>
                      <m:mrow>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>2</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                      </m:mrow>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>b</m:mi>
                      <m:mn>1</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                </m:apply>
                <m:apply>
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		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>x</m:mi>
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		      </m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:lowlimit>
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		  </m:uplimit>
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			      <m:mi>X</m:mi>
			      <m:msub>
				<m:mi>t</m:mi>
				<m:mn>1</m:mn>
			      </m:msub>
			    </m:msub>
			  </m:msub></m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub>
			    <m:mi>x</m:mi>
			    <m:mn>1</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    <m:apply>
			<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#probability"/>
			<m:condition>
			  <m:apply>
			    <m:eq/>
			    <m:ci>
			      <m:msub>
				<m:mi>X</m:mi>
				<m:msub>
				  <m:mi>t</m:mi>
				  <m:mn>1</m:mn>
				</m:msub>
			      </m:msub>
			    </m:ci>
			    <m:ci>
			      <m:msub>
				<m:mi>x</m:mi>
				<m:mn>1</m:mn>
			      </m:msub>
			    </m:ci>
			  </m:apply>
			</m:condition>
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			  <m:leq/>
			  <m:ci>
			    <m:msub>
			      <m:mi>X</m:mi>
			      <m:msub>
				<m:mi>t</m:mi>
				<m:mn>2</m:mn>
			      </m:msub>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub>
			      <m:mi>b</m:mi>
			      <m:mn>2</m:mn>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:math>
	    </equation>
	  
	  Note that this is only a function of
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:minus/>
	        <m:ci>
	          <m:msub>
	            <m:mi>t</m:mi>
	            <m:mn>2</m:mn>
	          </m:msub>
	        </m:ci>
	        <m:ci>
	          <m:msub>
	            <m:mi>t</m:mi>
	            <m:mn>1</m:mn>
	          </m:msub>
	        </m:ci>	
	    </m:apply>
	  </m:math>.
	</para>

      </example>

      <example id="example3">
	<para id="para7">
	  Every <m:math><m:ci>T</m:ci></m:math> seconds, a fair coin
	  is tossed.  If heads, then
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
              <m:ci>
                <m:msub>
                  <m:mi>X</m:mi>
                  <m:mi>t</m:mi>
                </m:msub>
              </m:ci>
              <m:cn>1</m:cn>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	  
	  for
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:leq/>
              <m:apply>
                <m:times/>
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		<m:ci>T</m:ci>
              </m:apply>
              <m:apply>
                <m:lt/>
		<m:ci>t</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:plus/>
		    <m:ci>n</m:ci>
		    <m:cn>1</m:cn>
		  </m:apply>
		  <m:ci>T</m:ci>
		</m:apply>
              </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>.
	  
	  If tails, then
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
              <m:ci>
                <m:msub>
                  <m:mi>X</m:mi>
                  <m:mi>t</m:mi>
                </m:msub>
              </m:ci>
		<m:cn>-1</m:cn>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	  for
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
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                <m:lt/>
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		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
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		    <m:ci>n</m:ci>
		    <m:cn>1</m:cn>
		  </m:apply>
		  <m:ci>T</m:ci>
		</m:apply>
              </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>.
	</para>

	<figure id="fig4">
	  <media type="image/png" src="Figure3-4.png"/>
	</figure>

	<para id="para8">
	  <equation id="eq15">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:eq/>
                <m:apply>
                  <m:ci type="fn">
                    <m:msub>
                      <m:mi>p</m:mi>
                      <m:msub>
                        <m:mi>X</m:mi>
                        <m:mi>t</m:mi>
                      </m:msub>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>x</m:ci>
                </m:apply>
                <m:piecewise>
                  <m:piece>
                    <m:apply>
                      <m:divide/>
		      <m:cn>1</m:cn>
		      <m:cn>2</m:cn>
                    </m:apply>
                    <m:apply>
                      <m:eq/>
		      <m:ci>x</m:ci>
		      <m:cn>1</m:cn>
                    </m:apply>
                  </m:piece>
                  <m:piece>
                    <m:apply>
                      <m:divide/>
		      <m:cn>1</m:cn>
		      <m:cn>2</m:cn>
                    </m:apply>
                    <m:apply>
                      <m:eq/>
		      <m:ci>x</m:ci>
		      <m:cn>-1</m:cn>
                    </m:apply>
                  </m:piece>
                </m:piecewise>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>
	  
	  for all
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:in/>
	        <m:ci>t</m:ci>
	        <m:reals/>
	    </m:apply>
	  </m:math>.

	  <m:math display="inline">
	    <m:ci>
	      <m:msub>
		<m:mi>X</m:mi>
		<m:mi>t</m:mi>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	  </m:math>
	  is stationary of order 1.
	</para>

	<para id="para9">
	  Second order probability mass function

	  <equation id="eq16">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:eq/>
                <m:apply>
                  <m:ci type="fn">
                    <m:msub>
                      <m:mi>p</m:mi>
                      <m:mrow>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>2</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                      </m:mrow>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>x</m:mi>
                      <m:mn>1</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:ci>
                    <m:msub>
                      <m:mi>x</m:mi>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                </m:apply>
                <m:apply>
                  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>p</m:mi>
			<m:mrow>
			  <m:msub>
			    <m:mi>X</m:mi>
			    <m:msub>
			      <m:mi>t</m:mi>
			      <m:mn>2</m:mn>
			    </m:msub>
			  </m:msub>
			  <m:mo>|</m:mo>
			  <m:msub>
			    <m:mi>X</m:mi>
			    <m:msub>
			      <m:mi>t</m:mi>
			      <m:mn>1</m:mn>
			    </m:msub>
			  </m:msub>
			</m:mrow>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:mrow>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub>
			<m:mo>|</m:mo>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:mrow>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>p</m:mi>
			<m:msub>
			  <m:mi>X</m:mi>
			  <m:msub>
			    <m:mi>t</m:mi>
			    <m:mn>1</m:mn>
			  </m:msub>
			</m:msub>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
			<m:mi>x</m:mi>
			<m:mn>1</m:mn>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
                </m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>

	</para>

	<para id="para10">
	  The conditional pmf

	  <equation id="eq17">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:eq/>
                <m:apply>
                  <m:ci type="fn">
                    <m:msub>
                      <m:mi>p</m:mi>
                      <m:mrow>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>2</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                        <m:mo>|</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>X</m:mi>
                          <m:msub>
                            <m:mi>t</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:msub>
                      </m:mrow>
                    </m:msub>
                  </m:ci>
                  <m:mrow>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub> 
		      </m:ci>
                     <m:mo>|</m:mo>
		    <m:ci>
		      <m:msub>
                        <m:mi>x</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
		    </m:ci>
                 </m:mrow>
                </m:apply>
                <m:piecewise>
                  <m:piece>
                    <m:cn>0</m:cn>
                    <m:apply>
                      <m:neq/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
                    </m:apply>
                  </m:piece>
                  <m:piece>
                    <m:cn>1</m:cn>
                    <m:apply>
                      <m:eq/>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>2</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub>
			  <m:mi>x</m:mi>
			  <m:mn>1</m:mn>
			</m:msub>
		      </m:ci>
                    </m:apply>
                  </m:piece>
                </m:piecewise>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </equation>
	  
	  when
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:leq/>
              <m:apply>
                <m:times/>
		<m:ci>n</m:ci>
		<m:ci>T</m:ci>
              </m:apply>
              <m:apply>
                <m:lt/>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>t</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:plus/>
		    <m:ci>n</m:ci>
		    <m:cn>1</m:cn>
		  </m:apply>
		  <m:ci>T</m:ci>
		</m:apply>
              </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	  
	  and
	  
	  <m:math display="inline">
	    <m:apply>
	      <m:leq/>
              <m:apply>
                <m:times/>
		<m:ci>n</m:ci>
		<m:ci>T</m:ci>
              </m:apply>
              <m:apply>
                <m:lt/>
		<m:ci>
		  <m:msub>
		    <m:mi>t</m:mi>
		    <m:mn>2</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:plus/>
		    <m:ci>n</m:ci>
		    <m:cn>1</m:cn>
		  </m:apply>
		  <m:ci>T</m:ci>
		</m:apply>
              </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	  for some <m:math><m:ci>n</m:ci></m:math>.

	  <equation id="eq18">
	    <m:math display="block">
	      <m:apply>
		<m:eq/>
                <m:apply>
                  <m:ci type="fn">
                    <m:msub>
                      <m:mi>p</m:mi>
                      <m:mrow>
                        <m:msub>
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