Def. 擴張實直線mathscr{R^{*}}=[-infty,+infty],mathscr{B^{*}}擴張Boral域

Def. 一個廣義實值隨機變數是一個函數 X ,其定義域是 mathscr{F} 中的一個集 Delta ,值域包含在 mathscr{R^{*}} 之中,s.t.對於 mathscr{B^{*}} 中的每一個 mathbf{B} ,有

{omega:X(omega)inmathbf{B}}inDeltacapmathscr{F}

其中 Deltacapmathscr{F}mathscr{F} 在上 Delta 的跡。

一個復值隨機變數是一個定義在 mathscr{F} 中的一個集 Delta 上而在複平面上取值的函數,其實部與虛部都是實的有限值隨機變數

Def. 考慮從 mathscr{R^{1}}Omega 的逆映射 X^{-1} ,其定義如下:

forall Ainmathscr{R^{1}}:X^{-1}(A)={omega:X(omega)in A}

於是上述定義條件可以表述為: X^{-1}mathscr{B^{1}} 的元素變為 mathscr{F} 的元素:

forall Binmathscr{B^{1}}:X^{-1}(B)inmathscr{F}

記為:

X^{-1}(mathscr{B^{1}})subsetmathscr{F}

這樣一個函數稱為(關於 mathscr{F} )是可測的,故隨機變數Omegamathscr{R^{1}}可測函數

Them. IFF. forall 實數 x ,或對 mathscr{R^{1}} 中的一個稠子集的 forall 實數 x ,有

{omega:X(omega)le x}inmathscr{F}

時, X 是一個隨機變數

Proof

上述條件可以寫成:

forall x:X^{-1}((-infty,x])inmathscr{F}

mathscr{A}={Sinmathscr{R^{1}}:X^{-1}(S)inmathscr{F}}

Sinmathscr{A} ,則

X^{-1}(S^{c})=(X^{-1}(S))^{c}inmathscr{F}

forall j:S_{j}inmathscr{A} ,則

X^{-1}(igcup_{j}S_{j})=igcup_{j}X^{-1}(S_{j})inmathscr{F}

於是 S^{c}inmathscr{A}igcup_{j}S_{j}inmathscr{A} ,故mathscr{A}是一個Boral域。這個Boral域包含所有形如 (-infty,x] 的區間,即使 x 限制在一個稠集中,這些區間也產生 mathscr{R^{1}} ,故 mathscr{B^{1}}subsetmathscr{A} ,即 forall Binmathscr{B^{1}},X^{-1}(B)inmathscr{F}X 是一個隨機變數

Them. 概率空間 (Omega,mathscr{F},mathscr{P}) 上的每一個隨機變數根據如下關係,引出一個概率空間 (mathscr{R^{1}},mathscr{B^{1}},mu)

forall Binmathscr{B^{1}}:mu(B)=mathscr{P}{X^{-1}(B)}=mathscr{P}{Xin B}

review&e.g. 設是一可數集: Omega={omega_{j},jin J}mathscr{F}Omega 的全Boral域。對於 {p_{j},jin J}

forall jin J:p_{j}ge0;sum_{jin J}p_{j}=1

mathscr{F} 上定義集函數 mathscr{P}

forall Einmathscr{F}:mathscr{P}(E)=sum_{omega_{j}in E}p_{j}

是一概率測度。

設在 mathscr{F} 上給定任意這樣的 mathscr{P} 。對 forall j,{omega_{j}}inmathscr{F} ,故有 mathscr{P}({omega_{j}}) 定義,設其值為 p_{j} ,則

forall jin J:p_{j}ge0;sum_{jin J}p_{j}=1

這樣就將 (Omega,mathscr{S}) 上的所有可能的概率測度表示出來了,稱其為離散樣本空間

對於這樣的離散樣本空間,每一個數值函數都是隨機變數

Them. 如果 X 是一個隨機變數, f(mathscr{R^{1}},mathscr{B^{1}}) 上的一個Boral可測函數,則 f(X) 是一個隨機變數

Proofomega 的函數 f(X) 看做複合映射:

fcirc X:omega
ightarrow f(X(omega))

(fcirc X)^{-1}=X^{-1}circ f^{-1} ,故有

(fcirc x)^{-1}(mathscr{B^{1}})=X^{-1}(f^{-1}(mathscr{B^{1}}))

subset X^{-1}(mathscr{B^{1}})subsetmathscr{F}

Them.X,Y 是隨機變數, f 是二元Boral可測函數,則 f(X,Y) 是一個隨機變數。

Def. xvee y=max(x,y);xwedge y=min(x,y)

Ratio.X 是一個隨機變數, fmathscr{R^{1}} 上的連續函數,則 f(X) 是一個隨機變數;特別地, X^{r}(rinmathscr{Z^{+}}),|X|^{r}(rinmathscr{R^{+}}),e^{-lambda X},e^{itX}(lambda,tinmathscr{R}) 都是隨機變數,若 X,Y 是隨機變數,則

Xvee Y,Xwedge Y,X+Y,X-Y,Xcdot Y,Xsetminus Y

都是隨機變數,對於最後一個 Y 不為零

Them.{X_{j},jge1}是一隨機變數序列,則

inf_{j}X_{j},sup_{j}X_{j},liminf_{j}X_{j},limsup_{j}X_{j}

都是隨機變數,且

lim_{j	oinfty}X_{j}

Delta上的一個隨機變數,此處 Delta是收斂點和發散於 pminfty的點的集合

Def. 若存在一個可數集 Bsubsetmathscr{R^{1}} s.t. mathscr{P}(Xin B)=1 ,則稱隨機變數 X離散的(取可數值的)

Def. 對於每個DeltasubsetOmega ,函數I_{Delta}(cdot) 定義如下:

forallomegainOmega:I_{Delta}(omega)=   egin{cases}     1 ,omegainDelta \    0 ,omegainOmegasetminusDelta   end{cases}

此函數稱為 Delta示性函數

顯然,IFF. Deltainmathscr{F} 時, I_{Delta} 是一個隨機變數。

Def. Omega的一個可數劃分是不相交集的一個可數類 {Lambda_{j}} ,對於forall j,Lambda_{j}inmathscr{F},Omega=igcup_{j}Lambda_{j}1=I_{Omega}=sum_{j}I_{Lambda_{j}}

更一般地,設b_{j}是任意實值函數,則函數 phi

forallepsiloninOmega:phi(omega)=sum_{j}b_{j}I_{Lambda}(omega)

是一個離散隨機變數,稱phi為屬於加權劃分 {Lambda_{j},b_{j}} 的隨機變數。設{b_{j}}X的定義中的可數集,並令 Lambda_{j}={omega:X(omega)=b_{j}} ,則X屬於加權劃分 {Lambda_{j};b_{j}} 。即每個離散隨機變數屬於某個劃分。若j在一個有限指標集中取值,則稱劃分是有限的,屬於它的隨機變數稱為簡單的

這裡,把Lebesgue積分和測度論很好的結合在了一起

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