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学习笔记 | 终于搞懂σ-域!

学习笔记 | 终于搞懂σ-域!

作者: 三金姐姐 | 来源:发表于2021-03-09 23:03 被阅读0次

    ©统计炖鸡汤

    摘要

    σ-域的概念在概率论的理论研究中是极其重要的.


    先引入σ-域的概念,如下,

    1 σ-域的性质

    1.1 基本性质

    了解了概念后,我们需要知道σ-域的一些性质.首当其冲的是它的必要条件,如下,

    1.2 σ-域中元素的个数

    计算σ-域中元素的个数是一类常见问题.我们先研究一类非常特殊的σ-域的元素个数.这类特殊的集合,就是分割. [1]


    一般场合,若分割D由n个事件组成,则其产生的事件域σ(D)共含有2^n个不同的事件.分割行动常在一些问题的研究中被采用,它可使事件域得以简化.(只考虑一切可能的并及空集∅组成的事件域)
    下面我们证明如下命题,[2]

    题目:设样本空间S包含n个元素,证明:S的元素总能构造2^n个S的子集.

    归纳一下.如果S有限或者可数,我们直接定义B={S的全体子集,包括S本身}.若S包含n个元素,则B包含2^n个集合.当S不可数时,选取B使其包含所有重要的集合.如,设S=(-∞,∞)为实数轴,令B包含全体形如[a,b],(a,b],(a,b)和[a,b)的集合,其中a,b为任意实数.此外,根据B的性质可知,B还包含由上述集合经过(可数无穷次)并、交运算所得的集合.

    题目:假设随机事件A,B都既不是不可能事件也不是必然事件,并且A≠B,\overline{\text{A}}≠B,包含随机事件A,B的最小σ-域中元素的个数为(8).

    解:要想求解此问题,首先我们要知道样本空间是怎么样的.这里先引入两个概念,样本空间是随机现象的一切可能基本结果组成的集合,随机事件是随机现象的某些样本点组成的集合(简称事件),样本空间Ω的最大子集(即Ω本身)称为必然事件,样本空间的Ω的最小子集(即空集∅)称为不可能事件.
    这里由A≠B可得样本空间的元素至少是2.再由\overline{\text{A}}≠B可得样本空间不能只包含A,B,至少还得有1个元素.综上可知,样本空间至少有3个元素,那么最小σ-域中元素的个数就为8.

    2 基于σ-域的严格数学定义

    清楚了σ-域的概念,我们就可以定义概率论中很多基本的概念了.

    2.1 概率的严格数学定义

    σ-域到R的映射P,称为事件的概率,是一个0,1之间的数.P是Ω上的关于σ-域的测度.σ-域中元素称为P可测集(可测),这里的可测是指σ-域中都是有概率可言的事件.


    2.2 随机变量的严格数学定义

    概率的定义里引出了概率空间,进一步可以定义随机变量了.随机变量是用来表示随机现象结果的变量.简单地说,随机变量是样本空间上的一个(可测)函数,也就是说给每个事件赋一个数值,做一个随机试验后,随机变量便取定一个值.它严格的定义如下,[3]

    2.3 博雷尔集

    博雷尔集是重要的σ-域的例子.


    2.4 集函数

    给出集函数概念前先引入广义实数集.在实数集R中再加入元+∞和-∞,称\overline{\text{R}}=[-∞,+∞].[4]
    设Ω是非空集合,F是Ω的某些子集为元素构成的集合,称为Ω的一个集类.μ为F到\overline{\text{R}}上的函数,则称μ为F上的集函数.


    1. 茆诗松,程依明,濮晓龙,概率论与数理统计教程(第二版),高等教育出版社.

    2. (美)George Casello Roger L.Berger,统计推断(翻译版原书第2版),机械工业出版社出版的图书.

    3. 应坚刚, 何萍, 概率论(第二版), 博学数学系列, 复旦大学出版社, 2015年8月.

    4. 上海财经大学数学学院,实变函数,上海财经大学出版社,2018年2月.

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