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復(fù)習(xí)筆記Day111:概率論知識總結(jié)(三)

2023-03-03 15:20 作者:間宮_卓司  | 我要投稿

附錄4.5.1?(%5Ctext%7BRiemann-Stieltjes%7D積分) 設(shè)F是分布函數(shù),%5Cphi%20R上的非負(fù)函數(shù),稱%5Cphi%20關(guān)于F在區(qū)間(a%2Cb%5D上是%5Ctext%7BStieltjes%7D可積的,如果存在常數(shù)A,使得對任何%5Cvarepsilon%20%3E0,存在%5Cdelta%20%3E0,對任何(a%2Cb%5D上的分劃%5CDelta%20%3Aa%3Dx_0%3Cx_1%3C%5Ccdots%20%3Cx_n%3Db,只要分劃的長度%5Cleft%7C%20%5CDelta%20%5Cright%7C%3D%5Cunderset%7B1%5Cle%20i%5Cle%20n%7D%7B%5Cmax%7D%5Cleft%7C%20x_i-x_%7Bi-1%7D%20%5Cright%7C%3C%5Cdelta%20?,就有

%5Cleft%7C%20%5Csum_%7Bi%3D1%7D%5En%7B%5Cphi%20%5Cleft(%20y_i%20%5Cright)%20%5Cleft(%20F%5Cleft(%20x_i%20%5Cright)%20-F%5Cleft(%20x_%7Bi-1%7D%20%5Cright)%20%5Cright)%7D-A%20%5Cright%7C%3C%5Cvarepsilon%20

對任何y_i%5Cin%20%5Cleft(%20x_%7Bi-1%7D%2Cx_i%20%5Cright%5D%20%2C1%5Cle%20i%5Cle%20n成立,就記A%3D%5Cint_%7B%5Cleft(%20a%2Cb%20%5Cright%5D%7D%7B%5Cphi%20%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%5Cmathrm%7Bd%7DF%5Cleft(%20x%20%5Cright)%7D

太長了懶得寫了,總之就是如果%5Cphi%20是非負(fù)的,那反常積分收斂的定義就%5Ctext%7BRiemann%7D積分的反常積分的定義是類似的,但是如果%5Cphi%20是一般的函數(shù),反常積分收斂的定義卻和%5Ctext%7BLebesgue%7D積分的定義是類似的

從這個積分的定義可以看出,如果F(x)%3Dx的話(雖然它不能做分布函數(shù)),就是普通的%5Ctext%7BRiemann%7D積分,而如果F(x)可導(dǎo)的話,那么

%5Cint_%7B%5Cleft(%20a%2Cb%20%5Cright%5D%7D%7B%5Cphi%20%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%5Cmathrm%7Bd%7DF%5Cleft(%20x%20%5Cright)%7D%3D%5Cint_%7B%5Cleft(%20a%2Cb%20%5Cright%5D%7D%7B%5Cphi%20%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20F'%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%5Cmathrm%7Bd%7Dx%7D

定理4.2.2?設(shè)%5Cxi是隨機變量,F是其分布函數(shù)。如果%5Cphi%20是非負(fù)連續(xù)或有界連續(xù)函數(shù),那么

%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cphi%20%5Cleft(%20%5Cxi%20%5Cright)%20%3D%5Cint_R%7B%5Cphi%20%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%5Cmathrm%7Bd%7DF%5Cleft(%20x%20%5Cright)%7D

如果記得%5Ctext%7BRiemann-Stieltjes%7D積分的定義,那這個結(jié)論其實還蠻直觀的

§4.3? 方差及其不等式

定理4.3.1?(1)%5Ctext%7BChebyshev%7D不等式:設(shè)%5Cxi是一個隨機變量,%5Calpha%3E0,則對于任意m>0,有

%5Cmathbb%7BP%7D%20%5Cleft(%20%5Cleft%5C%7B%20%5Cleft%7C%20%5Cxi%20%5Cright%7C%5Cge%20m%20%5Cright%5C%7D%20%5Cright)%20%5Cle%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bm%5E%7B%5Calpha%7D%7D%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cleft%7C%20%5Cxi%20%5Cright%7C%5E%7B%5Calpha%7D

(2)%5Cmathrm%7BCauchy%7D-%5Cmathrm%7BSchwarz%7D不等式:設(shè)%5Cxi%2C%5Ceta是隨機變量,那么%5Cleft%7C%20%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cxi%20%5Ceta%20%5Cright%7C%5E2%5Cle%20%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cxi%20%5E2%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Ceta%20%5E2

推論4.3.1?簡單介紹了一些方差的性質(zhì),沒什么好說的,不過為什么D不用花體呢?

§4.4? 常見分布的期望

介紹了一些簡單的離散隨機變量和一些有趣的例子,想要具體學(xué)習(xí)這些內(nèi)容建議換一本概率論教材

§4.5??大數(shù)定律

定理4.5.1??(%5Cmathrm%7BBernoulli%7D)對任何%5Cvarepsilon%20%3E0,有

%5Cunderset%7Bn%5Crightarrow%20%5Cinfty%7D%7B%5Clim%7D%5Cmathbb%7BP%7D%20%5Cleft(%20%5Cleft%7C%20%5Cfrac%7B%5Cxi%20_n%7D%7Bn%7D-P%20%5Cright%7C%3E%5Cvarepsilon%20%5Cright)%20%3D0

推論4.5.1??設(shè)%5Cxi%2C%5Ceta是隨機變量,則(1)%5Cxi%2C%5Ceta獨立當(dāng)且僅當(dāng)對任何非負(fù)或有界連續(xù)函數(shù)f%2Cg,有

%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cleft(%20f%5Cleft(%20%5Cxi%20%5Cright)%20g%5Cleft(%20%5Ceta%20%5Cright)%20%5Cright)%20%3D%5Cmathbb%7BE%7D%20f%5Cleft(%20%5Cxi%20%5Cright)%20%5Cmathbb%7BE%7D%20g%5Cleft(%20%5Ceta%20%5Cright)%20

(2)如果%5Cxi%2C%5Ceta獨立,則對任何連續(xù)函數(shù)f%2Cg,隨機變量f%5Cleft(%20%5Cxi%20%5Cright)%20%2Cg%5Cleft(%20%5Ceta%20%5Cright)%20也獨立

(1)的必要性的證明思路:用連續(xù)函數(shù)去逼近示性函數(shù)1_%7B%5Cleft(%20-%5Cinfty%20%2Cx%20%5Cright%5D%7D,然后利用引理4.1.2的(3)

?定理4.5.2??設(shè)事件%5Cleft%5C%7B%20%5COmega%20_n%3An%5Cge%201%20%5Cright%5C%7D%20%5Csubset%20%5Cmathscr%7BF%7D%20%5COmega%20的一個劃分,那么對任何隨機變量%5Cxi,有

%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cxi%20%3D%5Csum_%7Bn%5Cge%201%7D%5E%7B%7D%7B%5Cmathbb%7BE%7D%20%5Cleft(%20%5Cxi%20%7C%5COmega%20_n%20%5Cright)%20%5Cmathbb%7BP%7D%20%5Cleft(%20%5COmega%20_n%20%5Cright)%7D

第五章? ?連續(xù)型隨機變量

從這章開始介紹連續(xù)型隨機變量,其實當(dāng)前對連續(xù)型隨機變量并不是完全不了解的,例如定義4.1.2給出的是一般的非負(fù)隨機變量的期望的定義,Levy單調(diào)收斂定理、Fatou引理Lebesgue控制收斂定理以及定理4.2.2這一系列與期望和隨機序列有關(guān)的結(jié)論都是對連續(xù)型隨機變量也成立的,但是還有一些結(jié)論是只對離散型隨機變量成立的,例如引理2.3.1只能推出離散型隨機變量和函數(shù)的復(fù)合還是離散型隨機變量,還有就是對離散的樣本空間中的%5Csigma-域,直接取樣本空間的冪集就好了,但是樣本空間中的元素不可列的話,就沒辦法直接這樣做了

§5.1??可測性

引理 5.1.1 (1)非空集合%5COmega%20上任意多個%5Csigma-域的交仍然是%5Csigma-域;(2)設(shè)%5Cmathscr%7BA%7D%5COmega%20的子集的一個集合,則所有包含%5Cmathscr%7BA%7D%5Csigma-域的交是%5Csigma-域,記為%5Csigma%20%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BA%7D%20%5Cright)%20。它是包含%5Cmathscr%7BA%7D的最小%5Csigma-域;

R上所有開區(qū)間生成的%5Csigma-域稱為Borel域,記為%5Cmathscr%7BB%7D%20或者%5Cmathscr%7BB%7D%20%5Cleft(%20%5Cmathbf%7BR%7D%20%5Cright)%20,里面的集合被稱為Borel集。%5Cmathscr%7BB%7D%20中包含了開集、閉集、單點集、半開半閉區(qū)間

定理 5.1.1 設(shè)%5Cleft(%20%5COmega%20%2C%5Cmathscr%7BF%7D%20%2C%5Cmathbb%7BP%7D%20%5Cright)%20是概率空間,則%5COmega%20上的函數(shù)%5Cxi是隨機變量當(dāng)且僅當(dāng)%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BB%7D%20%5Cright)%20%5Csubset%20%5Cmathscr%7BF%7D%20

其中%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BB%7D_0%20%5Cright)%20%3A%3D%5Cleft%5C%7B%20%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20B%20%5Cright)%20%3AB%5Cin%20%5Cmathscr%7BB%7D%20_0%20%5Cright%5C%7D%20

再說的直白點的話,就是%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BB%7D%20_0%20%5Cright)%20%3D%5Cbigcup_%7BB%5Cin%20%5Cmathscr%7BB%7D%7D%5C%7B%7B%5Cleft%5C%7B%20w%3A%5Cxi%20%5Cleft(%20w%20%5Cright)%20%5Cin%20B%2Cw%5Cin%20%5COmega%20%5Cright%5C%7D%7D%5C%7D

證明思路:如果%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BB%7D%20%5Cright)%20%5Csubset%20%5Cmathscr%7BF%7D%20,那么%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cleft(%20-%5Cinfty%20%2Cx%20%5Cright%5D%20%5Cright)%20%5Cin%20%5Cmathscr%7BF%7D%20%5Cxi肯定是隨機變量。反過來,用%5Cmathscr%7BB%7D%20'去表示所有滿足%5Cleft%5C%7B%20%5Cxi%20%5Cin%20B%20%5Cright%5C%7D%20%5Cin%20%5Cmathscr%7BF%7D%20的集合B組成的集合,那么因為%5Cxi是隨機變量,所以一方面%5Cleft(%20-%5Cinfty%20%2Cx%20%5Cright%5D%20%5Cin%20%5Cmathscr%7BB%7D%20',所有如果可以證明%5Cmathscr%7BB%7D%20'%5Csigma-域,那么%5Cmathscr%7BB%7D%20'肯定包含%5Cmathscr%7BB%7D%20,進(jìn)而

%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BB%7D%20%5Cright)%20%5Csubset%20%5Cxi%20%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Cmathscr%7BB%7D%20'%20%5Cright)%20%5Csubset%20%5Cmathscr%7BF%7D%20

這就證明了結(jié)論

一個R上的函數(shù)被稱為%5Ctext%7BBorel%7D可測的,如果%5Cleft%5C%7B%20y%3Af%5Cleft(%20y%20%5Cright)%20%5Cle%20x%20%5Cright%5C%7D%20%5Cin%20%5Cmathscr%7BB%7D%20對任何x都成立,這也等價于每一個Borel集的逆像還是Borel集

定理 5.1.2?(1)R上的連續(xù)函數(shù)是Borel可測函數(shù);(2)設(shè)%5Cxi是隨機變量,f是Borel可測函數(shù),那么f(%5Cxi)是隨機變量

§5.1??分布函數(shù)的實現(xiàn)

(注意上面的定理都是可以推廣到多維的情況的)

分布函數(shù)的廣義逆是指

F%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20x%20%5Cright)%20%3A%3D%5Cmathrm%7Binf%7D%5Cleft%5C%7B%20y%3AF%5Cleft(%20y%20%5Cright)%20%5Cge%20x%20%5Cright%5C%7D%20%2Cx%5Cin%20%5Cleft(%200%2C1%20%5Cright)%20

直觀來說也就是最大的使得F(y)%3Dxy

引理 5.1.2 介紹了廣義逆的若干性質(zhì)

定理 5.1.2 直線R上的任意分布函數(shù)F可以實現(xiàn)

這個定理的大概意思就是給定任何一個分布函數(shù)F,即滿足單調(diào)遞增且F(-%5Cinfty)%3D0%2CF(%2B%5Cinfty)%3D1的函數(shù),都可以找到一個隨機變量,使得這個隨機變量的分布函數(shù)就是F

證明思路:首先%5B0%2C1%5D上的均勻分布是可以實現(xiàn)的(證明懶得看了),記為%5Ceta然后記%5Cxi%20%3DF%5E%7B-1%7D%5Cleft(%20%5Ceta%20%5Cright)%20,可以證明%5Cxi即為所求

有一些地方?jīng)]用公式編輯器的公式是因為圖片超了,但是只超了16張,所有我只好把超的部分換掉了







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