Случайная величина как измеримая функция
Число, вычисленное по исходу, должно быть совместимо с доступной информацией.
Чему научимся
Измеримость гарантирует, что вопросы о числовом наблюдении имеют вероятности, связывает исходы с законом величины и сохраняется при обычных преобразованиях.
Главная идея. Случайная величина — измеримая функция X: Ω → R: для каждого борелевского множества B прообраз X⁻¹(B) обязан быть событием из доступной сигма-алгебры F.
План рассуждения и проверка понимания
- Разделите три уровня: элементарный исход ω, вычисленное значение X(ω) и распределение этих значений под мерой P.
- Для вещественной X проверяйте события {X ≤ x} для всех x; их принадлежность F достаточна для борелевской измеримости.
- На конечной сигма-алгебре найдите атомы информации и убедитесь, что X постоянна внутри каждого атома, который наблюдатель не умеет разделять.
- Для Y = g(X) используйте борелевскую измеримость g и композицию прообразов, чтобы доказать, что новая величина также измерима.
Частая ошибка. Считать любую числовую функцию случайной величиной независимо от набора доступных событий или отождествлять одинаковые законы с равенством функций.
Как проверить себя. Если известна только чётность кубика, точное число очков не постоянно на атомах и не измеримо относительно этой информации. Одинаковый закон не фиксирует значения на каждом ω.
Наглядная модель: Случайная величина как измеримая функция
Число, вычисленное по исходу, должно быть совместимо с доступной информацией.
- Случайная величина как измеримая функция → Случайная величина как измеримая функция
- Случайная величина как измеримая функция → sigma-algebras
- Случайная величина как измеримая функция → random-variable
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами
При информации только о чётности кубика сравните измеримость индикатора чётности и точного числа очков, перечислив атомы сигма-алгебры.
В хорошем объяснении есть:
- Выделены атомы {1,3,5} и {2,4,6}.
- Индикатор постоянен на каждом атоме.
- Точное число очков внутри атома меняется.
Числовое наблюдение
Случайная величина — функция исхода, например число орлов или сумма очков. Но в строгой теории недостаточно просто задать числовую таблицу: вопросы о её значении должны принадлежать сигма-алгебре событий. Это требование называют измеримостью.
Определение
Функция измерима, если прообраз каждого борелевского множества является событием. Для вещественной функции достаточно проверить события для всех вещественных x. Закон X — образ вероятностной меры: он присваивает множеству B вероятность того, что значение X принадлежит B.
Информация ограничивает наблюдение
На конечной сигма-алгебре функция измерима тогда и только тогда, когда постоянна на каждом её атоме. Если доступна только чётность кубика, индикатор чётности измерим, а точное число очков — нет. При полной сигма-алгебре конечного пространства любая вещественная функция измерима.
Почему преобразования допустимы
Если X измерима, а g — борелевская функция, то g(X) также измерима: прообраз множества через композицию берётся в два шага. Поэтому обычные суммы, произведения, абсолютное значение и индикаторы порогов снова дают случайные величины. Это доказательство через прообразы не требует, чтобы X имела плотность.
Не путайте исход, значение и закон. Две разные функции могут иметь одинаковое распределение, а одинаковое распределение само по себе не означает равенства функций на одном пространстве.
Три примера
- Для честного кубика X — индикатор события «больше 4». Значения 0 и 1 имеют вероятности 2/3 и 1/3.
- Если известна только чётность, функция X=0 на нечётных и X=10 на чётных измерима. Функция X=число очков не постоянна на атомах.
- При равномерном U на [0,1] величина U² измерима. Для 0≤t≤1 её CDF равна √t, так как U²≤t эквивалентно U≤√t.
Формула, смысл и ограничения
Главные формулы с расшифровкой
Формула словами: Прообраз борелевского множества должен быть событием исходного вероятностного пространства.
От простого к сложному
Проверьте себя
Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.
Открываем задание…
Открываем задание…
Открываем задание…
Что пригодится
Изучить дальше
Источники и соглашения
Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.