05-积分与期望(续)


回顾 Lebesgue 积分

  • Lebesgue 的思想:只要能够测量,就能够积分。

  • 更具体地说:若 是测度空间, 是满足

    的测度,而 -可测函数,那么可以定义

    对非负的 可以这样定义;如果 的积分都有限,也可以这样定义。

  • 思路是在以下四种情形中依次定义积分,并验证线性和正性:

    1. 只取有限多个值。

    2. 有界。提示:把 向下或向上舍入到最接近的 的整数倍,再令 ,从而化归到前一种情形。

    3. 非负。提示:取 ,再令 ,从而化归到前一种情形。

    4. 是任意可测函数。提示:分别处理正部和负部;当二者积分都有限时,它们的差有意义。

Lebesgue 积分

定理: 可积,则:

  • 几乎处处成立,则

  • 几乎处处成立,则

  • 几乎处处成立,则

  • 时,记

    $$
    \int_Ef(x),dx

    \int\mathbf1_Ef,d\lambda.
    $$

提纲

  • 积分
  • 期望

期望

  • 给定概率空间 和随机变量 ,记

    时,期望总有定义;如果

    的积分分别有限,期望也有定义。

  • 称为 阶矩。另外,若

    称为 方差

期望与积分的性质

  • Jensen 不等式: 是概率测度,且凸函数

    是随机变量,则

  • 证明的主要思路: 用一个在 处与 相等的线性函数 ,从下方逼近

  • 应用: 效用函数、对冲基金的收益函数。

  • Hölder 不等式:,记

  • 证明的主要思路: 通过缩放,假定

    利用基础微积分验证:对任意正数

    并积分,便得到

  • Cauchy—Schwarz 不等式: 这是 的特殊情形:

    它表示两个向量的点积至多等于二者长度的乘积。

有界收敛定理

有界收敛定理: 是概率测度。假定对每个 ,都有

其中 固定;并假定 依概率收敛到 ,也就是说,对所有

那么

(能否利用又宽又矮的矩形,在无限测度空间中构造反例?)

证明的主要思路: 对任意 ,可以取充分大的 ,使得

Fatou 引理

Fatou 引理:,则

(能否利用又窄又高的矩形,构造反方向不等式的反例?)

证明的主要思路: 先令

并注意

从而把问题化归为 单调递增的情形。然后作截断,使用有界收敛定理,再取极限。

更多积分性质

  • 单调收敛:,且 ,则

  • 证明的主要思路: 一个方向显然,另一个方向由 Fatou 引理给出。

  • 控制收敛: 几乎处处成立,对所有 都有

    可积,则

  • 证明的主要思路: 对非负函数 应用 Fatou 引理,得到一个方向;再对非负函数 应用 Fatou 引理,得到另一个方向。


文章作者: Gustavo
版权声明: 本博客所有文章除特別声明外,均采用 CC BY-NC 4.0 许可协议。转载请注明来源 Gustavo !
评论
  目录