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
是 -可测函数,那么可以定义 对非负的
可以这样定义;如果 和 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:
只取有限多个值。 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。 非负。提示:取 ,再令 ,从而化归到前一种情形。 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: 若
提纲
- 积分
- 期望
期望
给定概率空间
和随机变量 ,记当
时,期望总有定义;如果和 的积分分别有限,期望也有定义。
称为 的第 阶矩。另外,若则
称为
的方差。
期望与积分的性质
Jensen 不等式: 若
是概率测度,且凸函数则
若
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: 对
,记若
则
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
,令
、 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: 设
其中
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
Fatou 引理
Fatou 引理: 若
(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
更多积分性质
单调收敛: 若
,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: 若
几乎处处成立,对所有 都有且
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。