06-特征函数


本附录介绍特征函数。特征函数本质上是概率测度的 Fourier 变换,因此可以用
Fourier 分析的方法研究概率测度、随机变量和分布函数,并建立它们之间的一一对应关系。

F.1 一般性质

回忆:若 是分布函数为 的随机变量,则

而且

定义 F.1


  1. 上的概率测度。定义 特征函数
    (characteristic function,简称 ch.f.)为

  1. 上的分布函数。定义 的特征函数为

  1. 是随机变量。定义 的特征函数为

也就是说,概率测度、随机变量和分布函数的特征函数是同一个对象的三种等价写法。

命题 F.2

1.

是连续复值函数。

2.

  1. 是一列特征函数,
    ,且

也是特征函数。

  1. 是特征函数,则

也是特征函数。因此,有限多个特征函数的乘积仍是特征函数。

  1. 是特征函数,则

也是特征函数。若 的特征函数,则
的特征函数。

  1. 是特征函数,则

也是特征函数。

例 F.3

则其特征函数为

  1. 服从 Cauchy 分布,密度为

则其特征函数为

  1. 上服从均匀分布,则其特征函数为

  1. 服从参数为 的 Poisson 分布,其分布函数为

则其特征函数为

因为特征函数就是概率测度的 Fourier 变换,所以可以利用 Fourier 反演研究分布。下面说明特征函数具有唯一确定分布的能力。

F.2 唯一性与反演

特征函数把概率测度映到函数。反演公式说明,这个映射是一一对应的:可以从特征函数恢复原概率测度。

定理 F.4 设 是概率测度, 是它的特征函数,即

若 $x_1

这就是特征函数的反演公式。

定理 F.5

  1. 对任意

推论 F.6 若 是概率测度,且对所有 都有

也就是说,特征函数唯一确定概率测度。


文章作者: Gustavo
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