2.1

Меры

[12/92%]
Показать
LaTeX
Задача 2.1.1

Эта задача рассматривает некоторые другие варианты свойств (M1)-(M3).

?
(a)

Некоторые определяют вероятностную меру PP на σ\sigma-поле A\mathcal{A} подмножеств Ω\Omega, постулируя, что (i) 0⩽P(A)⩽10 \leqslant P(A) \leqslant 1 для всех A∈AA \in \mathcal{A}, (ii) P(Ω)=1P(\Omega )=1, и (iii) PP счётно аддитивна. Это частный случай нашего определения меры.

(b)

Если (M1) и (M3) выполняются для функции множества μ\mu, определённой на поле A\mathcal{A}, с μ(A)<+∞\mu (A)<+\infty для некоторого A∈AA \in \mathcal{A}, то μ\mu является мерой на A\mathcal{A}.

Задача 2.1.2

Пусть Ω={ω1,…,ωn}\Omega =\left\{ \omega_{1}, \ldots , \omega_{n}\right\}, и пусть p1,…,pn∈[0,+∞]p_{1}, \ldots , p_{n} \in [0,+\infty ]. Определим μ\mu на 2Ω2^{\Omega }, как в примере 2. Тогда ( Ω,2Ω,μ\Omega , 2^{\Omega }, \mu ) является измеримым пространством, и μ\mu является σ\sigma-конечной тогда и только тогда, когда pn<+∞p_{n}<+\infty для каждого n∈Nn \in \mathbb {N}.

?
Задача 2.1.3

Пусть A={∅,Ω},μ(∅)=0\mathcal{A}=\left\{ \varnothing , \Omega \right\} , \mu (\varnothing )=0, и μ(Ω)=+∞\mu (\Omega )=+\infty. Тогда (Ω,A,μ)(\Omega , \mathcal{A}, \mu ) является измеримым пространством, но μ\mu не является σ\sigma-конечной.

?
Задача 2.1.4

Пусть Ω\Omega несчётно. Пусть A={A⊆Ω:A amc, либо Ac amc}\mathcal{A}=\left\{ A \subseteq \Omega : A \text{ amc, либо } A^{c} \text{ amc}\right\}. Запишем μ(A)=0\mu (A)=0, если AA amc, и μ(A)=+∞\mu (A)=+\infty, если AcA^{c} amc. Тогда ( Ω,A,μ\Omega , \mathcal{A}, \mu ) является измеримым пространством, и μ\mu не является σ\sigma-конечной.

?
Задача 2.1.5

Пусть Ω\Omega произвольно, и пусть A={A⊆Ω:A amc, либо Ac amc}\mathcal{A}=\left\{ A \subseteq \Omega : A \text{ amc, либо } A^{c} \text{ amc}\right\}. Определим μ\mu на A\mathcal{A}, полагая μ(A)=0\mu (A)=0, если AA amc, и μ(A)=1\mu (A)=1, если AcA^{c} amc.

?
(a)

μ\mu не является корректно определённой, если Ω\Omega amc, но μ\mu корректно определена, если Ω\Omega несчётно.

(b)

μ\mu является σ\sigma-конечной мерой на σ\sigma-поле AA, когда Ω\Omega несчётно.

Задача 2.1.6

Предположим, что A\mathcal{A} является конечным σ\sigma-полем на Ω\Omega. Предположим, что μ\mu определена на A\mathcal{A} так, что выполняются (M1), (M2) и (M4). Тогда ( Ω,A,μ\Omega , \mathcal{A}, \mu ) является измеримым пространством.

?
Задача 2.1.7

Пусть A={A⊆Ω:A конечно, либо Ac конечно}\mathcal{A}=\left\{ A \subseteq \Omega : A \text{ конечно, либо } A^{c} \text{ конечно}\right\}. Определим μ\mu на A\mathcal{A} по формуле

μ(A)={0 если A конечно 1 если Ac конечно . \mu (A)= \begin{cases} 0 & \text{ если } A \text{ конечно } \\ 1 & \text{ если } A^{c} \text{ конечно } .\end{cases}
?
(a)

μ\mu не является корректно определённой, когда Ω\Omega конечно.

(b)

Если Ω\Omega бесконечно, то μ\mu удовлетворяет (M1), (M2) и (M4).

(c)

Пусть card⁡(Ω)=ℵ0\operatorname {card}(\Omega )=\aleph_{0}. Тогда μ\mu конечно аддитивна, но не счётно субаддитивна.

(d)

Когда Ω\Omega несчётно, μ\mu является мерой. Является ли μ\mu σ\sigma-конечной?

Задача 2.1.8

Пусть card⁡(Ω)=ℵ0\operatorname {card}(\Omega )=\aleph_{0} и A=2Ω\mathcal{A}=2^{\Omega }. Пусть

μ(A)={0 если A конечно +∞ если A бесконечно . \mu (A)= \begin{cases} 0 & \text{ если } A \text{ конечно } \\ +\infty & \text{ если } A \text{ бесконечно } .\end{cases}

Тогда μ\mu корректно определена, μ\mu удовлетворяет (M1), (M2) и (M4), а (M3) не выполняется. Кроме того, μ\mu является σ\sigma-конечной.

?
Задача 2.1.9

(M5) неверно, если гипотеза μ(A)<+∞\mu (A)<+\infty опущена.

?
Задача 2.1.10

Пусть μ\mu обозначает меру на σ\sigma-поле A\mathcal{A}, и пусть A,A1,A2,…∈AA, A_{1}, A_{2}, \ldots \in \mathcal{A}.

?
(a)

μ(A)=∑k=1∞μ(A∩Ak)\mu (A)=\sum_{k=1}^{\infty } \mu \left(A \cap A_{k}\right), когда AkA_{k} попарно не пересекаются и ⋃k=1∞Ak=Ω\bigcup_{k=1}^{\infty } A_{k}=\Omega.

(b)

μ(A1ΔA2)=0\mu \left(A_{1} \Delta A_{2}\right)=0 тогда и только тогда, когда μ(A1)=μ(A2)=μ(A1∩A2)\mu \left(A_{1}\right)=\mu \left(A_{2}\right)=\mu \left(A_{1} \cap A_{2}\right).

(c)

μ(A2)=0\mu \left(A_{2}\right)=0 влечёт как μ(A1∪A2)=μ(A1)\mu \left(A_{1} \cup A_{2}\right)=\mu \left(A_{1}\right), так и μ(A1ΔA2)=0\mu \left(A_{1} \Delta A_{2}\right)=0.

(d)

μ(A2)=0\mu \left(A_{2}\right)=0 влечёт μ(A1\A2)=μ(A1)\mu \left(A_{1} \backslash A_{2}\right)=\mu \left(A_{1}\right).

Задача 2.1.11

Пусть (Ω,A,μ)(\Omega , \mathcal{A}, \mu ) является измеримым пространством такого рода, что существует B∈AB \in \mathcal{A} с 0<μ(B)<+∞0<\mu (B)<+\infty. Зафиксируем такое BB и определим μB:A→R‾\mu_{B}: \mathcal{A} \rightarrow \overline{\mathbb {R}} по формуле μB(A)=μ(A∩B)/μ(B)\mu_{B}(A)=\mu (A \cap B) / \mu (B).

?
(a)

(Ω,A,μB)\left(\Omega , \mathcal{A}, \mu_{B}\right) является измеримым пространством.

(b)

Предположим дополнительно, что Ω\Omega является дизъюнктным объединением amc-семейства множеств Bn∈AB_{n} \in \mathcal{A} таких, что каждое BnB_{n} имеет конечную меру, и предположим, что μ\mu конечна. Тогда для всех A∈AA \in \mathcal{A} мы имеем μ(A)=∑nμBn(A)⋅μ(Bn)\mu (A)=\sum_{n} \mu_{B_{n}}(A) \cdot \mu \left(B_{n}\right). Кроме того, для каждого i∈Ni \in \mathbb {N} мы имеем

μBi(A)=μA(Bi)⋅μ(A)∑nμA(Bn)⋅μ(A) \mu _{B_{i}}(A)=\frac{\mu _{A}\left(B_{i}\right) \cdot \mu (A)}{\sum _{n} \mu _{A}\left(B_{n}\right) \cdot \mu (A)}

Эта формула известна как правило Байеса.

Задача 2.1.12

Пусть S={s1,…,sm}S=\left\{ s_{1}, \ldots , s_{m}\right\}, и пусть {pu:u∈S}\left\{ p_{u}: u \in S\right\} обозначает семейство неотрицательных чисел с ∑u∈Spu=1\sum_{u \in S} p_{u}=1. Пусть Ω\Omega обозначает множество последовательностей элементов SS. Для каждого ω∈Ω\omega \in \Omega запишем ω=(z1(ω),z2(ω),…)\omega =\left(z_{1}(\omega ), z_{2}(\omega ), \ldots \right). Для заданных n∈Nn \in \mathbb {N} и H⊆SnH \subseteq S^{n}, пусть

Cn(H)={ω∈Ω:(z1(ω),…,zn(ω))∈H}. C_{n}(H)=\left\{ \omega \in \Omega :\left(z_{1}(\omega ), \ldots , z_{n}(\omega )\right) \in H\right\} .

Такое множество называется цилиндром ранга nn. Пусть F={Cn(H):n∈N,H⊆Sn}\mathcal{F}=\left\{ C_{n}(H): n \in \mathbb {N}, H \subseteq S^{n}\right\}, так что F\mathcal{F} состоит из всех цилиндров всех рангов. Определим μ:F→R‾\mu : \mathcal{F} \rightarrow \overline{\mathbb {R}} следующим образом: если для некоторого n∈Nn \in \mathbb {N} и H⊆SnH \subseteq S^{n} мы имеем A={ω∈Ω:(z1(ω),…,zn(ω))∈H}A=\left\{ \omega \in \Omega :\left(z_{1}(\omega ), \ldots , z_{n}(\omega )\right) \in H\right\}, запишем μ(A)=∑{pi1⋯pin:(i1,…,in)∈H}\mu (A)=\sum \left\{ p_{i_{1}} \cdots p_{i_{n}}:\left(i_{1}, \ldots , i_{n}\right) \in H\right\}.

?
(a)

μ\mu корректно определена.

(b)

μ\mu удовлетворяет (M1) и (M2) и конечно аддитивна.

(c)

Примите без доказательства, или вспомните, частный случай теоремы Тихонова: пусть A1,A2,…A_{1}, A_{2}, \ldots обозначает последовательность цилиндров с A1⊇A2⊇⋯A_{1} \supseteq A_{2} \supseteq \cdots. Если ⋂n=1∞An=∅\bigcap_{n=1}^{\infty } A_{n}=\varnothing, то AN=∅A_{N}=\varnothing для некоторого N∈NN \in \mathbb {N}. Любая функция ν\nu на F\mathcal{F}, удовлетворяющая (M1), (M2) и (M4), также удовлетворяет (M3). Следовательно, μ\mu является мерой, часто называемой произведением мер.