Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 52 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
52
Dung lượng
1,08 MB
Nội dung
Khoá lu n t t nghi p TR Tr ng HSP Hà N i NG I H C S PH M Hà N I KHOA TOÁN ******************** V TR NG GIANG O XÁC SU T TRÊN KHÔNG GIAN METRIC KHÓA LU N T T NGHI P IH C Chuyên ngƠnh: Toán ng d ng hƠ n i ậ 2009 V Tr ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr L IC M ng HSP Hà N i N Sau m t th i gian mi t mài nghiên c u v i s giúp đ c a th y giáo b n sinh viên, khóa lu n c a em đ n đ c hoàn thành Em xin bày t long bi t n sâu s c c a đ n th y giáo Nguy n Trung D ng t n tình giúp đ em su t trình nghiên c u hồn thành khóa lu n Em xin trân thành c m n s quan tâm, giúp đ c a th y cô khoa th y t Tốn ng d ng tr ng i h c S ph m Hà N i 2, s đ ng viên, giúp đ , đóng góp ý ki n c a b n bè dành cho em su t trình h c t p, nghiên c u hồn thành khóa lu n Do th i gian có h n ch a có kinh nghi m cơng tác nghiên c u khoa h c nên khóa lu n c a em khơng tránh kh i nh ng thi u xót R t mong nh n đ đ c s đóng góp ý ki n c a th y cô b n đ khóa lu n c a em c hoàn thi n h n Hà N i, ngày 15 tháng 05 n m 2009 Sinh viên V Tr V Tr ng Giang ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i L I CAM OAN Tôi xin cam đoan khóa lu n t t nghi p đ i h c thành qu c a riêng cá nhân tơi, khơng trùng l p v i b t kì đ tài đ c cơng b N u sai tơi xin ch u hồn tồn trách nhi m Hà N i, ngày 15 tháng 05 n m 2009 Sinh viên V Tr V Tr ng Giang ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i m cl c L i nói đ u Ch ng Ki n th c chu n b 1.1 T p Borel 1.2 đo xác su t Borel 1.3 S h i t y u c a đ đo 15 1.4 Metric Prokhorov 20 Ch ng nh lý Riesz vƠ đ nh lý Prokhorov 29 2.1 nh lý Prokhorov 29 2.2 nh lý Riesz 38 2.3 nh lý Riesz không gian không compact 44 K t lu n 50 TƠi li u tham kh o 51 V Tr ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i l i nói đ u Tốn ng d ng m t ngành tốn h c có ý ngh a r t to l n chi m m t v trí quan tr ng Nó c u n i đ đ a nh ng k t qu đ c nghiên c u lý thuy t c a gi i tích, đ i s , hình h c vào ng d ng ngành khoa h c khác th c t cu c s ng Lý thuy t xác su t m t b mơn có ng d ng r t r ng rãi ngành khoa h c t nhiên, khoa h c xã h i th c t cu c s ng Nó cơng c đ gi i quy t v n đ chuyên môn c a nhi u l nh v c nh kinh t , sinh h c, tâm lý – xã h i Do b mơn đ tr c đ a vào gi ng d y h u h t ng đ i h c, cao đ ng V i mong mu n tìm hi u sâu h n v b môn xác su t em ch n đ tài: “ đo xác su t không gian metric” Nghiên c u đ tài giúp có c h i tìm hi u sâu h n v đ đo xác su t không gian metric t ng quát m t s không gian đ c bi t N i dung c a khóa lu n bao g m Ch ng 1: Ki n th c chu n b Trong ch ng trình bày v khái ni m tính ch t c a t p Borel, đ đo xác su t Borel, s h i t y u c a đ đo metric Prokhorov Ch ng 2: nh lý Prokhorov vƠ đ nh lý Riesz N i dung c a ch ng đ nh lý Prokhorov, đ nh lý Riesz đ nh lý Riesz không gian không compact V Tr ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Ch Tr ng HSP Hà N i ng ki n th c chu n b 1.1.T p Borel nh ngh a 1.1 Cho X, d không gian metric đ i s Borel B B X đ i s nh nh t X mà có ch a t t c t p m c a X Các ph n t c a B đ c g i t p Borel c a X nh ngh a 1.2 Không gian metric X, d đ đ c g i tách đ c n u có t p đ m c trù m t, t c t n t i x1, x2, X cho x1, x2 , X ( A - bao đóng c a A t p đóng nh nh t ch a A X B đ 1.1 N u X không gian metric tách đ c, trùng v i đ i s sinh b i t t c các hình c u m (ho c đóng) c a X Ch ng minh Kí hi u A đ i s sinh b i hình c u m (ho c đóng) c a X Hi n nhiên A B Gi s D t p đ m đ c trù m t X U X m V i x U , l y r , r cho B x, r U ( B x, r hình c u m ho c đóng v i tâm x bán kính x B yx , r / 2 B x, r r) l y yx D B x, r / 3 Khi t rx r / Khi U B yx , rx : x U V Tr ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p h p đ m đ Tr ng HSP Hà N i c Thành U A suy B A B đ 1.2 Cho X, d không gian metric tách đ c C B đ m đ c N u C tách r i hình c u đóng v i m, ngh a v i m i hình c u đóng B x B t n t i C C cho B C x C , đ i s sinh b i C đ i s Borel Ch ng minh Hi n nhiên C B , C đ i s sinh b i C L y B hình c u đóng X Khi B C C: B C giao c a đ m đ ph n t c a C Theo b đ ta nh n đ c c B C nh ngh a 1.3 N u f : S T AS, AT t đ c g i đo đ ng ng đ i s S T, f cn u f 1 A x S: f x A AS v i m i A AT M nh đ 1.1 Cho X, d không gian metric B X đ i s nh nh t cho v i m i hàm (giá tr th c) liên t c X đo đ V Tr ng Giang c K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p 1.2 Tr ng HSP Hà N i đo xác su t Borel nh ngh a 1.4 Cho X, d không gian metric M t đ đo Borel h u h n X ánh x : B X [0, ) cho , A1, A2, B r i A i 1 i i 1 Ai , X B đ 1.3 Cho X không gian metric đ đo h u h n X Cho A1, A2 , dãy t p Borel Khi ta có (1) N u A1 A2 A i 1 Ai , A limn An (2) N u A1 A2 A i 1 Ai , A limn An B đ 1.4 N u m t đ đo Borel h u h n X A m t h t p Borel r i c a X, có nhi u nh t đ m đ đ đo c ph n t c a A có khác m 1, đ t Am A A : A 1/ m V i m i Ch ng minh V i A1, A2, Am phân bi t ta có k X Ai A1 A2 Ak k / m , i 1 Do Am có nhi u nh t m X ph n t V y V Tr ng Giang K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i A A : A 0 A m1 đ m đ m c Ví d N u m t đ đo Borel , t v i m i t tr nhi u nh t đ m đ c t M nh đ 1.2 M i đ đo Borel h u h n X quy, t c v i m i BB B sup C : C B, C ®ãng ( chÝnh quy trong) inf U : U B, U më Ch ng minh T p R đ A R c xác đ nh b i A sup C : C A, C đóng A inf U : U A, U më Ta ch ng t r ng R ch a t p Borel B s AR (chÝnh quy ngoµi) c 1: R _đ i s : R Gi L y C đóng U m v i C AU A C A U Khi U c Ac Cc , U c đóng, Cc m Ac X A X C Cc , Ac X A X U U c Do Ac R Gi s A1, A2, R V i m i i l y V Tr ng Giang 10 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i Ui m , Ci đóng v i Ci A Ui , Ui Ai 2i , Ai Ci 2i / Khi C A U , U i i i i i i i i m i 1 i 1 Ui Ai Ui \ Ai i i Ui \ Ai Ui \ Ai i 1 i 1 i 1 i 1 Ui Ai 2i k H n n a Ci limk Ci , v i k đ i 1 i 1 l n đó, k k Ci Ci / Khi C i 1 Ci i 1 Ai , C đóng i 1 i 1 Ai C Ai Ci / i 1 i 1 i 1 Ai \ Ci / i 1 i 1 Ai \ Ci / i 1 Ai \ Ci / i 1 V Tr ng Giang 11 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p 2.2 Tr ng HSP Hà N i nh lý Riesz Trong ch ng minh đ nh lý Prokhorov ta có s d ng đ nh lý Riesz lý thu đ cs t ng ng gi a hàm không gian hàm liên t c đ đo t p c b n s đ nh nh lý đ c áp d ng v i không gian compact c th o lu n ph n Ph n ti p theo thu đ c t vi c compact hóa m r ng đ i v i không gian không compact Cho X, d không gian metric V i m i đ đo Borel h u h n X , ánh x đ c xác đ nh b i f fd , f Cb X , n tính t Cb X vào f f d f X Do Cb X , Cb X không gian Banach đ i ng u c a không gian Banach C X , b ( f supxX f x ) H n n a, X X X ta có X H n n a, f f nh ngh a 2.2 M t ánh x n tính : Cb X đ c g i d ng n u f v i m i f Cb X , v i f V Tr ng Giang 39 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i (Khi f g f g ) B đ 2.2 V i m i ánh x d ng Cb X ta có Ch ng minh Hi n nhiên, f V i f Cb X , f f , v y f f f , f f Do N u X compact, Cb X C X f : X : f liªn tơc m i hàm n tính b ch n d ng C X đ c bi u di n b ng m t đ đo Borel h u h n X Chân lí c a m nh đ không ph thu c vào X t n t i hay không m t không gian metric Trong vi c m r ng cho tr ng h p không compact mà ta s th o lu n ph n ti p theo ta c n nh ng tính ch t t ng quát c a khơng gian compact Hausdorff khơng metric hóa đ c V hình th c ta khơng có đ nh ngh a t p Borel, đ đo Borel, Cb X , v.v… v i không gian topo mà khơng metric hóa đ V Tr ng Giang c Các đ nh ngh a t 40 ng t c ng b b qua K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i nh lý 2.2 ( nh lý Riesz) N u X, d không gian compact Hausdorff C X d ng 1, t n t i nh t m t đ đo Borel xác su t X cho f fd v i m i f C X B ng s xác đ nh rõ ràng, đ nh lý Riesz có th đ hàm b ch n khơng nh t thi t ph i d c m r ng t ng ng cho ng C X đ đo Borel h u h n X H n th n a không gian topo c ng v y Xét topo y u* Cb X , topo thơ nh t cho hàm f Cb X liên t c v i m i f Cb X M t dãy 1,2, Cb X h i t theo topo y u* t i Cb X ch n f f v i m i f Cb X M nh đ sau đ c suy tr c ti p M nh đ 2.2 Cho X, d không gian metric compact , 1, 2 , đ đo Borel h u h n X Khi hai m nh đ sau t (a) n t c là, fd n ng đ ng: fd v i m i f Cb X (b) n theo topo y u*, t c n f f v i m i f Cb X Cùng v i s phù h p c a phép bi u di n đ đo không d b i đ đo cịn có th đ ng, vi c bi u di n c m r ng đ i v i m i ph n t c a Cb X Ta đ a vào m nh đ mà không ch ng minh V Tr ng Giang 41 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i nh ngh a 2.3 M t đ đo có d u không gian metric X, d ánh x : B X có d ng 1 2 1 2 đ đo Borel h u h n X i u t ng đ ng v i 0, _c ng tính, t c là, A1, A2 , B X r i A i 1 i i 1 Ai , supAB X A nh lý 2.3 Cho X, d không gian metric compact V i đ đo h u h n X , đ t f fd , f C X , T ánh x Khi (1) T T T T c cT v i m i đ đo Borel h u h n X m i c (2) T m t phép đ ng phôi liên t c t { : đ đo Borel h u h n X } lên { Cb X : T P X { Cb X : 1, d d ng} v i topo y u*, ng}, (3) T m r ng nh t thành phép đ ng phơi n tính liên t c t đ đo Borel có d u X lên C X v i topo y u* V Tr ng Giang 42 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr Nh n xét (1) có th ch r ng C X tách đ c n u X compact metric hóa đ c (1) có th nh n đ C X : 1 metric hóa đ c t tính tách đ ng HSP Hà N i c c a C X c Vì v y T đ nh lý phép đ ng phôi không ph i phép đ ng phôi liên t c nh t Bây gi ta có c s quay l i k t thúc ch ng minh đ nh lý 5.3 nh lý 2.4 Cho X, d không gian metric Khi (1) B Cb X : compact y u* ( nh lý Alaoglu) (2) Cb X : 1, d ¬ng đóng y u* B Ch ng minh (2) V i B d ng, ta có Do C X : 1, d ¬ng b Cb X : 1, 1, f 0, f Cb X cho f B : 1 B : f 0 f Cb X , f Vì f liên t c y u* v i m i f Cb X , t p đóng y u* B H qu 2.1 N u X, d khơng gian metric compact, P X , dP không gian metric compact V Tr ng Giang 43 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Ch ng minh ánh x Tr ng HSP Hà N i T : P X C X : 1, d ¬ng m t phép đ ng phôi liên t c đ i v i topo y u* Theo đ nh lý trên, compact y u* Nh v y P X dãy compact Vì P X khơng gian metric, P X compact V Tr ng Giang 44 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i nh lý Riesz khơng gian khơng compact 2.3 Vì ph n l n quan tâm đ n không gian metric mà khơng compact, vi c t t nhiên s đ a nghiên c u s m r ng c a đ nh lý Riesz đ i v i không gian không compact Vi c m r ng có th thu đ c b ng cách compact hóa khơng gian S compact hóa c a B đ 2.1 có u m h n vi c metric hóa, nh ng khơng phù h p v i m c đích hi n t i Ta mu n tìm m i liên h gi a hàm liên t c không gian compact hóa v i hàm liên t c, b ch n không gian ban đ u Nh v y s compact hóa s compact hóa Stone – Cech nh lý 2.5 Cho X, d không gian metric T n t i không gian compact Hausdorff Y ánh x T : X Y cho (i)T m t phép đ ng phôi t X lên T X (ii) T X trù m t Y , (iii) V i m i f Cb X t n t i m t ch m t g C Y “ mà khu ch f”, t c g T f C p Y, T đ nh lý nh t v b n ch t đ c g i compact hóa Stone – Cech c a X Ta s không c n ph i xét chi ti t xem X nh không gian c a Y Khi đ nh lý nói r ng m i không gian metric X không gian trù m t c a không gian compact Hausdorff Y cho Cb X C Y theo đ ng c u t nhiên c a s m r ng h n ch T đ nh lý Riesz v i không gian compact Hausdorff ta có k t lu n sau V Tr ng Giang 45 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i H qu 2.2 Cho X, d không gian metric N u : Cb X n tính b ch n d ng, t n t i nh t đ đo Borel h u h n compact hóa Stone – Cech Y c a X cho f f d v i m i f Cb X f m r ng c a f Nh v y hàm n tính b ch n d ng Cb X t ng ng v i đ đo Borel h u h n compact hóa Stone – Cech c a X M t u c n bi t đ đo nh v y t p trung X S thay đ i có quan h ch t ch v i tính liên t c c a hàm h n so v i h i t thông th ng Kh ng đ nh đ nh lý ti p theo m t m r ng c a đ nh lý Riesz đ i v i không gian compact V i lý thuy t h i t c a dãy suy r ng nh lý 2.6 Cho X, d không gian metric Cb X d m nh đ sau t ng đ ng Các ng: (a) T n t i m t đ đo Borel h u h n kín X cho f fd v i m i f Cb X (b) V i m i t n t i t p compact K X cho f v i m i f Cb X v i f f K (c) H n ch c a hình c u đ n v B f Cb X : f liên t c đ i v i topo c a h i t đ u t p compact N u (a) th a mãn, đ đo nh t V Tr ng Giang 46 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i Ch ng minh Vi c ch ng minh tính nh t th ng xuyên Nó c ng đ c suy t đ nh lý trù m t ph n a c : Gi s fi iI l i B f B cho fi h i t đ u đ n f t p compact Gi s Ta mu n ch ng minh r ng t n t i i0 I cho fi f v i m i i I ,i i0 Vì kín, t n t i m t t p compact K X v i X \ K / Khi fi h i t đ u đ n f K, nh v y t n t i i0 I cho fi f / 3 K 1 K v i m i i i Khi v i i i , fi f fi f d K X\ K 3 K fi f d K fi f X \ K / 2 / Do fi f liên t c B c b : Gi s b khơng Khi t t p compact K X t n t i fK Cb X v i fK n t i cho v i m i fK K cho fK Khi fK KK , K K X : K compact v i quan h bao hàm đ c xem nh quan h th t , l i B mà h i t t i không theo topo c a h i t đ u t p compact Th t v y, v i m i t p compact K0 X , fK K0 v i m i K K0 Vì fK v i m i K K , u ch ng t không liên t c B V Tr ng Giang 47 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p b a : Tr ng HSP Hà N i V i m i m l y m t t p compact Km X cho f 1/ m v i m i f Cb X , f f Km Gi s Y compact hóa Stone – Cech c a X V i m i g C Y , h n ch c a X ph n t c a Cb X ta có th đ nh ngh a g g X , g CY Khi : C Y m t hàm n tính b ch n d ng, nh v y theo đ nh lý Riesz t n t i m t đ đo Borel h u h n Y cho g gd v i m i g C Y Ta mu n h n ch c a m t đ đo X mà bi u di n cho Vì v y ta c n ch không h i t X t E m Km X Vì m i Km compact, E t p Borel Y ch khơng h i t ngồi E ta s d ng u ki n b b ng cách x p x K c m b i m t hàm liên t c t hm x mind x, Km ,1 , x Y, m Khi hm C Y , hm K c m n hm K c n , hm x v i m m i x Kmc Do theo đ nh lý h i t đ n u, Y \ Km K d lim n hm d c m lim n V Tr ng Giang n n hm lim n 48 n hm X / m, K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i Theo gi thuy t (b) Thành Y \ E Kmc m1 t A A E , AB X ( Chú ý r ng AB X A E Borel E Borel Y.) Khi ch ng t r ng bi u di n cho , đ đo Borel h u h n X l y f Cb X f Cb Y m r ng c a f Vì Y \ E X \ E , u ch ng t r ng fd f E d f Ed f d f f Cu i cùng, ý r ng X \ Km E \ Km Y \ Km 1/ m v i m i m, đ đo Radon Nh n xét (1) N u X compact, m i Cb X th a mãn u ki n (c) Do ta có th áp d ng đ nh lý Riesz v i không gian metric compact (2) đ u tiên ta ch r ng n u X, d không gian metric đ tách c, m i đ đo Borel h u h n X đ đo Radon Do v i khơng gian nh v y u ki n (c) c n thi t cho vi c bi u di n m t đ đo Borel h u h n V Tr ng Giang 49 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i Ví d Cho X , d x, y x y , x, y X Ta s ch r ng t n t i Cb X mà không bi u di n đ c b ng m t đ đo Borel h u h n Chú ý r ng Cb X l đ t 0 x lim x k k v i m i x c { y l : limk y k t n t i} T p c khơng gian đóng c a l 0 hàm n tính d ng b ch n c t p x max limsup x k ,0 , x l k Khi p x y p x p y p x p x v i m i x, y l , H n n a, 0 x p x v i m i x c Do theo đ nh lý Hahn – Banach, t n t i m t hàm n tính : l mà m r ng c a 0 cho x p x v i m i x l Khi x p x x v i m i x l b ch n, v i x l , x ta có x x p x , d ng Bây gi l y xn n,n1, c , n 1,2, Khi xn 0 xn v i m i n, nh ng v i đ đo Borel h u h n b t kì ta có V Tr ng Giang x d n n , xn theo tong m 50 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i xn v i m i n Do không th bi u di n b ng m t đ đo Borel h u h n V Tr ng Giang 51 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i k t lu n Trong khóa lu n em nghiên c u m t s v n đ c b n sau đây: đo xác su t Borel, s h i t y u c a đ đo, metric Prokhorov, đ nh lý Prokhorov, đ nh lý Riesz, đ nh lý Riesz đ i v i không gian không compact Lu n v n mang tính ch t t ng quan nh ng em ch ng minh m t s đ nh lý, b đ đ a ví d c th đ làm rõ h n m t s tính ch t, đ hi u rõ h n v n đ mà khóa lu n đ c p Mong r ng s m t tài li u b ích cho nh ng quan tâm đ n v n đ Do th i gian có h n ch a có kinh nghi m cơng tác làm nghiên c u khoa h c nên khóa lu n c a em không tránh kh i nh ng thi u sót R t mong nh n đ Tr c s đóng góp ý ki n c a th y b n đ c c k t thúc khóa lu n em xin g i l i c m n chân thành nh t t i th y t Toán ng d ng, th y cô khoa đ c bi t th y Nguy n Trung D ng – ng i t n tình ch b o, giúp đ em su t th i gian qua đ có th hồn thành khóa lu n V Tr ng Giang 52 K31B CN Toán Khoá lu n t t nghi p Tr ng HSP Hà N i tƠi li u tham kh o Ti ng Vi t [1] Nguy n Vi t Phú, Nguy n Duy Ti n, (2002), “C s lý thu t xác su t”, NXB i h c Qu c gia Ti ng Anh [1] Billingslay, Patrick, (1968), “Convergence of Probability measures”, Wiley and Sons, New York – London [2] K.R.Parthasarathy, (1967), “Probability measures on metric spaces”, Academic [3] Onno Van Gaans, (2003), “Probability measuré on metric space”, Delft University of Technology, Holand V Tr ng Giang 53 K31B CN Toán ... sâu h n v b môn xác su t em ch n đ tài: “ đo xác su t không gian metric? ?? Nghiên c u đ tài giúp có c h i tìm hi u sâu h n v đ đo xác su t không gian metric t ng quát m t s không gian đ c bi t N... khơng gian metric compact, m i đ đo Borel h u h n X đ đo Radon Không gian metric tách đ đ c đ y đ đôi c g i không gian Polish nh lý 1.1 N u X, d không gian metric tách đ c đ , m i đ đo Borel... X, d không gian metric tách đ không gian metric tách đ c, P X c ng c v i metric Prokhorov c m sinh H n n a, m t dãy P X h i t theo metric ch h i t y u t i m t gi i h n V Tr ng Giang