Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Литература / Феллер_теория вероятностей_II

.pdf
Скачиваний:
341
Добавлен:
17.04.2013
Размер:
33.75 Mб
Скачать

В. Феллер

ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Том 2 Это второй том учебника по теории вероятностей — первый вышел' двумя

изданиями на английском языке и тремя изданиями на русском языке и завоевал заслуженную популярность.

Автор книги — крупный специалист по теории вероятностей. Его учебник написан на высоком научном и методическом уровне и содержит большое число примеров применений теории в физике, биологии и экономике. Данный том посвящен непрерывным распределениям. Вместе с первым томом он составляет прекрасное учебное руководство, в котором очень удачно сочетаются и принципиальные основы, и важнейшие приложения теории вероятностей.

Книга рассчитана на читателей различных уровней — от студентов младших курсов университетов до специалистов-математиков. Она, безусловно, заинтересует также физиков и инженеров различных специальностей, которые в

своей работе пользуются вероятностными методами.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие к русскому изданию

5

§ 2. Гамма-распределения

66

Предисловие

8

§ 3. Распределения

67

Глава 1. Показательные и

13

математической статистики,

 

равномерные плотности

 

связанные с гамма-

 

§ 1. Введение

13

распределениями

 

§ 2. Плотности. Свертки

16

§ 4. Некоторые распространенные

69

§ 3. Показательная плотность

21

плотности

 

§ 4. Парадоксы, связанные с

24

§ 5. Рандомизация и смеси

74

временем ожидания.

 

§ 6. Дискретные распределения

76

Пуассоновский процесс

 

§ 7. Бесселевы функции и

79

§ 5. Устойчивость неудач

29

случайные блуждания

 

§ 6. Времена ожидания и

32

§ 8. Распределения на окружности

83

порядковые статистики

 

§ 9. Задачи

86

§ 7. Равномерное распределение

36

Глава III. Многомерные

89

§ 8. Случайные разбиения

40

плотности. Нормальные

 

§ 9. Свертки и теоремы о

42

плотности и процессы

 

покрытии

 

§ 1. Плотности

89

§ 10. Случайные направления

46

§ 2. Условные распределения

95

§ 11. Использование меры Лебега

51

§ 3. Возвращение к

98

§ 12. Эмпирические

55

показательному и

 

распределения

 

равномерному распределениям

 

§ 13. Задачи

58

§ 4. Характеризация нормального

102

Глава II. Специальные плотности.

64

распределения

 

Рандомизация

 

§ 5. Матричные обозначения.

106

§ 1. Обозначения и определения

64

Матрица ковариаций

 

§ 6. Нормальные плотности и

108

распределения

 

§ 7. Стационарные нормальные

114

процессы

 

§ 8. Марковские нормальные

122

плотности

 

§ 9. Задачи

128

Глава IV. Вероятностные меры и

132

пространства

 

§ 1. Бэровские функции

132

§ 2. Функции интервалов и

135

интегралы в Rr

 

§ 3. Вероятностные меры и

142

пространства

 

§ 4. Случайные величины.

145

Математические ожидания

 

§ 5. Теорема о продолжении

149

§ 6. Произведения пространств.

153

Последовательности

 

независимых случайных

 

величин

 

§ 7. Нулевые множества.

158

Пополнение

 

Глава V. Вероятностные

160

распределения в Rr

 

§ 1. Распределения и

161

математические ожидания

 

§ 2. Предварительные сведения

170

§ 3. Плотности

174

§ За. Сингулярные распределения

177

§ 4. Свертки

179

§ 5. Симметризация

186

§ 6. Интегрирование по частям.

189

Существование моментов

 

§ 7. Неравенство Чебышева

191

§ 8. Дальнейшие неравенства.

192

Выпуклые функции

 

§ 9. Простые условные

196

распределения. Смеси

 

§ 10. Условные распределения

200

§ 10а. Условные математические

203

ожидания

 

§ 11. Задачи

206

Глава VI. Некоторые важные

210

распределения и процессы

 

§ 1. Устойчивые распределения в

210

R1

 

§ 2. Примеры

216

§ 3. Безгранично делимые

220

распределения в R1

 

§ 4. Процессы с независимыми

224

приращениями

 

§ 5. Обобщенные пуассоновские

228

процессы и задачи о разорении

 

§ 6. Процессы восстановления

230

§ 7. Примеры и задачи

234

§ 8. Случайные блуждания

240

§ 9. Процессы массового

244

обслуживания

 

§ 10. Возвратные и невозвратные

252

случайные блуждания

 

§ 11. Общие марковские цепи

258

§ 12. Мартингалы

265

§ 13. Задачи

272

Глава VII. Законы больших чисел.

275

Применения в анализе

 

§ 1. Основная лемма. Обозначения

275

§ 2. Полиномы Бернштейна.

278

Абсолютно монотонные

 

функции

 

§ 3. Проблемы моментов

280

§ 4. Применение к симметрично

283

зависимым, случайным

 

величинам

 

§5. Обобщенная формула Тейлора 286

иполугруппы

§ 6.

Формулы обращения для

288

 

преобразования Лапласа

 

§ 7.

Законы больших чисел для

290

 

одинаково распределенных

 

 

случайных величин

 

§ 8.

Усиленный закон больших

295

 

чисел для мартингалов

 

§ 9.

Задачи

300

Глава VIII. Основные предельные

302

теоремы

 

§ 1. Сходимость мер

302

§ 2. Специальные свойства

307

§ 3. Распределения как операторы

311

§ 4. Центральная предельная

315

теорема

 

§ 5. Бесконечные свертки

324

§ 6. Теоремы о выборе

325

§ 7. Эргодические теоремы для

330

цепей Маркова

 

§ 8. Правильно меняющиеся

334

функции

 

§ 9. Асимптотические свойства

339

правильно меняющихся

 

функций

 

§ 10. Задачи

344

Глава IX. Безгранично делимые

349

распределения и полугруппы

 

§ 1. Общее знакомство с темой

349

§ 2. Полугруппы со сверткой

352

§ 3. Подготовительные леммы

356

§ 4. Случай конечных дисперсий

358

§ 5. Основная теорема

361

§ 6. Пример: устойчивые

366

полугруппы

 

§ 7. Схемы серий

369

§ 8. Области притяжения

373

§ 9. Различные распределения.

378

Теорема о трех рядах

 

§ 10. Задачи

381

Глава X. Марковские процессы и

383

полугруппы

 

§ 1. Псевдопуассоновский тип

384

§ 2. Вариант: линейные

387

приращения

 

§ 3. Скачкообразные процессы

389

§ 4. Диффузионные процессы в

394

R1

 

§ 5. Прямое уравнение. Граничные

400

условия

 

§ 6. Диффузия в многомерном

407

случае

 

§ 7. Подчиненные процессы

408

§ 8. Марковские процессы и

413

полугруппы

 

§ 9. «Показательная формула» в

417

теории полугрупп

 

§ 10. Производящие операторы.

420

Обратное уравнение

 

Глава XI Теория восстановления

423

§ 1. Теорема восстановления

423

§ 2. Уравнение ζ = F ζ

429

§ 3. Устойчивые процессы

431

восстановления

 

§ 4. Уточнения

436

§ 5. Центральная предельная

438

теорема

 

§ 6. Обрывающиеся

440

(невозвратные) процессы

 

§ 7. Применения

444

§ 8 Существование пределов в

446

случайных процессах

 

§ 9. Теория восстановления на

448

всей прямой

 

§ 10. Задачи

453

Глава XII. Случайные блуждания в

456

R1

 

§ 1. Обозначения и соглашения

457

§ 2 Двойственность

461

§ 3. Распределение лестничных

466

высот Факторизация Винера—

 

Хопфа

 

§ 4 Примеры

472

§ 5. Применения

477

§ 6. Одна комбинаторная лемма

480

§ 7. Распределение лестничных

481

моментов

 

§ 8 Закон арксинуса

484

§ 9. Различные дополнения

489

§ 10 Задачи

491

Глава XIII. Преобразование

495

Лапласа. Тауберовы теоремы.

 

Резольвенты

 

§ 1. Определения. Теорема

495

непрерывности

 

§ 2. Элементарные свойства

500

§ 3. Примеры

502

§ 4 Вполне монотонные функции.

504

Формулы обращения

 

§ 5 Тауберовы теоремы

508

§ 6. Устойчивые распределения

514

§ 7. Безгранично-делимые

516

распределения

 

§ 8 Многомерный случай

519

§ 9. Преобразования Лапласа для

520

полугрупп

 

§ 10. Теорема Хилле—Иосида

526

§ 11 Задачи

530

Глава XIV. Применение

534

преобразования Лапласа

 

§ 1. Уравнение восстановления:

534

теория

 

§ 2. Уравнение типа уравнения

536

восстановления: примеры

 

§ 3. Предельные теоремы,

539

включающие распределения

 

арксинуса

 

§ 4 Периоды занятости и

542

соответствующие ветвящиеся

 

процессы

 

§ 5. Диффузионные процессы

544

§ 6. Процессы размножения и

549

гибели. Случайные блуждания

 

§ 7. Дифференциальные уравнения

553

Колмогорова

 

§ 8. Пример: чистый процесс

559

размножения

 

§ 9. Вычисление P(∞ ) и времен

569

первого прохождения

 

§ 10. Задачи

566

Глава XV. Характеристические

569

функции

 

§ 1. Определение. Основные

569

свойства

 

§ 2. Специальные плотности.

573

Смеси

 

§ 3. Единственность. Формулы

579

обращения

 

§ 4. Свойства регулярности

584

§ 5. Центральная предельная

588

теорема для одинаково

 

распределенных слагаемых

 

§ 6. Условие Линдеберга

592

§ 7. Характеристические функции

596

многомерных распределений

 

§ 8. Две характеризации

600

нормального распределения

 

§ 9. Задачи

603

Глава XVI. Асимптотические

607

разложения, связанные с

 

центральной предельной

 

теоремой

 

§ 1. Обозначения

608

§ 2. Асимптотические разложения

609

для плотностей

 

§ 3. Сглаживание

613

§ 4. Асимптотические разложения

616

для распределений

 

§ 5. Теорема Берри—Эссеена

620

§ 6. Большие отклонения

622

§ 7. Различно распределенные

626

слагаемые

 

§ 8. Задачи

630

Глава XVII. Безгранично делимые

632

распределения

 

§ 1. Теорема о сходимости

632

§ 2. Безгранично делимые

638

распределения

 

§ 3. Примеры. Специальные

644

свойства

 

§ 4. Устойчивые

648

характеристические функции

 

§ 5. Области притяжения

652

§ 6. Устойчивые плотности

657

§ 7. Схема серий

659

§ 8. Класс L

663

§ 9. Частичное притяжение.

666

«Универсальные законы»

 

Глава XIX Гармонический анализ

6У5

§ 10. Бесконечные свертки

669

§ 1 Равенство Парсеваля

695

§ 11. Многомерный случай

670

§ 2 Положительно определенные

697

§ 12. Задачи

 

 

671

функции

 

Глава XVIII. Применение методов

675

§ 3 Стационарные процессы

700

Фурье к случайным

 

§ 4. Ряды Фурье

703

блужданиям

 

 

§ 5 Формула суммирования

707

§ 1. Основное тождество

675

Пуассона

 

§ 2 Конечные интервалы.

678

§ 6. Положительно определенные

710

Вальдовская аппроксимация

 

последовательности

 

§ 3 Факторизация Винера—Хопфа

681

§ 7. L2 -теория

713

§ 4. Обсуждение результатов

684

§ 8 Случайные процессы и

719

Применения

 

 

стохастические интегралы

 

§ 5. Уточнения

 

687

§ 9. Задачи

726

§ 6 Возвращения в нуль

689

Предметный указатель

736

§ 7. Критерии возвратности

690

Именной указатель

744

§ 8 Задачи

 

 

693

 

 

 

 

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

 

Абелевы теоремы 511

 

223, 594

 

Абсолютная непрерывность 174, 176

 

Асимптотически несмещенная

 

Абсолютно

 

беспристрастная

оценка 277

 

последовательность 265, 295

 

— плотное (множество) 184

 

— монотонные функции 279, 280,

Атомические меры 172

 

505

 

 

 

Атомы (мер) 172

 

Аварии 78, 228

 

 

— при свертке 183—184

 

Автобусы (очереди на автобусы,

 

Банаха пространство 313, 414, 557

 

ожидание) 37, 76, 88, 236

 

Башелье процесс; см. Броуновское

 

Аддитивные функции множества 136

движение

 

Алгебра множеств 143, 144, 150

 

Безгранично делимые полугруппы

 

— —, порождения 204

 

524

 

Арифметическое распределение 173;

— — распределения 220, 351,516,632

см.

также

Решетчатое

— — — в Rr 670, 674

 

распределение

 

 

Бернулли испытания и случайный

 

Арксинуса распределения 70

 

выбор 53

 

— — в процессах восстановления

 

Берштейна полиномы (в R2 300) 278

539

 

 

 

Бесконечная дифференцируемость

 

— — в случайном блуждании 483

 

312, 353

 

— — обобщенное 604

 

Бесконечные свертки 324, 379, 669,

 

Арцела — Асколи теорема 329

 

674

 

Асимптотическая пренебрежимость

 

Бесселевы функции 79—80, 598

 

—, безграничная делимость 221, 518, 646

— в стохастических процессах 81, 385

—, Лапласа преобразование 503, 504, 550

—.распределения, связанные с ними 80 и ел., 187, 207, 208

—, характеристическая функция

573

Бета-интеграл 67

плотность 70

— в задаче восстановления 538 Борелевская алгебра 143, 150 Борелевское множество 143

—, аппроксимация 145, 156

—, измеримое по 146

—, соглашения об обозначениях 160

Бохнера интеграл 521—522 Броуновское движение 127, 394, 544

— в Rr 218, 407

—, непрерывность траекторий

226, 365, 395

—, первое прохождение 217, 403, 545

—, подчиненность 411

— с упругой силой 397

Бэровские функции 134, 139, 148, 161 Бюффона задача об игле 83 Вальда тождество 469, 492, 679 Вейбула распределение 73 Вейерштрасса теорема об

аппроксимации 278 Вероятность вхождения; см.

Вероятность достижения Вероятностные меры и пространства

142, 168

Ветвящиеся процессы 298, 507, 542 Взаимные пары функций 575 Видимость в x-направлении 23 Винера процесс; см. Броуновское

движение Винера—Хопфа интегральное

уравнение 470

— — факторизация 456, 465, 494, 681, 690

Вложенные процессы восстановления 241, 446

Водохранилище; см. Хранение запасов

Возвращение в нуль 490, 689 Возраст; см. Длительность Вполне монотонные функции

282,504, 517

— — абстрактные 520

—.интерполяция 531 Вращения 103, 113 Время возвращения 231

— максимальное 238, 453

жизни; см. Длительность, Время возвращения

Выборка, медиана, экстремумы 32

среднее значение, дисперсия 111 Выпуклые функции 193

— и мартингалы 271 Вырожденное распределение 108,

113 Вырожденные процессы 118

Гамеля уравнение 358, 366 Гамма-плотность 24, 66

распределение 23, 66, 500

—, безграничная делимость 220, 355, 518, 645

— как предел порядковых статистик 39

—, подчинение 412

—, приближение 276

— рандомизированное 80

функция 66, 86

Гармонические функции 298

Гейгера счетчики 238, 240, 439, 453, 536

Гёльдера неравенство 195

Гильбертовы пространства 715, 720 Гиперболические функции и

плотности 87, 574, 603, 645, 670, 710

Гравитационные поля 216, 272 Граничные условия 400, 546

— значения 299 Грина функция 396, 545, 567

Группировка данных 17 Гюйгенса принцип 71 Двойные орбиты 51 Двойственность 461 Двустороннее преобразование

Лапласа 499 Двусторонняя показательная

плотность 69

—, факторизация 682

—, характеристическая функция 573

Дисперсия 18, 65, 171

инфинитезимальная 397

условная 96

Диффузия в генетике 398

в R1 394, 532, 544, 567

в Rr 407

с упругой силой 397 Длина случайных цепей 262

Длительность, диффузия 404—405 —, мертвый период 238 —, период занятости 452, 553

—, процесс восстановления 234, 273, 441

—, процесс размножения 561 Дробная доля 186, 327 Дробовый эффект 223, 672

Естественный масштаб в диффузии

395

Жордана разложения 173 Задача о разорении 228, 250, 388, 538

—, оценки 444, 479

Задержки в движении 237, 445, 454, 544, 567

Законы больших чисел 274, 290, 346, 502, 586

— — для мартингалов 299

— — для серий 378, 674

— — для стационарных последовательностей 301

—,обратная теорема 292

нуля или единицы 157 Заражение 79 Значащие цифры 85

Иенсена неравенство 193, 271 Измеримое пространство 144 Измеримость 146 Изометрия 722 Индикатор множества 132

Интегральное уравнение Абеля 51 Интегрирование по частям 189 Интервал непрерывности 303 Инфинитезимальная скорость и

дисперсия 397 Ионизация 385

Исчезающие на бесконечности функции 303

«Исчезновение», случайные блуждания 490

Каноническая мера 633 Кантора тип распределения 54, 177,

670

— — (свертки) 186 Квазиустойчивость 215 Квазихарактеристические функции

632

Ковариация 91 —, матрица 107

процесса 116, 700, 725 Колмогорова дифференциальные

уравнения 293, 553

неравенство 296, 301

Смирнова теорема 57, 405

теорема о трех рядах 379 Компактность в схеме серий 370 Конкордантные (согласованные)

функции 266, 298 Координатные случайные величины

17, 91 Корреляция 91

Коши — Леви теорема 595, 600

распределение 71, 87, 292, 599

— в Rr 94, 97, 128, 599, 671

— и броуновское движение 218, 411

—, случайное блуждание 259, 693

—, устойчивость 216, 634, 645 Крамера оценка для вероятности разорения 229, 444, 471, 480

Критерий значимости 201 Кронекера лемма 299

символ 554

ядро 260, 554

Круг, распределение на нем 46, 83, 88, 104

— равномерное на нем 327, 333 —,теорема покрытия 44 Кэмпбелла теорема 224, 347, 672

Лапласа второй закон распределения

70

преобразование 288, 495, 534 Лапласа преобразование вЯ1' 519

— двустороннее 499

— для полугрупп 520

Стильтьеса преобразование 489 Лебега интеграл 135

мера 51, 142, 159

Никодима теорема 176

пополнение 159

Стильтьеса интеграл 136, 139, 166

теорема о разложении 179

Леви каноническое представление

643

Крамера теорема 600

метрика 345

Парето распределение 219 —,примеры 272, 382, 646

Лежандра формула удвоения 86

Лестничные величины 241, 457, 481

— в процессе ожидания 248 Линдеберга условие для диффузии

395

условия 320, 346, 592

Линейные операций над стохастическими процессами 702

приращения в скачкообразных процессах 387 Линейный функционал 151

Логарифм комплексных чисел 639 Логарифмическое распределение 86 Логистическое распределение и

развитие 73 Локально компактные пространства

152, 156, 303

Ляпунова условие 346 Мажорированная сходимость 141 Максвелла распределение 49, 68, 103 Максимальная оценка 479

характеристическая функция 685, 694

частная сумма 242, 250, 383, 470, 477, 487

Максимальное время возвращения

238, 453

Максимальный член 207, 215, 337, 347

— —, влияние на сумму 532; см. также Порядковые статистики, Рекордные значения

Марковские процессы с дискретным временем 122, 129, 258, 274

— — — — и мартингалы 298

— — — —, спектральная функция

713, 728

Марковские процессы с дискретным временем, эргодические теоремы

330

— с непрерывным временем 125, 383, 700

— — — — в процессах

восстановления 436

— — — — в счетных пространствах 553

— — — — и полугруппы 413, 521

— — — —, эргодические теоремы

446, 564

Марковское свойство 22; см. Строго марковское свойство

Мартингалы 265, 295

в процессах восстановления 431

в случайных блужданиях 466 —, неравенства 295, 296, 301 Масштабные параметры 64, 171 Медиана 32, 172

Медленно меняющиеся функции; см. Правильно меняющиеся функции

Мера скорости (speed measure) 395 «Мертвый» период 240 Метод ограничений 403

Метрики 345; см. также Банахово пространство, Гильбертово пространство

Минимальное решение, Винера — Хопфа уравнение 469

—, дифференциальное уравнение Колмогорова 555

—, диффузия 402

—, полумарковские процессы 568

—, скачкообразные процессы 393

—, уравнение восстановления 255 Миттаг-Леффлёра функция 519 Момент регенерации 231 Моменты 18, 170, 189

восстановления 231, 432

в процессах восстановления 442 —,неравенство 195 —, проблема однозначности 283, 290,

532, 527

— — в Rr 606

—, производящие функции 499 —, сходимость 306, 328 —, Хаусдорфа проблема 281

Монотонной сходимости принцип 140

— свойства 414 Найквиста формула 708 Направляющий процесс 411

Невозвратные случайные блуждания

253

Невозвратные случайные блуждания,

свойства 257, 465, 483, 690, 694

—, уравнение восстановления и

теорема для них 252 449, 450, 494

Невозможность систем игры 270, 271 Независимость случайных величин

19,92, 95, 153, 169

—, комплексные величины 570

—, критерий для нее 170 Независимые приращения 123, 224,

352, 365, 380, 724

—, разрывы 366, 380

Неймана тождество 82 Нелинейное восстановление 454

Непосредственная интегрируемость по Риману 426

Непрерывность полугрупп 416; см. также Фиксированные разрывы

Несмещенная оценка 277 Несобственные (дефектные)

распределения 162, 164, 260

— — — в процессах восстановления

234

Неудачи 29

Норма 313, 413, 714, 720 —, топология, порождаемая 345

Нормальное распределение 65, 87, 574

— в Rr 108, 597

— вырожденное 112

— двумерное 93, 96, 129 Нормальное распределение

марковское 122

—.область притяжения 377, 652

— характеристические свойства

— — частное 128, 206

Орбиты двойные 51

 

Нормальные полугруппы 360, 368,

Орнстейна—Уленбека процесс 127,

381

397

 

Нормальный стохастический процесс

Ортогональные матрицы 114

Носитель 64

Остаточные события 157

Нулевая схема серий 222, 659

Остающееся время ожидания 236

Нулевое множество 158, 175 714 720

— — —, предельная теорема 434,

Область притяжения 214

436, 453, 540

 

— —.критерий для нее 373, 382 514

Осциллирующие случайные

652

блуждания 258, 464, 687

— — нормальная 657

Отношение правдоподобия 267

— — частичная 382, 646, 656

Отражающий экран 402, 406, 532

Обобщенный пуассоновский процесс

Оценка 60

 

225, 365, 388

Очереди 75, 76, 87, 88, 248

— — — и полугруппы 357, 360

— параллельные 31, 32, 35, 60;

— — —, подчинение в нем 412

см.также Периоды занятости

— — —, разорение в нем 228, 250,

Ошибки округления 37, 84

538

Парадокс контроля 235, 436

Образование колонн 59, 567

Парадоксы 24, 38, 235, 436

Обратное уравнение для диффузии

Параметры расположения 64, 171

396, 398 и сл., 407, 545 и сл.

Парето распределение 70

— — — полугрупп 417, 420 и т. д.

Парсеваля равенство 530, 695, 716,

— — — полумарковских процессов

719

 

568

— — как критерий Хинчина 718

— —, минимальное решение 392, 555

Первое возвращение 459, 491, 566,

и т. д.

689

 

— —, скачкообразный процесс 390,

Первые прохождения, диффузия 217,

554 и т. д.

403, 544

 

Обрывающийся (terminating) или

— —, марковские цепи 562

невозвратный (transient) процесс

— —, процесс размножения и гибели

234, 440 и сл.

82, 88, 551, 565

 

Обслуживание больных 229

Периодограмма 101

 

Обслуживающие устройства; см.

Периоды занятости 246, 251, 553

Очереди

— — и ветвящийся процесс 542, 517

Одновершинные [унимодальные]

Петербургская игра 293

распределения 197, 603

Пирсона система распределений 67,

— —,свертки 208

70

 

Оператор перехода 414

Планшереля преобразование 715

— сдвига 722

— теорема 582

 

Операторы, связанные с

Плотность 16, 64, 174

 

распределениями 311

Повторные

математические

Операционное время 227, 409

ожидания 203