- •I. Случайные события
- •II. Случайные величины и их распределения
- •III. Многомерные случайные величины
- •IV. Предельные теоремы теории вероятностей
- •I. Случайные события
- •1.1. Предмет теории вероятностей
- •1.2. Пространство элементарных исходов
- •1.3. События, операции над ними
- •1.5. Алгебра и σ– алгебра событий
- •1.4. Свойства операций
- •1.6. Вероятность событий
- •1.6.1. Классическое определение вероятностей
- •1.6.2. Элементы комбинаторики в теории вероятностей
- •1.6.3. Урновая схема
- •1.6.4. Геометрическая вероятность
- •1.6.5. Статистическое определение вероятности
- •1.6.6. Аксиоматическое определение вероятности
- •Условная вероятность. Независимость событий
- •1.8. Формула полной вероятности
- •1.10. Некоторые примеры вычисления вероятностей
- •1.11. Схема бернулли
- •1.12. Формула пуассона
- •1.13. Формула муавра – лапласа
- •Контрольные вопросы
- •Задачи.
1.4. Свойства операций
Операции умножения и сложения обладают всеми свойствами аналогичных операций над числами:
1. Коммутативность
сложения и умножения:
2. Ассоциативность
сложения и умножения:
;
(АВ)C=А(ВС);
3. Первый
распределительный закон:
.
4. Второй
распределительный закон (для чисел
места не имеет):
.
Справедливость указанных выше соотношений предлагается проверить самостоятельно.
Упражнение. Доказать справедливость соотношений:
1.
–
так называемая формула поглощения;
2.
;
3.
.
1.5. Алгебра и σ– алгебра событий
Пусть Ω – пространство эл. событий некоторого случайного эксперимента. Любое подмножество множества Ω назовем ω – множеством (ранее мы назвали любое подмножество Ω событием, пока откажемся от этого названия, так как не любое ω – множество есть необходимость и возможность называть событием). Дадим формальное определение алгебры событий.
Определение.
Непустое множество F ω–множеств
называется алгеброй
событий,
если выполняются следующие два условия:
2) из условий A
F, В
F, следует
Любое ω–множество из этого класса и только оно называется событием (см. замечание в начале п.1.3).
Из определения
немедленно следует утверждение, что
алгебра событий F вместе с каждым событием
A содержит и событие
:
А
Ω
Ω=А+Ā. По условию
,
.
Далее, принимая во внимание замечание
в конце п.1.3, заключаем, что если A и B
F,
то события А∩В, А–В, В–А, А∆В также
принадлежат множеству F. Действительно,
если события A и B содержатся в алгебре
F, то
также по только что доказанному содержатся
в множестве F
по определению алгебры. На основании
формул де Моргана,
,
следовательно,
.
Далее,
,
тогда на основании всего сказанного
выше,
и т.д.
Как видим сумма, разность и произведение событий из класса F имеют результатом событие этого же класса. Поэтому алгебру событий F можно определить еще и так: алгебра событий F – это класс ω–множеств, замкнутый относительно конечного числа арифметических операций (умножение, сложение, вычитание).
Пример 3.
F=
–
класс множеств, состоящий из двух
событий, достоверного и невозможного,
является алгеброй – это так называемая
тривиальная алгебра. Действительно,
сумма, произведение, разность конечного
числа элементов этого множества дает
в результате элемент этого же множества.
Пример 4. Пусть А – некоторое подмножество множества Ω. Тогда класс множеств F = (Ω, Ø,А, ) образует алгебру.
Пример 5.
Пусть Ω ≡ R. Рассмотрим промежутки чисел
вида [а,b),
.
Их называют отрезками, полуоткрытыми
справа. Множества, являющиеся результатом
конечного суммирования отрезков,
полуоткрытых справа, образуют алгебру
в
.
Пример 6.
Пусть Ω ≡
,
рассмотрим множество всех параллелепипедов
вида
,
,
.
Их называют полуоткрытыми справа
параллелепипедами. Множества, являющиеся
результатом конечного суммирования
параллелепипедов, полуоткрытых справа,
образуют алгебру в
.
Отметим, что
свойство 2 из определения алгебры событий
выполнимо для любого конечного набора
ω–множеств, то есть если
то
.
Если же свойство 2 полагать выполненным
для любой (не только конечной)
последовательности подмножеств
то
получим новый класс ω – множеств.
Определение.
Пусть Ω – бесконечное множество
элементарных исходов некоторого
эксперимента. Непустой класс F ω –
множеств из Ω, удовлетворяющий условиям:
2) если события
принадлежат
множеству F, то и событие
принадлежит множеству F, называется σ
– алгеброй событий.
Пример 7. Пусть
имеют место условия примера 5. Рассмотрим
последовательность
,
n=1,2,… Очевидно, что
Это означает, что результат применения
счетного числа операций сложения к
множествам
выводит из алгебры F в
:
(0,1)
.
Но по определению σ – алгебры множество
– алгебре F в
.
Таким образом,
σ–алгебра F в
наряду с множествами вида [a,b) содержит
любое из восьми множеств:
.
Систему таких промежутков – σ–алгебру
F в
называют борелевской, а ее множества –
промежутки указанного выше типа –
борелевскими множествами. Наряду с
обозначением F часто в этом случае
используют обозначение
:
F≡
.
Опираясь на формулы де Моргана можно показать, что пересечение счетного множества событий А снова будет принадлежать σ–алгебре F. Отсюда вывод: σ-алгебра F – это класс ω–множеств, замкнутый относительно счетного числа арифметических операций.
Пример 8.
Можно утверждать, что как и в примере
7, алгебра F в
порождает
σ–алгебру в
.
Ее также называют борелевской алгеброй
в
,
часто используют при этом обозначение
.
Пример 9.
Множество всех подмножеств Ω образует
σ–алгебру, если Ω конечно. Пусть
.
Тогда σ–алгебру образуют множества
,
Между алгеброй и
σ–алгеброй существует взаимосвязь:
σ–алгебра всегда является алгеброй,
обратное утверждение в общем случае
места не имеет. Однако, справедливо
утверждение [3]: для того, чтобы алгебра
F была σ–алгеброй необходимо и достаточно
чтобы предел любой монотонной
последовательности множеств из алгебры
F принадлежал этой алгебре F.
Последовательность
событий
называется монотонной, если
n≥1
–
неубывающая последовательность или
–
невозрастающая последовательность.
Тогда событие
в первом случае и событие
–
во втором называют пределом соответствующей
последовательности
и обозначают символом:
.
Событие
состоит
в том, что из последовательности событий
происходит по крайней мере одно событие;
событие
состоит в том, что
все события
последовательности
происходят одновременно.
Итак,
Пару объектов Ω и F называют измеримым пространством, обозначают символом (Ω, F).
Для формализации какой-либо вероятностной задачи надо сл. эксперименту приписать измеримое пространство (Ω, F), где Ω – пространство элементарных исходов эксперимента, σ–алгебра F выделяет класс событий – все ω–множества из Ω, не входящие в F, событиями не являются. Выделение того или иного измеримого пространства обусловлено с одной стороны существом рассматриваемой задачи, а с другой – природой множества Ω: далеко не всегда можно определить вероятностную меру на (Ω, F) так, чтобы она имела смысл для любого ω–множества из Ω.
Замечание. Подмножества пространства Ω, не являющиеся событиями, с практической точки зрения представляют собой математическую абстракцию. Само доказательство их существования представляет собой сложную задачу. Поэтому при первоначальном знакомстве с теорией вероятности будем считать, что всякое подмножество Ω входит в σ – алгебру F.
