随机过程不连续是否可分的例子

可分定义相关

probability theory - Definition of separable stochastic process. Which is the "intuition" behind such a definition? - Mathematics Stack Exchange

probability - Prove that two definitions of Separable Processes are equivalent - Mathematics Stack Exchange

连续与可分的相关例子

  • 连续随机过程(样本函数连续的过程)是完全可分的。

  • 样本函数不连续的过程可能:完全可分、可分但不完全可分、不可分。

1. 样本函数不连续,但是完全可分

T=[0,1],\Omega=[0,1],{F}=[0,1]上的勒贝格可测集所成的\sigma代数。

定义

x_t(\omega)=\left\{\begin{aligned} 0&,\text{ if } 0\leq t \leq \frac{1}{2} \\ 1&,\text{ if } \frac{1}{2} < t \leq 1 \end{aligned}\right.,\omega\in[0,1]

可见\forall \omega\in[0,1],x_t(\omega)t的阶梯函数,跳跃点为\displaystyle\frac{1}{2},

则对于任意T的可列稠密子集Rx_t都可分。

证明如下:对于任意T的可列稠密子集R

\forall \omega \in [0,1],\forall t\in [0,1]\setminus\{\displaystyle\frac{1}{2}\},

可以在t的足够小的领域内取逼近tR中的点列r_n,使得

\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} r_{n}=t\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=x_{t}(\omega);

t=\displaystyle\frac{1}{2}时,取从\displaystyle\frac{1}{2}的左端逼近\displaystyle\frac{1}{2}R中的点列r_n,使得

\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} r_{n}=\displaystyle\frac{1}{2}\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=x_{\frac{1}{2}}(\omega)=0.

2. 样本函数不连续,可分但不完全可分

T=[0,1],\Omega=[0,1],{F}=[0,1]上的勒贝格可测集所成的\sigma代数。

定义

x_t(\omega)=\left\{\begin{aligned} 1&,\text{ if } t=\frac{1}{2},\\ 0&,\text{ if } t \neq \frac{1}{2}, \end{aligned}\right.t \in[0,1],\omega\in[0,1]

则存在T的可列稠密子集R_1,使得x_t对于R_1可分。

也存在T的可列稠密子集R_2,使得x_t对于R_2不可分。

证明如下:取R_1[0,1]上的有理数的集合,则R_1T的可列稠密子集,

\forall \omega \in [0,1],\forall t\in [0,1]\setminus\{\displaystyle\frac{1}{2}\},可以取任意逼近tR_1中的点列r_n,使得

\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} r_{n}=t\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=x_{t}(\omega)=0;

t=\displaystyle\frac{1}{2}时,取\{r_n\}=\{\displaystyle\frac{1}{2}\},使得

\displaystyle\lim _{n \rightarrow \infty} r_{n}=\displaystyle\frac{1}{2}\displaystyle\lim _{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=x_{\frac{1}{2}}(\omega)=1.

R_2=R_1\setminus\{\displaystyle\frac{1}{2}\},则R_2T的可列稠密子集,

\forall \omega \in [0,1],\exists t_0=\displaystyle\frac{1}{2},使得对于任意逼近t_0R_2中的点列r_n

\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} r_{n}=t_0\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=0\neq x_{t_0}(\omega)=1.

3. 样本函数不连续,不可分

T=[0,1],\Omega=[0,1],{F}=[0,1]上的勒贝格可测集所成的\sigma代数。

定义

x_{t}(\omega)=\left\{\begin{aligned} 1, & \text { if } t=\omega, \\ 0, & \text { if } t \neq \omega, \end{aligned} t \in[0,1], \omega \in [0,1]\right.

x_t是不可分的。

证明如下:假设x_t可分,则存在T的可列稠密子集R,及概率为零的集N,使得

\forall \omega \notin N,\forall t\in T,\exists r_n \in R,\text{ s.t. }\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} r_{n}=t\text{且}\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=x_{t}(\omega)=0.

\forall \omega \notin N,当t=\omega时,x_{t}(\omega)=1,当r_n\neq t时,x_{r_{n}}(\omega)=0,

要使\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} r_{n}=t\text{且}\displaystyle\lim_{n \rightarrow \infty} x_{r_{n}}(\omega)=x_{t}(\omega)=0,只有

\exists k_0\ge 1,\text{ s.t. }\{r_n\}_{n=k_0}^{\infty}=\{t\},因此t\in R.

所以\Omega-N\subseteq R,P(R)\ge P(\Omega)-P(N)=1,即P(R)=1.

这与假设R是可列的矛盾。综上,x_t不可分。

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