1 几乎必然收敛的概念
几乎必然收敛(almost sure convergence),又叫以概率1收敛(convergence with probability 1),定义为:随机变量序列{Xn}满足
P(n→∞limXn→X)=1
则Xna. s. X。
它的等价条件有很多,比如:
P(n→∞lim∣Xn−X∣<ε)=1
或
∀ε>0,P(n→∞limsup∣Xn−X∣>ε)=0
上式又可用“不时发生”(infinitely often)的概念,写为
∀ε>0,P(∣Xn−X∣>ε,i. o. )=0
上式如何理解?可从∪n=m∞{∣Xn−X∣>ε}入手,它表示给定m后,使∣Xn−X∣>ε(n≥m)至少发生一次的ω的集合。而如果不管给定的m有多大,在有些ω上,∣Xn−X∣>ε(n≥m)都会至少发生一次,这些ω的集合就是“不时发生”的概念:
=={∣Xn−X∣>ε,i. o. }∩m=1∞∪n=m∞{∣Xn−X∣>ε}n→∞limsup{∣Xn−X∣>ε}
因此,几乎必然收敛可表示为
0===P({∣Xn−X∣>ε,i. o. })P(∩m=1∞∪n=m∞{∣Xn−X∣>ε})P(n→∞limsup{∣Xn−X∣>ε})
再介绍一个定理:设{En∈F}为任意序列,则
- P(limsupn→∞En)=n→∞limP(∪m=n∞Em);
- P(liminfn→∞En)=n→∞limP(∩m=n∞Em).
2 Borel-Cantelli引理
Borel-Cantelli引理是证明几乎必然收敛时用到最多的工具之一。引理分为两部分,一是收敛部分,讲收敛所需的充分条件,二是发散(divergence)部分,讲收敛所需的必要条件,即序列的独立性。
Borel-Cantelli引理:
- 对于任意一个事件序列{En∈F},若n=1∑∞P(En)<∞,则P(En,i. o. )=0;
- 对于独立事件的序列{En∈F},若n=1∑∞P(En)=∞,则P(En,i. o. )=1.