Лекция 3
Свойства операций над событиями
Поскольку случайные события рассматриваются как множества, определенные на пространстве элементарных исходов , очевидно, что алгебраические свойства случайных событий вытекают из соответствующих свойств множеств:
|
|
Приведенный список не исчерпывает всех свойств операций над событиями. В то же время из него видно, что основные действия над событиями, в частности, операции сложения (объединения) и умножения (пересечения), в определенном смысле аналогичны сложению и умножению чисел. Эти операции обладают свойствами коммутативности, ассоциативности и дистрибутивности. Для операции умножения событий роль, аналогичную роли единицы и нуля при умножении чисел, выполняют, соответственно, множества и
. Вместе с тем, теоретико–множественные равенства 6, 6¢ и им подобные показывают, что полной аналогии нет.
Алгебра и сигма-алгебра событий
В случае конечной или счетной теоретико-вероятностной схемы в качестве события рассматривается любое подмножество конечного или счетного пространства элементарных событий . Если же пространство
непрерывно, то имеет место континуум элементарных исходов. Попытка считать событием любое подмножество непрерывного пространства
сопряжена с большими трудностями.
Поэтому в общем случае приходится иметь дело не со всеми подмножествами пространства , а лишь с определенным классом, замкнутым относительно операций суммы, произведения и дополнения.
Предположим, что является пространством всех элементарных исходов для какого-нибудь случайного эксперимента, каждому результату которого соответствует ровно одна точка из
, а разным результатам соответствуют разные точки. Выделим некоторую совокупность
случайных событий
, определенных на пространстве элементарных исходов
. Другими словами, выделим совокупность подмножеств
множества
. Причем, наложим условие, что
содержит как случайные события
, так и события, полученные в результате применения любой из описанных операций к любым элементам системы.
Совокупность случайных событий
, определенных на пространстве элементарных исходов
, называется алгеброй или булевой алгеброй – по имени английского математика Дж. Буля (1815 – 1864), если выполнены следующие условия:
-
(алгебра событий содержит достоверное событие);
-
Если
, то
для любых
(вместе с любым конечным набором событий алгебра содержит и их сумму);
-
Если
, то
(вместе с любым событием алгебра содержит противоположное событие).
Можно показать, в частности, что:
, если
и
, то:
-
;
-
.
Другими словами, оказывается, что условий 1 – 3 достаточно для того, чтобы любое конечное число других операций над случайными событиями
не выводило бы нас за пределы алгебры
. Таким образом, алгебра множеств – это система подмножеств некоторого множества
, замкнутая относительно операций суммы (объединения), произведения (пересечения) и дополнения.
Очевидно, что одно и то же множество
порождает различные алгебры. Самая «бедная» алгебра состоит из двух множеств – пустого множества и множества
:
.
В понятиях теории вероятностей это соответствует невозможному и достоверному событиям. Любое подмножество
порождает четырехэлементную алгебру:
Для экспериментов с конечным числом исходов множество–степень
множества
, т.е. совокупность всех подмножеств
, включающая пустое множество , составляет алгебру
, причем это самая «богатая» алгебра, порождаемая множеством
. Поэтому для таких экспериментов любое подмножество множества
может интерпретироваться как наблюдаемое событие, а все события, связанные с пространством элементарных исходов
, образуют алгебру наблюдаемых случайных событий.
Под наблюдаемым событием понимается такое подмножество множества
, которое одновременно принадлежит и булевой алгебре
. Таким образом, класс наблюдаемых в данном эксперименте событий, вообще говоря, ỳже класса всех подмножеств множества
. Если, например,
, но
, то событие
по определению не наблюдаемо в данном эксперименте. Такое определение наблюдаемого события согласуется с введенным ранее эмпирическим понятием случайного события, как наблюдаемого результата эксперимента.
При рассмотрении многих задач теории вероятностей приходится иметь дело и с бесконечным числом операций. Для того, чтобы можно было рассматривать бесконечное число операций над событиями, необходимо усилить ограничения, налагаемые на алгебру
.
Система подмножеств
множества , называется -алгеброй, а соответствующее множество событий борелевским, если она удовлетворяет следующим условиям:
-
(s–алгебра событий содержит достоверное событие);
-
Если
, то для любых
(вместе с любым конечным или счетным набором событий s–алгебра содержит и их сумму);
-
Если
, то
(вместе с любым событием s–алгебра содержит противоположное событие).
Условие 2 для алгебры
является следствием условия 2 для s–алгебры, поэтому требования для s–алгебры более сильные.
Используя условие 3 и равенство
, легко убедиться в справедливости следующего утверждения.
Пусть
– s–алгебра. Тогда, если
, то для любых
.
Таким образом, счетное число операций суммирования или перемножения событий не выводит за пределы s–алгебры.
Вообще говоря, действия над событиями важны не сами по себе, а как средство определения вероятностей одних событий через вероятности других событий. Далее будет введена вероятность случайного события как функция, заданная на подмножествах пространства
. Прежде, чем определять эту функцию, следует задать область определения этой функции. Поскольку эта функция задается для всех наблюдаемых событий, связанных с пространством элементарных исходов
, то функция должна быть определена на системе подмножеств
пространства
, которая является s–алгеброй. Поэтому разумно поставить следующее условие: если известны вероятности событий
и
, то должны быть определены правила вычисления вероятностей событий
,
, а также вероятности противоположных событий
и
.
Если Вам интересна не только теория вероятностей, но и языки, то рекомендуем курсы испанского языка в Москве