Збіжність за ймовірністю

Збіжність за мірою у теорії міри, функціональному аналізі і суміжних дисциплінах — це вид збіжності вимірних функцій заданих на просторі з мірою.

Частковим випадком міри є ймовірність, відповідно, збіжність за ймовірністю є частковим випадком збіжності за мірою.

Збіжність за ймовірністю у теорії ймовірностей — це вид збіжності випадкових величин заданих на ймовірнісному просторі.

Збіжність за мірою

Нехай ${\displaystyle (X,{\mathcal {F}},\mu )}$ — простір з мірою ${\displaystyle f_{n},f:X\to \mathbb {R} ^{m},\;n=1,2,\ldots }$ — вимірні функції на цьому просторі. Говорять, що послідовність функцій ${\displaystyle \{f_{n}\}_{n=1}^{\infty }}$ збігається за мірою до функції ${\displaystyle f}$, якщо: ${\displaystyle \forall \varepsilon >0,\;\lim \limits _{n\to \infty }\mu (\{x\in X\mid \|f_{n}(x)-f(x)\|>\varepsilon \})=0}$.

Позначення: ${\displaystyle f_{n}{\stackrel {\mu }{\longrightarrow }}f}$.

Збіжність за ймовірністю

Нехай дано імовірнісний простір ${\displaystyle (\Omega ,{\mathcal {F}},P)}$, з визначеною на ньому послідовністю випадкових величин ${\displaystyle X_{n},X,\;n=1,2,\ldots }$. Якщо для як завгодно малого ${\displaystyle \varepsilon }$, ймовірність нерівності ${\displaystyle |X_{n}-X|<\varepsilon }$ зі збільшенням ${\displaystyle n}$ необмежено наближається до нуля, то говорять, що послідовність ${\displaystyle \{X_{n}\}_{n=1}^{\infty }}$ збігається за ймовірністю до величини ${\displaystyle X}$.

Тобто,

${\displaystyle \forall \varepsilon >0,\;\lim \limits _{n\to \infty }P(|X_{n}-X|>\varepsilon )=0}$.

Цю границю можна записати в інший спосіб:

${\displaystyle \forall \varepsilon >0,\;\lim \limits _{n\to \infty }P(|X_{n}-X|<\varepsilon )=1}$.

Позначення збіжності за ймовірністю: ${\displaystyle X_{n}{\stackrel {P}{\longrightarrow }}X}$.

Зауваження

Визначення збіжності за мірою (за ймовірністю) може бути узагальнене для відображень (випадкових елементів), що набувають значень у довільному метричному просторі.

Властивості збіжності за мірою

• Якщо послідовність функцій ${\displaystyle f_{n}}$ збігається за мірою до ${\displaystyle f}$, то з неї можна виділити підпослідовність ${\displaystyle f_{n_{k}}}$, що збігається до ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle \mu }$ — майже всюди.

• Якщо послідовність функцій ${\displaystyle f_{n}}$ збігається за мірою до ${\displaystyle f}$, і ${\displaystyle \forall n\in \mathbb {N} ,\;|f_{n}|\leqslant g}$, де ${\displaystyle g\in L^{p},\;p\geqslant 1}$, то ${\displaystyle f_{n},f\in L^{p}}$, і ${\displaystyle f_{n}}$ збігається до ${\displaystyle f}$ у ${\displaystyle L^{p}}$.

• Якщо послідовність функцій ${\displaystyle f_{n}}$ збігається ${\displaystyle \mu }$-майже усюди до ${\displaystyle f}$, то вона збігається і за мірою. Навпаки, взагалі кажучи, невірно.

• Якщо послідовність функцій ${\displaystyle f_{n}}$ збігається в ${\displaystyle L^{p}}$ до ${\displaystyle f}$, то вона збігається і за мірою. Навпаки, взагалі кажучи, невірно.

• Якщо послідовність випадкових величин ${\displaystyle X_{n}}$ збігається за ймовірністю до ${\displaystyle X}$, то вона збігається до ${\displaystyle X}$ і за розподілом.

Джерела

• Колмогоров А. Н., Фомин С. В. Элементы теории функций и функционального анализа. — 4-е изд. — Москва : Наука, 1976. — 544 с. — .(рос.)
• Березанский Ю. М., , Шефтель З. Г. Функциональный анализ : курс лекций. — К. : Вища школа, 1990. — 600 с.(рос.)