Аксиоматическое построение вероятности





Определение. Пусть U - множество элементарных событий, - система подмножеств из U.

называется алгеброй множеств, если

1) U О , Ж О .

2) A О Ю О .

3) A,B О Ю AИB, AЗB О .

Если в дополнение к 1)-3) еще выполнено

4) An О (при n=1,2,...)Ю О , О , то множество называется s - алгеброй.

Элементы из называются случайными событиями.

Под операциями над случайными событиями понимают операции над множествами:

A\B соответствует A-B;

AЗB соответствует AB;

AИB соответствует A+B;

соответствует .

Под аксиоматическим определением вероятности будем понимать заданные множество элементарных событий U, алгебру множеств , заданную на U и функцию P: ® R называемую вероятностью и удовлетворяющую следующим аксиомам:

A1. "A О (P(A) ³ 0).

A2. P(U)=1.

A3. Если A1, ..., An О - попарно несовместны, то
P(A1+...+An) =P(A1)+...+P(An).



Из аксиом A1-A3 можно вывести следующие свойства.

Свойства вероятности:

1. P(V)=0.

2. " A О P()=1 -P(A).

3. " A О (0 £ P(A) £ 1).

4. A Н B Ю P(A) £ P(B).

5. P(A+B) =P(A)+P(B)- P(AB).

Система аксиом непротиворечива. Для этого достаточно выбрать конечную непротиворечивую модель. В качестве примера можно рассмотреть множество элементарных событий, связанное с бросанием монеты или игральной кости.

Расширенная аксиома сложения.

Если случайное событие A равносильно наступлению хотя бы одного из попарно несовместных событий A1,...,An,..., то


P(A)=P(A1)+ ...+P(An)+... .

Аксиома непрерывности.

Если последовательность случайных событий B1, ..., Bn,... такова, что что каждое последующее влечет за собой предыдущее Bn+1 М Bn и Хk Bk=Ж, то P(Bn)® 0 при n® ¥.



При применении расширенной аксиомы сложения и аксиомы непрерывности следует предполагать, что множество является s-алгеброй.

Предложение 1 Расширенная аксиома сложения и аксиома непрерывности - эквивалентны.

Доказательство. 1. Ю

Пусть B1 Й B2 Й ... Й Bn Й ... и Хk ³ n Bk=Ж.

Справедливо равенство

Из расширенной аксиомы сложения получаем

Таким образом P(Bn) - остаток сходящегося ряда

Следовательно, P(Bn)® 0 при n® ¥.

2. Ь

Пусть

Из аксиомы непрерывности следует, что P(Bn)® 0 при n® ¥.

Справедливо равенство случайных событий A = A1 +...+ An + Bn+1.

Из обычной аксиомы сложения получаем


P(A) = P(A1) +...+ P(An) + P(Bn+1).

Следовательно, ряд

сходится и