Matemática · Glossário

O que é espaço de probabilidade?

Também chamado de: variável aleatória · lei de uma variável aleatória · esperança

Definição 22.1 Matemática universitária — Graduação 3 · Capítulo 22 — Probabilidade: fundamentos e a lei dos grandes números

Um espaço de probabilidade é um espaço de medida (Ω,A,P)(\Omega, \mathcal A, \P) com P(Ω)=1\P(\Omega) = 1; os elementos de A\mathcal A são eventos, e uma propriedade vale quase certamente (q.c.) se seu evento tem probabilidade 11. Uma variável aleatória é uma aplicação mensurável X ⁣:ΩRX \colon \Omega \to \R (ou em Rd\R^d: um vetor aleatório); sua lei é a medida de probabilidade imagem PX=XP\P_X = X_*\P em R\R (Exercício 11.9), determinada pela função de distribuição FX(t)=P(Xt)F_X(t) = \P(X \leq t) (Exercício 9.3). XX tem densidade ff se PX=f ⁣dλ\P_X = f\,\dd\lambda; ela é discreta se PX\P_X é uma combinação enumerável de massas de Dirac. A esperança é

E[X]=ΩX ⁣dP(X0 ou XL1(P)),\E[X] = \int_\Omega X\,\dd\P \qquad (X \geq 0 \text{ ou } X \in L^1(\P)),

e o teorema de transferência (Exercício 11.9) a calcula na lei: E[g(X)]=Rg ⁣dPX\E[g(X)] = \int_\R g\,\dd\P_X=g(xk)pk= \sum g(x_k)p_k no caso discreto, =g(x)f(x) ⁣dx= \int g(x)f(x)\dd x no caso com densidade: as fórmulas do segundo ano, agora teoremas de uma única teoria. A variância é V(X)=E[(XEX)2]=E[X2](EX)2\V(X) = \E[(X - \E X)^2] = \E[X^2] - (\E X)^2 para XL2X \in L^2.

Exemplos

Exemplo 22.2

As leis padrão e suas transformadas notáveis: Bernoulli B(p)\mathcal B(p), binomial B(n,p)\mathcal B(n, p), geométrica, Poisson P(λ)\mathcal P(\lambda) (discretas: as tabelas do segundo ano continuam válidas); uniforme em [0,1]\intcc01 (a própria medida de Lebesgue); exponencial E(λ)\mathcal E(\lambda) (densidade λeλx1x>0\lambda\eu^{-\lambda x}\mathbf 1_{x>0}); e a gaussiana N(m,σ2)\mathcal N(m, \sigma^2), de densidade 1σ2πexp((xm)22σ2)\frac1{\sigma\sqrt{2\pi}}\exp\bigl(-\frac{(x - m)^2}{2\sigma^2}\bigr) — uma densidade de probabilidade pelo Problema 10.1, de média mm e variância σ2\sigma^2 (momentos gaussianos, Exercício 11.10).

Exemplo 22.14 (O que a lei forte compra)

(a) Frequências: para lançamentos de moeda i.i.d., a frequência observada de caras converge q.c. a pp — a justificativa empírica da própria probabilidade. (b) Monte Carlo: para gL1([0,1])g \in L^1(\intcc01) e (Un)(U_n) i.i.d. uniformes (Teorema 22.6), 1nkng(Uk)01g\frac1n\sum_{k\leq n}g(U_k) \to \int_0^1g q.c.: integrais por amostragem, em qualquer dimensão, à taxa n1/2\sim n^{-1/2} independente da dimensão, tornada precisa no Capítulo 23. (c) Números normais: quase todo número real tem, em sua expansão binária, frequência assintótica 12\frac12 de uns (aplique a lei forte às variáveis dígito do Teorema 22.6) — o teorema de Borel, uma afirmação sobre os números de todo dia demonstrada por medida; o Problema 22.1 a completa em todas as bases.

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