Pokażemy jak zmodyfikować definicje omawiane podczas kursowego wykładu z rachunku prawdopodobieństwa z przypadku czasu dyskretnego na czas ciągły.
Będziemy zakładać, że jest lewostronnie domkniętym przedziałem (typowo ), choć większość definicji i wyników można uogólnić na szerszą klasę zbiorów.
Filtracją przestrzeni probabilistycznej nazywamy rosnącą rodzinę -ciał zawartych w , tzn. dla .
Zdarzenia z -ciała możemy interpretować jako zdarzenia obserwowalne do chwili .
Niech będzie procesem stochastycznym. Filtracją generowaną przez nazywamy rodzinę daną wzorem .
Proces ma przyrosty niezależne wtedy i tylko wtedy, gdy dla dowolnych , przyrost jest niezależny od -ciała .
: Rodzina zdarzeń niezależnych od tworzy -układ, ponadto, z niezależności przyrostów , zawiera -układ zdarzeń postaci dla , który generuje -ciało . Zatem, na mocy twierdzenia o - i -układach, .
: Ustalmy oraz zbiory borelowskie . Zdarzenie należy do -ciała , więc jest niezależne od zmiennej . Stąd
Iterując to rozumowanie pokazujemy, że
Proces nazywamy zgodnym z filtracją , -adaptowalnym lub adaptowanym do filtracji , jeśli dla wszystkich , jest mierzalne.
Oczywiście proces jest zgodny z filtracją wtedy i tylko wtedy, gdy dla . W szczególności każdy proces jest zgodny z filtracją przez siebie generowaną.
Momentem zatrzymania (momentem Markowa, czasem zatrzymania) względem filtracji nazywamy zmienną losową o wartościach w taką, że dla wszystkich .
Moment zatrzymania to strategia przerwania eksperymentu losowego (np. zakończenia udziału w pewnej grze losowej) taka, że decyzję o przerwaniu do chwili podejmujemy tylko na podstawie obserwacji dostępnych w tym czasie.
Dla zbioru i procesu stochastycznego określmy
Jeśli jest -adaptowalnym procesem o ciągłych trajektoriach, zaś zbiorem domkniętym, to jest momentem zatrzymania względem filtracji .
Niech będzie gęstym podzbiorem zawierającym lewy koniec. Z domkniętości zbioru i ciągłości dostajemy dla ,
gdzie
Jeśli w powyższym przykładzie będzie zbiorem otwartym, to nie musi być momentem zatrzymania względem filtracji , ale musi być momentem zatrzymania względem filtracji , gdzie dla
a jeśli jest największym elementem , to kładziemy .
Powyższa uwaga motywuje poniższą definicję, która ma nieco techniczny charakter, ale jest powszechnie używana w teorii procesów.
Filtrację nazywamy prawostronnie ciągłą, jeśli
dla wszystkich . Mówimy, że filtracja
spełnia zwykłe warunki, jeśli
a) jest prawostronnie ciągła,
b) dla wszystkich , zawiera wszystkie zbiory miary zero, tzn.
jeśli , , to .
Niech będzie momentem zatrzymania względem filtracji . Definiujemy -ciało zdarzeń obserwowalnych do chwili wzorem
a) Zbiór jest -ciałem.
b) Jeśli , to .
c) Zmienna losowa jest mierzalna.
a) Zbiór , bo . Jeśli , to , czyli . Jeśli , to , zatem .
b) Weźmy , wówczas dla , , czyli .
c) Wystarczy pokazać, że , ale .
∎Załóżmy, że i są momentami zatrzymania. Wówczas oraz zdarzenia należą do .
Zauważmy, że jest momentem zatrzymania oraz i , zatem na mocy Stwierdzenia 4.3 dostajemy . Na odwrót, jeśli , to , czyli . Dalszą część stwierdzenia pozostawiamy do samodzielnego udowodnienia w ramach prostego ćwiczenia.
∎Okazuje się, że adaptowalność procesu nie gwarantuje np. mierzalności zmiennych dla wszystkich momentów zatrzymania . Dlatego wprowadzimy jeszcze jedną techniczną definicję.
Proces nazywamy progresywnie mierzalnym względem filtracji , jeśli dla każdego , funkcja traktowana jako funkcja ze zbioru w jest mierzalna względem -algebry . Równoważnie
Załóżmy, że jest przedziałem oraz dany jest proces oraz
filtracja .
a) Jeśli proces jest progresywnie mierzalny względem , to
jest -adaptowalny.
b) Jeśli proces jest -adaptowalny oraz ma prawostronnie ciągłe trajektorie,
to jest progresywnie mierzalny względem .
a) Zbiór jest przekrojem zbioru , a zatem należy do .
b) Ustalmy i połóżmy dla , , , gdzie jest liczbą całkowitą taką, że . Wówczas
Zatem funkcja jest mierzalna. Wobec prawostronnej ciągłości mamy , więc funkcja jest mierzalna jako granica funkcji mierzalnych.
∎Jeśli jest momentem zatrzymania, a procesem, to zmienna jest dobrze zdefiniowana tylko na zbiorze . Musimy zatem określić co mamy na myśli mówiąc, że zmienna jest mierzalna.
Mówimy, że zmienna losowa określona na zbiorze jest mierzalna względem -ciała zawierającego , jeśli dla dowolnego zbioru borelowskiego .
Przed sformułowaniem kolejnego stwierdzenia wprowadzimy jeszcze jedną użyteczną definicję.
Jeśli jest procesem stochastycznym, a zmienną o wartościach w , to definujemy – proces zatrzymany w czasie wzorem .
Załóżmy, że jest procesem progresywnie mierzalnym względem filtracji , a jest momentem zatrzymania. Wówczas zmienna losowa określona na zbiorze jest mierzalna. Ponadto – proces zatrzymany w chwili jest progresywnie mierzalny.
Odwzorowanie
jest mierzalne względem -ciała . Jeśli złożymy je z odwzorowaniem
to otrzymamy odwzorowanie
Stąd wynika progresywna mierzalność procesu . By zakończyć dowód zauważmy, że
na mocy progresywnej mierzalności (a właściwie adaptowalności) .
∎Załóżmy, że jest przedziałem i określmy:
a) Wykaż, że filtracja jest prawostronnie ciągła, tzn. .
b) Udowodnij, że jeśli jest filtracją generowaną przez
proces o lewostronnie ciągłych trajektoriach, to .
c) Niech oraz . Znajdź .
d) Dla jak w punkcie c) określmy . Wykaż, że
nie jest momentem zatrzymania względem ale jest momentem zatrzymania
względem .
Załóżmy, że jest przedziałem, wykaż, że:
a) jeśli jest momentem zatrzymania, to dla wszystkich ;
b) jeśli dla wszystkich , to jest momentem zatrzymania
względem .
Niech , a będzie momentem zatrzymania, które ze zmiennych muszą być momentami zatrzymania?
Niech , a procesem -adaptowalnym o ciągłych trajektoriach. Wykaż, że dla otwartego jest momentem zatrzymania względem .
Wykaż, że jeśli i są momentami zatrzymania, to zdarzenia i należą do , i .
Wykaż, że jeśli jest momentem zatrzymania, to proces jest progresywnie mierzalny.
Niech będzie momentem zatrzymania względem ,
a będzie procesem -adaptowalnym. Wykaż, że
a) jest -mierzalne;
b) jeśli przyjmuje przeliczalnie wiele wartości, to jest
mierzalny na zbiorze .
Wykaż, że jeśli jest momentem zatrzymania, oraz jest mierzalny, to jest momentem zatrzymania.
Wykaż, że jeśli proces ma niezależne przyrosty i prawostronnie ciągłe trajektorie, to dla zmienna jest niezależna od .
Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.
strona główna | webmaster | o portalu | pomoc
© Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW, 2009-2010. Niniejsze materiały są udostępnione bezpłatnie na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Bez utworów zależnych 3.0 Polska.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.