随机过程及其在金融领域中的应用_课件.docVIP

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第二章概率空间

2.1概率空间与随机变量

1、域

定义2-1

若是中一些字集组成的集类,且满足:

(1);

(2)若,则;

(3)若,则,

则称为上的一个域或代数。并称二元组为可测空间。

注:设是某一随机试验的基本事件空间或样本空间,中的元素就是描述该试验的基本事件,即试验的可能结果。样本空间的子集称为事件。

2、定理2-1

设是中一些子集组成的集类,则存在唯一的的代数,它包含而且被包含的任一代数所包含。称为由生成的代数,或包含的最小代数。

3、Borel集

设,则集类

是的子集类,式中的,。则域称为d维Borel域(代数),其元素称为Borel集。

3、概率空间

对于可测空间,在上定义一个非负集函数,以度量中事件发生可能性大小,它满足

非负性:,对于任何事件;

规范性:;

可列可加性:若,且两两不交,则

称为事件A的概率,称为概率空间。

4、随机变量

设是一可测空间,若函数使得对任意,有

则称函数是关于(或上)的可测函数。在概率空间上定义的可测函数称为随机变量。

5、分布函数

设是定义在上的一个随机变量,令

称为随机变量的分布函数。

6、定义2-2

设是概率空间上的一个随机变量,对Borel集B,定义

把称为的分布。

7、两个重要的离散型分布

(1)二项分布

设,若的分布为

称随机变量服从参数为的二项分布。

(2)泊松分布

设,若的分布为

称随机变量服从参数为的泊松分布。

8、三个重要的连续型分布

(1)均匀分布

如果连续型随机变量的分布密度为

则称在区间上服从均匀分布,记为。

(2)指数分布

如果连续型随机变量的分布密度为

则称服从参数为的指数分布。

注:指数分布具有无记忆性,即若服从指数分布,则对于任意,有

。反过来,如果一个非负连续型随机变量

的分布函数具有无记忆性,则它一定是指数分布。

(3)正态分布

如果连续型随机变量的分布密度为

式中,,则称服从参数为的正态分布或高斯分布,记为。

2.2随机变量的数字特征

1、离散型随机变量数字特征

设离散型随机变量的分布率为,则

称为随机变量数学期望或均值。

称为随机变量的方差。

称为随机变量的阶矩。

称为函数的数学期望。

2、连续型随机变量数字特征

设连续型随机变量的分布密度为,则

称为随机变量数学期望或均值。

称为随机变量的方差。

称为随机变量的阶矩。

称为函数的数学期望。

注:数学期望反映了随机变量取值的平均水平。方差和标准方差体现了随机变量与期望值得偏离程度。

3、Chebyshev不等式

设随机变量的均值为,方差为,则对于任意,不等式

称为切比雪夫(Chebyshev)不等式。

2.3随机向量及其联合分布

1、n维随机变量及其数学特征

设,如果其中每一个分量是一维的、取值为实数的随机变量,则称为n维随机向量。

定义2-2

设为n维随机向量,则的联合概率分布定义为

其中x。又简称为的分布函数。

设x为上非负可积函数,使得对任意,有

则称为连续型随机变量,为的联合概率密度。

设为随机变量的概率密度,那么其中任意分量组

都存在概率密度,把它们称为的边缘密度。

随机变量的协方差定义为

随机变量的相关系数定义为

随机变量的数学期望定义为

随机变量的协方差矩阵定义为

其中,

2、随机事件独立和相关的定义

定义2-4

随机变量称为是相互独立的,如果有

即事件与是互相独立的。

定义2-5

如果随机变量,对于任意

,满足

则称随机变量是相互独立的,即事件是相互独立的。

3、相互独立的随机变量的性质

定理2-3

如果相互独立且它们的数学期望存在,则对于任何实函数

,有

定理2-4

设为n维随机向量,设为其概率密度函数。现有n元函数,且存在唯一反函数

。如果有连续偏导数,则由分量

所给定的n维随机向量的概率密度函数为

其中,。而且J为坐标变换的雅可比矩阵

为坐标变换的雅可比行列式。

2.4条件数学期望

1、离散型随机变量的条件数学期望

设为离散型随机变量,对一切使成立的,给定时,随机变量的条件分布函数定义为

设随机变量可能的取值为,离散型条件数学期望定义为

2、连续型随机变量的条件数学期望

设为连续型随机变量,对一切使成立的,给定时,随机变量的条件概率密度定义为

给定时,随机变量的条件分布函数定义为

连续型条件数学期望定义为

2.5矩母函数和特征函数

1、矩母函数

定义2-6

设是上实随机变量,的矩母函数(概率母函数)定义为:对于任意,

2、特征函数

定义2-7

设是上实随机变量,的特征函数定义为:对于任意,

式中,i是虚数单位,

3、特征函数性质

(1),对任意;

(2)在上一致连续,即当时,有

(3),对任意;

(4),对任意;

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