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¿Pueden repararse variables aleatorias que casi seguramente resuelven ecuaciones para resolverlas?

Deje $(X_\alpha)_{\alpha \in A}$ ser una familia de variables aleatorias booleanas $X_\alpha: \Omega \to \{0,1\}$ sobre un espacio de probabilidad $\Omega = (\Omega, {\mathcal F}, {\mathbf P})$. Deje ${\mathcal S}$ ser una familia de boolean frases que cada involucrar a un número finito de la $X_\alpha$. Supongamos que cada frase $S \in {\mathcal S}$ es casi seguramente satisfecho por la $(X_\alpha)_{\alpha \in A}$. Se puede entonces "reparación" de las variables aleatorias mediante la localización más variables aleatorias $(\tilde X_\alpha)_{\alpha \in A}$ con cada una de las $\tilde X_\alpha$ casi seguramente igual a $X_\alpha$, de tal manera que el $\tilde X_\alpha$ seguramente satisfacer todas las frases $S \in {\mathcal S}$?

Si $|A| \leq \aleph_0$ (es decir, hay en la mayoría de los countably muchas variables aleatorias), a continuación, la tarea es fácil, para, a continuación, el conjunto de oraciones $S$ es también en la mayoría de los contables, y (debido a que el contable de la unión de null eventos es nulo) no hay un solo evento null $N$ fuera de la cual la $X_\alpha$ ya que satisfará todas las frases $S$. En particular, existe un determinista elección $X_\alpha^0 \in \{0,1\}$ booleano de entradas que satisfacen todas las frases, y si uno de los conjuntos de $\tilde X_\alpha$ a la igualdad de $X_\alpha$ fuera de $N$ e $X_\alpha^0$ en $N$, obtenemos la demanda.

Si $|A| \leq \aleph_1$ (es decir $A$ tiene más de la cardinalidad de la primera innumerables ordinal) y $\Omega$ es completa, luego de una ligera variante del argumento anterior también funciona. Bien podríamos orden de $A$ , de modo que cada elemento $\alpha$ tiene más de countably muchos predecesores. A continuación, el uso de la inducción transfinita de forma recursiva seleccione $\tilde X_\alpha$ casi seguramente igual a $X_\alpha$, con la propiedad de que para todo (no sólo casi todos) los puntos de muestreo $\omega \in \Omega$, la tupla $(\tilde X_\beta(\omega))_{\beta \leq \alpha}$ puede ser extendido a una tupla $(x_\beta)_{\beta \in A}$ resolver todas las frases $S \in {\mathcal S}$. En efecto, si tales variables $\tilde X_\beta$ ya han sido construidos para todos los $\beta < \alpha$, entonces la variable aleatoria $X_\alpha$ ya tienen esta propiedad fuera de un conjunto null $N_\alpha$ (aquí utilizamos el hecho de que el conjunto de tuplas en la metrisable espacio de $\{0,1\}^{\{ \beta: \beta \leq \alpha\}}$ que puede ser extendida es la imagen continua de un compacto conjunto y es por lo tanto cerrado y medibles). Para cada una de las $\omega \in N_\alpha$, existe al menos una selección de $\tilde X_\alpha(\omega)$ que obedecer a la necesaria extensión de la propiedad, gracias a la compacidad teorema; usando el axioma de elección para definir arbitrariamente $\tilde X_\alpha$ sobre este valor null conjunto, se obtiene un $\tilde X_\alpha$ con las propiedades necesarias (es medible porque $\Omega$ es asumido completa) y, a continuación, toda la tupla $(\tilde X_\alpha)_{\alpha \in A}$ seguramente va a satisfacer a todas las frases $S \in {\mathcal S}$. [Puede ser posible caída de la integridad hipótesis aquí apelando a una medibles selección teorema; no he pensado en esto con cuidado.]

Otro caso ilustrativo donde la respuesta es afirmativa es si $A$ es arbitrario y ${\mathcal S}$ es sólo la colección de la igualdad de penas de $X_\alpha = X_\beta$ para $\alpha,\beta \in A$. Así tenemos a $X_\alpha=X_\beta$ casi seguramente para cada una de las $\alpha,\beta$, y que deseamos modificar cada una de las $X_\alpha$ sobre un valor null para crear nuevas variables aleatorias $\tilde X_\alpha$ tal que $\tilde X_\alpha = \tilde X_\beta$. Tenga en cuenta que para cada una de las $\omega \in \Omega$ no es necesariamente el caso (incluso después de la eliminación de un conjunto null) que todos los $X_\alpha(\omega)$ son iguales entre sí (por ejemplo, suponga $A=\Omega=[0,1]$ e $X_\alpha(\omega) = 1_{\alpha=\omega}$), pero sin embargo, el problema se resuelve muy fácilmente, en este caso por arbitrariamente la selección de un elemento $\alpha_0$ de $A$ y la definición de $\tilde X_\alpha := X_{\alpha_0}$.

Sin embargo, no tengo una buena intuición en cuanto a si la respuesta a esta pregunta es afirmativa en general, incluso si se supone que el buen propiedades en la probabilidad de espacio $\Omega$ (por ejemplo, que es un estándar de probabilidad en el espacio). La aparición del cardenal $\aleph_1$ indicios de que tal vez la respuesta es sensible a indecidible los axiomas de la teoría de conjuntos.

(Para mi la mejor aplicación finalmente me lo como para reemplazar el booleano espacio de $\{0,1\}$ , con un intervalo $[0,1]$ o de otro polaco espacios, y las sentencias $S$ con el cierre de las condiciones de participación de un número finito o countably muchas de las variables en un momento, pero el Booleano caso ya parece trivial y captura gran parte de la esencia del problema).

EDIT: La siguiente "cerca de la contraejemplo" también puede ser sugerente. Set $\Omega = [0,1]$, vamos a $A = 2^{[0,1]}$ ser el juego de poder de $\Omega$, y deje $\mathcal{S}$ ser el conjunto de oraciones $X_\alpha = X_\beta$ donde $\alpha,\beta \subset [0,1]$ difieren en más de un punto. Si uno de los conjuntos de $X_\alpha(\omega) := 1_{\omega \in \alpha}$, entonces uno moralmente tiene que el $X_\alpha$ casi seguramente satisfacer todas las frases en $S$, pero que no hay manera de reparar el $X_\alpha$ a variables aleatorias $\tilde X_\alpha$ que seguramente satisfacer las ecuaciones como esto obligaría a $\tilde X_{[0,1]} = \tilde X_\emptyset$ mientras $X_{[0,1]}=1$ e $X_\emptyset = 0$. Sin embargo, esto no es en realidad un contraejemplo porque la mayoría de las $X_\alpha$ no son medibles. (Eliminado debido a errores)

23voto

Will Brian Puntos 1370

En Terry respuesta, él muestra que su pregunta original se reduce a la cuestión de si, dado un $\sigma$-álgebra $\mathcal F$ en algunos de $X$ y una medida $\mu$ a $(X,\mathcal F)$, hay una `división" del cociente de álgebra $\mathcal F / \mathcal N$, donde $\mathcal N$ denota el ideal de la $\mu$-null conjuntos. En este contexto, la división es un valor Booleano que homomorphism $\Phi: \mathcal F / \mathcal N \rightarrow \mathcal F$ tal que $\Phi([A]) \in [A]$ para todos los $A \in \mathcal F$. (Algunos autores llaman a esto una elevación en lugar de una división.) Cuando algunos de esos $\Phi$ existe, digamos que $(X,\mathcal F,\mu)$ tiene una división.

Yo hice algo de investigación sobre este tema este de la tarde, y encontró a dos muy buenas fuentes de información: David Fremlin del artículo en el Manual de Álgebras Booleanas (disponible aquí) y una encuesta papel de Maxim Burke titulado "Liftings para noncomplete probabilidad de espacios" (disponible aquí). Lo voy a resumir algo de lo que encuentra a continuación para complementar lo que Terry menciona en su respuesta. Él menciona, ya que es independiente de ZFC si $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$ tiene una división:

$\bullet$ (von Neumann, 1931) Asumiendo $\mathsf{CH}$, $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$ tiene una división.

$\bullet$ (Sela, 1983) Hay un forzando la extensión en que $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$ no tiene ninguna división.

También ya se ha mencionado es el hecho de que, si ampliamos la $\sigma$-álgebra de los conjuntos de Borel a todos Lebesgue-medible conjuntos, entonces la situación es más sencilla:

$\bullet$ (Maharam, 1958) Si $(X,\mu)$ es un completo espacio de probabilidad, a continuación, $(X,\mu\text{-measurable},\mu)$ tiene una división.

Ahora a algunos que todavía no se ha mencionado resultados. En primer lugar, vale la pena señalar que uno puede obtener escisiones agradable con propiedades adicionales.

$\bullet$ (Ioenescu-Tulcea, 1967) Deje $G$ ser localmente compacto grupo, y vamos a $\mu$ denotar su medida de Haar. A continuación, $(G,\mu\text{-measurable},\mu)$ tiene una traducción-invariante de división (lo que significa que $\Phi([A+c]) = \Phi([A])+c$ por cada $\mu\text{-measurable}$ establecer $A$).

Una vez más, la reducción de nuestro $\sigma$-álgebra de todas las $\mu$medible establece que sólo los conjuntos de Borel de las causas de los problemas.

$\bullet$ (Johnson, 1980), no Existe una traducción-invariante de la división de $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$.

Así, curiosamente, el Sela, el resultado de consistencia se convierte en un teorema de $\mathsf{ZFC}$ si insistimos en la división siendo la traducción-invariante (con respecto a los mod-$1$ de adición). De manera más general:

$\bullet$ (Talagrand, 1982) Si $G$ es un compacto grupo Abelian y $\mu$ es su medida de Haar, entonces no hay ninguna traducción-invariante de la división de $(G,\text{Borel},\mu)$.

Lo que se destacó para mí la mayoría de Fremlin y Burke artículos es cómo muchas de las preguntas parecen ser abierto.

Pregunta abierta: ¿Es coherente que la probabilidad de cada espacio tiene una elevación?

Si sí, esto daría una coherente respuesta positiva a Terry, de la pregunta original.

Pregunta abierta: ¿Es coherente con $2^{\aleph_0} > \aleph_2$ que $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$ tiene una división?

(Carlson demostró que es coherente tener $2^{\aleph_0} = \aleph_2$ e de $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$ tener una división. En concreto, se demostró que esto tiene cuando uno agrega precisamente $\aleph_2$ Cohen reales a un modelo de $\mathsf{CH}$.)

Pregunta abierta: ¿Martin Axioma (o $\mathsf{PFA}$o $\mathsf{MM}$) implica que $([0,1],\text{Borel},\text{Lebesgue})$ tiene una división?

Pregunta abierta: ¿de la misma pregunta en otros conocidos modelos de la teoría de conjuntos (aleatoria del modelo, Sacos modelo, Lavamanos modelo, etc.)?

21voto

steevc Puntos 211

Después de perseguir a las referencias relacionadas con el papel del Sela mencionado por la Voluntad de Brian, ahora tengo una respuesta satisfactoria a la pregunta. Todo depende de si hay una división del cociente de álgebra ${\mathcal F}/{\mathcal N}$ de la $\sigma$-álgebra ${\mathcal F}$ por el nulo ideal ${\mathcal N}$, es decir, de un álgebra Booleana homomorphism $\Phi: {\mathcal F}/{\mathcal N} \to {\mathcal F}$ que es una izquierda inversa para el cociente de mapa de $\pi: {\mathcal F} \to {\mathcal F}/{\mathcal N}$.

Primero supongamos que un mapa existe. A continuación, para cada una de las $\alpha \in A$ e $\omega \in \Omega$ hay un único elemento $\tilde X_\alpha(\omega)$ de $\{0,1\}$ con la propiedad de que $$ \omega \in \Phi( \pi( X_\alpha^{-1}( \{\tilde X_\alpha(\omega)\} ) ).$$ Es tedioso pero cuestión de rutina para comprobar que $\tilde X_\alpha: \Omega \to \{0,1\}$ es una modificación de $X_\alpha$ (una variable aleatoria que acepta casi seguramente con $X_\alpha$), y que el $\tilde X_\alpha$ satisfacer cada frase $S \in {\mathcal S}$ seguramente (en lugar de sólo casi seguramente).

Por el contrario, supongamos que cada familia de variables aleatorias $X_\alpha$ que casi seguramente obedece a cada frase $S$ en una familia ${\mathcal S}$ puede ser modificado para que seguramente obedecen a una frase. Hemos de considerar a la familia $(X_\alpha)_{\alpha \in {\mathcal F}}$ definido por $$ X_\alpha(\omega) = 1_{\omega \in \alpha}$$ y considerar el álgebra Booleana homomorphism frases $$ X_{\alpha \cup \beta} = \max( X_\alpha, X_\beta ); \quad X_{\alpha \cap \beta} = \min(X_\alpha, X_\beta )$$ $$ X_0 = 0; X_1 = 1 $$ $$ X_{\alpha^c} = 1 - X_\alpha$$ para $\alpha, \beta \in {\mathcal F}$, junto con las oraciones $$ X_\alpha = X_\beta$$ siempre que $\alpha,\beta$ se diferencian por un elemento null en ${\mathcal N}$. A continuación, se indican las variables aleatorias $X_\alpha$ obedecer todas y cada una de estas sentencias, casi con toda seguridad. Por hipótesis, existe una modificación de la $\tilde X_\alpha$ de cada una de las $X_\alpha$ que obedecer estas frases, sin duda. Si a continuación definimos $\tilde \Phi: {\mathcal F} \to {\mathcal F}$ por la fórmula $$ \tilde \Phi(\alpha) := \{ \omega \in \Omega: \tilde X_\alpha(\omega) = 1 \}$$ a continuación, se puede comprobar que $\tilde \Phi$ es un álgebra Booleana homomorphism tal que $\tilde \Phi(\alpha)=\tilde \Phi(\beta)$ siempre $\alpha,\beta$ se diferencian por un elemento null, y tal que $\tilde \Phi(\alpha)$ difiere de $\alpha$ por un elemento null. Por lo tanto $\tilde \Phi$ desciende de una división de ${\mathcal F}/{\mathcal N}$.

Como se ha mencionado por la Voluntad de Brian, el principal resultado de

Sela, Saharon, Elevación problema de la medida de álgebra, Isr. J. Math. 45, 90-96 (1983). ZBL0549.03041.

es que es consistente con ZFC que $[0,1]$ con el Borel sigma-álgebra no tiene la división; por otro lado se trata de una clásica resultado de von Neumann y la Piedra que, asumiendo los CH, esta medibles espacio cuenta con una división. Así, para este espacio, al menos, el problema que se me pide es indecidible en ZFC! Por otro lado, el resultado principal en

Maharam, Dorothy, En un teorema de von Neumann, Proc. Am. De matemáticas. Soc. 9, 987-994 (1959). ZBL0102.04103.

muestra que una división siempre existe para completar la probabilidad de espacios.

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