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¿Qué es la intuición para el uso de álgebra de la sigma para delimitar espacios de probabilidad?

Cuando me enseñaron la probabilidad en la escuela, hemos estudiado los eventos básicos que coin flips $\lbrace H,T\rbrace$ o un laminado de die $\lbrace 1,2,3,4,5,6\rbrace$.

Vamos a tomar la moneda gira como un ejemplo. Supongamos $\Omega =\lbrace H,T\rbrace$. $\mathcal{F} =\lbrace \emptyset,\lbrace H\rbrace,\lbrace T\rbrace, \lbrace H,T\rbrace \rbrace$.

Entonces

  1. $\emptyset,\Omega \in \mathcal{F}$
  2. Cerrado bajo la complementación (por ejemplo, si $A = \lbrace H\rbrace$$A^c = \lbrace T\rbrace$, y ambos están en $\mathcal{F}$)
  3. Cerrado bajo contables de los sindicatos (por ejemplo,$A = \emptyset \cup \lbrace H\rbrace = \lbrace H\rbrace \in \mathcal{F}$)

Así que como funciona en estos sencillos ejemplos.

Pero no entiendo el por qué de toda esta fantasía de la terminología es necesario. ¿Por qué necesito esta estructura elaborada para ser capaces de describir un tirón de la moneda? ¿No es suficiente sólo para tener el evento conjunto de $\Omega$ y una función de $\Bbb P$ que puede asignar a cada evento en un número? ¿Por qué necesito el sigma álgebra?

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Yujie Zha Puntos 30

Voy a tratar de dar una explicación intuitiva:

Por lo que la probabilidad se define como una medida, es decir, un mapa que los mapas de subconjuntos de a $\Omega$ en valores en $[0,1]$ que satisface ciertas axioma de que el deseo.

Naturalmente, la gente iba a preguntar "¿podemos encontrar un buen mapa que correctamente se asigna un valor a cada subconjunto de $\Omega$ que sigue el axioma de que el deseo?"

La respuesta es sí para el finito $\Omega$, pero es complicado, y es generalmente un NO para infinite $\Omega$. (EDIT: para ser más precisos, la diferencia es entre finito o contable espacio de v. s. innumerables espacio).

Ya que no podemos asignar correctamente los valores para todos los subconjuntos de a $\Omega$ en muchos de los casos, empezamos a preguntar: "¿qué es la colección de subconjuntos que podría ser asignado correctamente los valores de a, por nuestra mapa/medida?". De preferencia, esperamos que esta colección sea tan grande como sea posible, de modo que pudiéramos medir adecuadamente tanto los subconjuntos como sea posible - por lo general terminan ampliación de la colección en una sigma-álgebra.

EDITAR - un ejemplo

Deje $\Omega$ ser el conjunto de todos los puntos en el círculo unitario, y la acción en $\Omega$ por un grupo de $G$ que consta de todos racional rotaciones (rotaciones por los ángulos que son racionales múltiplos de $\pi$). Por lo tanto $G$ es contable, mientras que $\Omega$ es incontable. Por lo tanto $\Omega$ se divide en una cantidad no numerable de órbitas en $G$, con cada órbita que corresponde al número racional $q$ consiste de los puntos que se $q\pi$ ángulo de lejos el uno del otro. Usando el axioma de elección, podemos elegir un punto único de cada órbita, la obtención de un incontable subconjunto $ A\subset \Omega$ con la propiedad de que todos sus traduce por $G$ son disjuntas de $A$ y el de los demás - a ver esto: si de lo contrario, a continuación,$\exists a \in (A+q_1\pi) \cap (A+q_2\pi)$. Pero puesto que no hay dos elementos en $A$ respecto al mismo órbitas, tenemos $\arg((a-q_1\pi),(a-q_2\pi)) \notin \mathbb Q\pi$, contradicción. (aquí puedo usar +/- para denotar la rotación de un punto para un cierto ángulo)

El conjunto de aquellos que se traduce particiones el círculo en una contables de la colección de conjuntos disjuntos, que son todos los pares congruentes (por racional rotaciones). Entonces el conjunto $A$ va a ser que no se pueden medir por cualquier rotación-invariante countably aditiva de probabilidad, medida en $\Omega$, debido a que: si $A$ tiene medida cero, contables aditividad implicaría que todo el círculo tiene medida cero. Si $A$ tiene medida positiva, contables aditividad demostraría que el círculo se ha medida infinita.

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Hurkyl Puntos 57397

Deje $S$ ser cualquier subconjunto de los posibles resultados. Ingenuamente, a uno le gustaría pensar que es significativo para preguntar "¿Cuál es la probabilidad de que el resultado es $S$?"

Resulta que esta creencia ingenua de pistas* en las contradicciones bajo muy natural hipótesis. Para solucionar este problema, tenemos que restringir el tipo de preguntas de la forma de arriba estamos autorizados a preguntar.

Que es lo que el $\sigma$-álgebra es la colección de conjuntos de $S$ por que es significativo para pedir a la pregunta de arriba. Los axiomas de una $\sigma$-álgebra reflejar el tipo de argumentos que pensamos que podemos hacer preguntas significativas.

Por ejemplo, si tenemos que preguntarnos si el resultado es $S$, debemos también ser capaces de preguntar si el resultado es que no se en $S$. Por lo tanto, si $S$ $\sigma$- álgebra, insistimos $S^c$ también.

(que podría ser potencialmente más conservador de lo que creemos que es significativa; en tal caso se podría modificar nuestro fundaciones mediante la sustitución de la noción de $\sigma$-álgebra con la estructura apropiada)


Cuando el espacio muestral es finito (o contable), la ingenua creencia está muy bien; tomamos la colección de todos los subconjuntos de resultados como el $\sigma$-álgebra. No solemos prestar atención, así que es fácil pasar por alto que no fue una elección que participan aquí.

*: Se puede jugar conjunto teórico trucos para eliminar las contradicciones de la ingenua creencia conduce a, pero esto nos obliga a rechazar cosas como el axioma de elección y la partición principio, lo que hace que una desagradable conjunto teórico universo

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