\ / 第13卷第1期 1999年6月 June.1999 应用数学与计算数学学报 J)cj) f一7 谌德 杨亚立 z//. 卜 S.I.S.向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的收敛性 摘要本文主要研究s.i 向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的收敛性.给出 了sj 向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的Vital1.Hahu:Saks定理.作为应用, 我们建立了凡。.值有界可测函数关于Bai Lv,ch空问值s.i.s.向量随机测度的随机积分 的收敛定理.井得到了具typc P的BaiL ach空问中¥.i .向量随机测度的大数定律及 中心极限定理· 5 相吾 几乎收敛一 关键词:s.i .堕垫 皇·控制剥皮,弱几乎收敛· 1.预备知识傲 『上,伺量逝规 J蓐 本世纪40年代,Bodmer[ 】最先提出了随机测度的思想.1976年,Urbaaik[ 】 把随机测度用于严格平稳过程.随后, Marcus、Woyczynski[ 、0hzak 与 R h ski【5l等人又发展了关于随机测度的随机积分.到了90年代,D.H.Thmlg[6]等 人把Boch ̄-t.r的实值随机测度推广到Ba ̄ach空间值.开辟了向量随机测度及其随 机积分的研究领域.Thal ̄g等人的研究,着眼于s.i-s一向量随机测度在概率意义 下的收敛性.本文对向量随机测度的收敛性作了进一步的研究.即研究了向量随 机测度在弱拓扑及相容拓扑等不同的拓扑结构下的收敛性,给出了弱拓扑及相容 拓扑下的Vi L; fi.H',dm.s s定理.运用这些结果,我们建立了丑 .值有界可测函数 关于B ̄umch空间值s.i 向量随机测度的随机积分的收敛定理,并得到了具type P的Ballach空间中s.i s.向量随机测度的大数定律及中 L-极限定理. 设(X, )是B*mach空间,( ∑)是可测空间,《i2_,,P)是概率空间, (n,,,P) 表所有x值r-v.,简记为 定义1 1函数F:∑一 称为E 的X.值对称散射随机测度(简记为 s i.随机测度).蒂 (1)对£中任意不交序列fE. 】一-:fF(E. ))是对称的且的; (2)对∑中任意 交序列{E ). :,(U E )=∑F(E )a-s-在X上的范数拓 扑下成立. £上有限非负实值测度f{称为s.i一随机测度的控制测度,若 《E)=0时 F(E):0 a^(E∈£),记为F<<, 定义1.2(1) i s随机测度F称为 ·弱连续,若对任给的t>0及f∈X : lhn。{llf(F(E))tl> 】 0一 本文1998年6月20 H收到 维普资讯 http://www.cqvip.com
2 应用教学与计算数学学报 l3卷 (2)s.i.s.随机测度序列{ 】} -称为弱概率收敛到F,若对任意的E∈£及任 意的f∈ ,,( ( )一F( ))三0.简记为 F. (3)s.i-s-随机测度序列{见)},l称为一致p弱连续,若任给t>0:对所有的 f∈ ,l snpP{,(Fk( ))ll>t)=0. 吾 ★ (4)s.i-s-随机测度序列{ )} l称为a 收敛。若对任意的E∈E,{见( ))} a-s- 收敛. (5)s.i-s-随机测度序列{见)} 称为弱几乎收敛,若任给E∈£,存在nF∈,, 使得P(nz):0且对所有的,∈ :{,( ( )))在n—nE上收敛. 显然.若s.i-s.随机测度序列{见} a-s.收敛,则{ )弱几乎收敛.此外. 我们有下面的 定理l_1设 可分,{ } l是一列x值s_i_s.随机测度.任给E∈£,有: 对每个f∈ ,{,(n( )))} a 收敛且{ ( )}★ l是逐点有界的(ep任给 ∈n, 存在 >0,使得 ̄"P{IIFk( ) )ll}S ),则{^)^ 弱几乎收敛. 证明给定E∈£.设{^)i>l是 的可列稠密子集,则对每个^,存在n.∈,, 使得P(n『】=0且{^( ( )))}>l在n—ni上收敛.记n :Unn则 n ∈ 且P(n )=o 下证对任意的f∈ ,{,(见( )))} 在f2一nE上收敛. 任取 ,∈n—ijE,存在 >0使得 sup{ll见( )( )ll}≤ } 任给£>0,存在no使得 Il,-f,,oll 去 对此 ,{,n。( ( ))}★ l在n—n 上收敛-所以{^。(毋( ))(”)}^ l收敛.记 m_1,n。( ( ))(”)= 则存在 ,当 > 时,有 llf, ( ( )( )一nII<; 所以,当 1. 2> 时.有 ll,( 。( )(u ))一,( ( )( ))lI :ll,( 。( )( )一^。( 。( )(叫)+f,。 ( 。( )( ))一n +u一厶。( ( )( ,))+厶。( ( ) ))一,( ( ) ))l l≤lIf( 。( )( ))一.ftI ( 。( )( ,)lI+lI厶 ( .( )( ,))一nl l+II-一,n。( :( )( ))lI+lIf, ( ( )(”))一,( ( )( )) +手+ + 。 : 维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 谌德等:S.I S.向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的收敛性 所以{f 【E))( ) ,是基_奉序列,从而收敛.即{ )‘ 是弱几乎收敛. 下面的定理可以看作是s.i 随机测度序列在弱拓扑下的Vitali-Hn儿1 u—Saks定 理.为了证明的需要,我们需先引入Ito-Nisio的定理. 定理1.2["1(Ito-Ni. ̄io)设 【 )) l是一列的X值r_v…S=∑ jt 表S 在 上的分布.则以下三条等价: (1)S a-s_收敛j 【2)s 依概率收敛j (31f 依Prohorov距离收敛. 若{氏( ))t 。还是对称的,则上面的(1)、(2)、(3)与下面三条都等价: {41 。ltI>一是一致胎紧的; (5)存在X值r-v.S,使得对任意的,∈X ,l(s )三,( ): (6)存在X上概率测度 使得对任意的,∈X ,c【,:『‘】.)一 ,: ),c(f: ) 表p的特征泛函 , lt ̄(dz). 2.主要结果 定理2.1设X是自反Ban; ̄ch空间,{ )t)l是一到x值s.i_s.随机测度,对 每个 :n是jt弱连续的,且f l 。弱几乎收敛.则 (1){n) 是一致 弱连续的; (2)由F【E)=W—l 11n(E)定义的F是s.i 随机测度,且F是 弱连续的 (W.1im表弱极限). 证明(1)在E×E上引进甬数“:a(A B)= ( △口).当州A.B1=0时,视 A、B等同,则(E,d)即成为完备度量空间.因 ‘【A△口)=,·【 \( n口))+ ·(口\( n口)) (A)一 (口)= ( \( n口))一 (口\(An口1) a_s_ 由 的 弱连续性知: 意的,∈X .有 在(E )上是弱连续函数,即对每个B∈E:对任 l(Fk( )) ,【 ( )) 。假设{ 】 1不是一致 弱连续的.则存在t.o>O,,0∈X ,e>0及{ p) 1 c E使 得f‘(Av) 1且 slipP{llfo(Fk(Ap))lI> 0)>4£ (1) 记E m={ElE∈E P{llfo( ̄.(E))一 ( , (E))ll>to】 £),Ep= f3 E m(p∈ n1IJl三p Ⅳ1. 因为每个 在(E d)上弱连续,所以E E 都是弱闭,从而是闭集,显然 E=UEp 由Baire纲定理知存在q∈N,使E 包含一个球.即存在A∈{E,d)及 >0,使得{EtI,(A△E)< )c E 维普资讯 http://www.cqvip.com
4 应用教学与计算教学学报 因(A\E)AA=EnA,(EuA)AA=E\A 所以.当 (E)< 时A\E,EuA∈{EIt,(AAE)< )cEg 从而对满足p(E)< 的E及任何 q,有 P{ll,0(Fk(A\E))一,0( (A\E))ll>t0) £ (2) P{II,0(fk(EuA))一Yo( (EuA))ll>£o) £ (3) 又因EuA=Eu(A\E) 所以 (E)=fk(EuA)一 \E), (E)= (EuA)一 (A\E) 由(2)、(3)式得 P{lfio(F (E))一Yo( (E))ll>2t0) =P{llfo(fk(EuA)一(日}(A\E))一fo( (EuA)一 (A\E))ll>2如) P{IJ,0( (EuA)一(Fk(A\E))ll+ll,0( (EuA)一 (A\E))ll>2to} P{ll,0( (EuA)一( (A\E))ll>t0)+P{lI,0( (EuA)一 (且\E)lI>to) 2E 又由 的 弱连续性知:对每个’n∈{1,2,3,…,q),存在 当p(E)<6 时 P{ll,0( (E))lI>t0) £ 所以,当 (E)<llliu l, 2,…, , )时,对所有的k,都有 P{tlYo( (E)) >4to) 3£ 事实上.当 q时.P{Il,0( (E))ll> 0) e{llfo(Fk(E))lI>to) E 3E 当 >口时, P{ll,0( (E))ll>4to} P{llfo(f ̄(E)一 (E)+ (E))lI> o) P{llYo(日 (E)一目(E))ll+II,0( (E))ll>4 o) P{lI]o( (E)一 (E))ll>2£0)+P{ll,0( (E))ll>2to) <2e+£=3£ 这与(1)式矛盾.所以,{FKh> 是一致 弱连续的. (2)考虑赋范空间X ,由Al ̄oglu-Bourbaki定理(见[slp ̄l8一ll9),X”(=x)中闭 单位球W紧,从而X中每个有界闭子集部Ⅳ紧,故X是W有界完备,从而 Ⅳ一IivF ̄(E)存在且F=Ⅳ一 (E)是的E 函数·下证F的 弱连续性: 维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 谌德等:S.I.S.向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的收敛性 5 由(1),任意给定t,E>0:对任意的,∈X ,存在 >0,当, ( )< 时 supP{llf(Fk( ))ll>£)S E 所以.对任意k,有 P{ll,(B(E))ll>t1 S e 令 一oo,得 P{II/(F(E))II>£)S E 由£,e的任意性知F是 弱连续.显然,F满足有限可加性.对E中任意不 ∞ 交序列{ ) 2-:{F( )) ≥l、对称。记E:U ,则任意给定£>0:对每个 1 ,∈ , ( (E¨一∑,1 (F( ))lI t)= ( (U )l+1 I t卜o 所以 ,(F( ))=∑,(F(E ))。. n:1 即F是a 弱可列可加的.由Ito-Nisio的定理,F是a 可列可加的(在范 效拓扑下),即F是s.i 随机测度. 推论设日是Hilbert空间。{ h>一是一列日值的s.i 随机测度,对所有 的k, 是『l弱连续,且{ ) >一是弱几乎收敛,则 (1){ )->l是一致『l弱连续, (2)由F(E):W—blJjFk(E)定义的F是s.i 随机测度且F是『l弱连续. 定理2.2设x是弱序列完备的Baatach空间且X 可分,{ ) >l是一列 值s.i-s.随机测度。满足:(a)对每个 : 是f‘弱连续;(I,)任取E∈E:对每个 ,∈X ,{,(Fk(F)))^≥la_s_收敛}(c)任取E∈E:{ ( )) >l是逐点有界的.则 (1){ ) >l是一致p弱连续} (2)由F(E)=W—li}n ( )定义的F是8.i^随机测度且F是p弱连续. 证明由定理l_1知此时{ ) 一是弱几乎收敛,仿定理2.1的证明过程即得 欲证结论. 推论{1)设X是具有单调基的弱序列完备的Bam ̄ch空间,且X非常光滑, { )->-同定理2.2,则定理2.2的结论成立. {2)设X是具有无条件基fz )..) 的弱序列完备的B ̄nach空问且没有闭子空 间线性同胚于 -、{ 1- -同定理2.2,则定理2.2的结论成立. 下面讨论s.i 随机测度序列在相容拓扑下的收敛性. 考虑自然对偶( ,X ).取 为X 中某些 ( 、X )有界的子集组成的集旗,则 由 生成X上的一族拟范数fn(z)lA∈ ),其中n( )=sup l,( )l_由这族拟范数 ,∈^ 又生成 上的局部凸向量拓扑 ,其0点环境由所有形如{ 1 (z) e,…, (z)s 维普资讯 http://www.cqvip.com
6 应用数学与计算投学学报 l3卷 f)似l,…,A ∈ f>0)的集合组成.若 , ) =X ,则 是 上(关于对偶 (x,X ))的相容拓扑.弱拓扑是最弱的相窖拓扑(见【8lPlss). 定义2.1(1)设 是 上的相容拓扑, 值s.i.8.随机测度F称为, — 连 续,若任给t>0:对每个A∈^ limf£卜。_P{ (F(E))>t)=0. (2)一列 值s.i 随机测度{ ) 称为一致f』一 连续,若任给t>0:对 每个A∈ ,lim SUp,{Pa(j (E))>t】=0 (3)一列 值s.i-s-随机测度{ ) 1称为 几乎收敛,若存在函数F:E— , 使得:任取E∈E,存在nF∈ ,使得,(nF)=0,且对每个A∈ Ijn( (E)一F(E)) 在n—n 上存在且等于0. 定理2.3设 是Bealach空间, 是X上相窑拓扑,且 是 序列完备, { ) l是一列 值s.i 随机测度,对所有的 : 是p— 连续且{F-)- 是 几乎收敛,则 (1){n)}>l是一致f』一n连续; (2)由F(EJ: 一 I (E)定义的,是X值s.i 随机测度且F是 — 连 续( —lim表 拓扑一F的极限). 证明(1)假设{ ) >l不是一致fl一 连续.则存在t0>0,A0∈^ >0及 {坼),≥l C E使得, (埤) 且 Slip,{n。( (^ ))>4 0}>4e (4) ■ 仿定理2.1的证明过程知存在q∈Ⅳ及 >0,使得对满足 (E)< 的 及任 何 三q有 _P{, ( (M\E)一 (^ \E))>to)≤c (5) _P{n {Ft(M\E)一 {肘 \E))>to) c (6) 利用拟范数的次可加性及式f5)、(6),仿定理2.1得 ,{J 。(Fk(E)一日(E))>2 0) 2e 又由 的fl— 连续性知:对每个m∈{1 2 3,….q) 存在 .,.当 (E)< 时, {, (E,。(E))>fo} £ 所以,当ft(E)<min{ ̄, 1. 2,…, . )时.对所有的 都有 { (E。 (E))> 0)≤3c 这与(4)式矛盾.所以.{ h 1是一致 — 连续 {2)因B 空间 是 分离的局部凸空间,所以 是弱分离的(见[8】尸1l3), 从而 是 分离的.故 中定向点列z 在 下收敛到x的充要条件是:对每 个A∈ ( 一 )一u {7) 维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 谌德等:s.I.s.向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的收敛性 7 由{ ) l是n几乎收敛及X的 完备性知 —li n 存在且F= 一li[nF ̄ 是£一 的函数. 由(1),仿定理2.1可证,的 — 连续性. 显然F满足有限可加性.对任何不交序列{ ) C£:{,( )) 、对 称.任给t>0:对每个A∈ ,因为,是 —TA连续的 P{ ((U )一∑,(晶)) t)=,{ U ) 卜0 u 1 +1 由(7)式知 ,(U )= 一 ∑F(En)a 因相容拓扑n>弱拓扑 { X ),所以 ∞ ,(U )=W一1 ∑F(1 E“)a-s. 由Ito-Nisio的定理.有 ,(U ) ∑,(最.) s. 即,是 i s.随机测度. 3.应 用 下面讨论关于s.i 随机测度的随机积分. 定义3.1 设,是实值s.i.s-随机测度,F<<, :T—X是简单函数 g=E .·“。({A)t≥1不交),则定义 /9dF=∑ F(Ai) 函数9:T—X称为F_可积的,若存在简单函数列{9 ) 使得 一g,一a.e 且{,9 d,) 1依概率收敛.此时记 /gdF=P-[ u/ 类似地可定义实值函数关于X值s.i 随机测度的税分. 引理3.1[5】设 是F 可秘两数(其中g是X值,,是R 值.或g是R 值, ,是X值),则对任何有界实值可测函数h,hg是F.可积,且 P 一LgdF]1 ) {ll J }) 维普资讯 http://www.cqvip.com
8 应用数学与计算教学学报 13卷 这里 f =㈣sl p >0. 引理3-2[sl设G是x.值s.i 随机测度,G<< ,9:T— 是G.可积函数, 则由F(E)=,kgdG所定义的F是 .i^随机测度且F<< 定理3.1设x是弱序列完备的Bo.uach空间,{ ) 。是一列 值s.i_8_随机 铡度,对所有 : << t的,且{ ) 弱几乎收敛,g是( £)一冠 的有界可 铡函数,则 (1)w一 存在且由F(E)=W—b “n(F)定义的F是8.i-s-随机测度j (2) 帆 J J/gdF 证明(1)仿定理2.1的证明过程即得i (2因1可积,由引理3.2)1知g的可积性.下面先证:若F是s.i-s-随机测度, g是有界可测函数,则对任意的,∈ : ,{ dF) i{,(F” ^ J J 事实上.当 是简单雨数时,设g=Et .,则f(fgdF):,( n,-F(毋)) ∑ ‘,(F( t))=_, · (,(F)). 当g是有界可测甬数时,g可表为一列简单函数{9 } ≥-一致收敛的极限 由已证知对所有的 ,【/ tjF)一/ d(,{F))=u 所以,对任给的 >0: , / / { )) ) =P{if,(/J, ,(F))【 F,(F)))一一/ ,(/ F『jc,(F)))+,【J>t(/) ) +/ 『js 2s撇 +P{P{J Jl,】/¨. 1l”a,-“~, l{F _)一.J/lF{ T)一州l,_(>;}+0+ )J) J1> ) IJ,{/ 卜/ F))J】 2P 【I1 _J{ (T))J _;) 下证(2)由引理3.2,_f9tjF和.r · n都是X值s.i 随机测度.任给t>0:对任 维普资讯 http://www.cqvip.com
1期’ 谌德等:s I s.向量随机测度在弱拓扑及相容拓扑下的收敛性 9 意的f∈X / 蚓 / ) P gIl )l1>f) /¨ 肥 ) 2P{l ll l·lI(f(Fk—F))(T)ll>t) ● 利用引理3.1及[6】定理2.1(2),仿上可证得如下的 定理3.2设 是Bz,liach空间,{ l”三1是一列 值s.i 随机测度,对所 有的 :Fk<<,“且对任意的E∈E,(Fk( )) 三1依概率收敛,g是(T,E)一R 的 有界可测函数,则 (1)由F(E)=P—li!li ( )定义的F是s.i^随机测度; (2)P一 l, =./9dF 对 可分的B ̄uiach空间,我们有 定理3.3设 是弱序列完备的Bmlach空问且 可分,g是( E)一冠 的有 界可测函数.{ ) 2 1是一列 值s.i .随机测度,满足【a)对每个 :Fk<<,·;(b) 任取E∈£:对任意的f∈ .{,(凡( ))h>1 a-s.收敛;(c)任取E∈E:f ( )h l 是逐点有界的.则有 (i)w—l¨Fk存在且由f(E)=W—li (E)定义的F是s.i 随机测度; (2).r 几 .r ydF. 证明由定理2.2及引理3.1,仿定理3.1即得. 下面讨论s.i 随机测度的大数定律及中心极限定理. D H.Th;n g在fG1中给出了如下结论: 设F是 值 i s.随机测度.对任意的E∈∑:ElIF(E)lI<+o。.{Fk) >l 是f的复制(即对任意的E∈E:{Ft-(E)} 且与F(E)同分布),定义 Ⅳ( )=ElF(E)],则N是(?,E)一h的非随机测度.易见此时有P一1 · ∑Fk:N. 利用Hoffm;nii ̄一1.t】嘴 n. ̄ctl[ 】中的结论,我们得到了下面的 定理3.4(1)设 是具type p的Banach空间( >1),{ ) l是一列的 值s.i.8.随机测度,对任意的E∈E:E[n( )】=0(k之1),且supEIIF ̄(E)ll。<+o。. 则由[10】定理3.1 2易证P hm 1∑ =【】. ’‘ 1 (2)设 是具type P的Baaadk空问(1 s P 2),{n) l是一列的 值 s.i 随机测度,对任意的E∈E:E[Fk(E)】=tI( 2 1),且∑ ̄EIlFk(E)IW<+。。.由 =I [10】定理3 L.3不难证明:此时也有P 1 ∑ =0. 设 值 i s.随机测度F满足:对任意的E∈E.EllF(E) <+x.EIIF(E)ll < +o。.由Th ̄uig的大数定律知:由JⅣ(E)= ( )](E∈ )所定义的Ⅳ是一非随机 维普资讯 http://www.cqvip.com
l0 应用教学与计算数学学报 13卷 测度,仿【6]的方法,我们可证得 . 定理3.5设x具type 2,F是x值s.i_8.随机测度,对任意的 ∈£,目IF(E)II< 佃,司I,( )II ‘+。X值s.i.s.Gaussi ̄*随机测度.m嘲 。,{ ) 是F的复制·则去吾(啪 嘲嘲m嗍 一Ⅳ)依分布收敛到某 参考文献 Bav-hae*,S.:Stoch ̄stlc processes.Ann.Math.48,1014.1061fl947). Urbanlk,K.:Some prediction problems for strictly stationary pr ̄esses.Proceeding of Fifth Bet ̄iley Symposium on Mathematical Statistics;aud Prohahillty II.PP.235-258.Berkeley; UInver ̄t ̄of California Pre蚰l967. Mazcw,M.B.Woyczynski,W.A.:Sta e me删Il阳8 al-d CelltrM limit theorem.m spaces of stable type.Irr柚8.AIl1.Math.Soc.25l,7l-102fl979). OImzald.Y.:Wil r iutegr ̄l by st ̄Me ran‘Ioin IⅡe Ilres.Mere.Fac.Sd.Kynshu.Unlv.Set.A33,1· "/0(1979). Ro,dn,dd,3:Randoz..integra] ̄.ofBanach space valued f.ntlons,Stni|.Math.78,l 5.38(1984). D.H.Th ̄tg:On the c0lI r lIceofvector raJ.|o zzt]I|C ̄LSI|IC8.Probab.Th.Re1.Fiehls.88,l-6(1991). K.Ito aIId M.Nisio:On the conergence of日um8 of htdependent Ba ̄lach spaces v'.d,zed ra]ldom variablc ̄.0saka MathJ.5fl9681,35-48. 夏过行 扬亚立:线性拓扑空问引论,上海科学技术出版社(zgs6). 龠圭泰:Banach空问几何理论,华东师范大学出版社(:9s6). J.H嘏mIuI JuI n nIrtnl吼hnityiuB 师 e.Be ̄llttHeklelhezgNewYork,Spciuger(1977). TI.-COlIV( l。gence of S.I.S Ra(|om Mea.sures all(1 Stochastic Integrals DE CHEN z, NG epartmc.t I M ̄thematies.Shanghai No,mⅡl Universit ̄,Sh ̄ngha1.zoo ̄s4) Ahstract This paper dcvotc ̄to the stu,ly of the Couv ̄Itce of S.I.S vector l;mdo¨l mea. ̄uzes.The Vit* ̄i.Habn-Saks theuzenl in the con,patihle&weak topology are obtained.As applications.the convergent theI,rclI衅of stn‘lI: integrals such f dIzn( : ‘一 dlled l llr.Ihie function,见: X-ulut4]S.I.S.x ̄ulozu uIc: llrc 1 are rescured.The law of large l,uIuhezs alltl the central lhnit Ul∞矗l_ ef S.I.S.vector zluld(1ll|lllea5Ilre8 in Banach spaces of type p are brought out. ey words S.I.S.r;tlldOll!luea8nre ,control llle ̄ti,z1.8,almost convergent weakly,T ̄ahnost m,ef目en‘-
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