1. 怎样读数学符号
这一节讲最基本的逻辑符号和字母。概率论专用的记号(各种收敛箭头……)和英文缩写(a.s.、i.i.d.、DCT……)汇总在本页最后的第 11 节「符号与缩写速查表」。
| 符号 | 读法 | 意思 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 对所有、任意 | 后面的话对每一个对象都成立 | 每个实数的平方都非负 | |
| 存在 | 至少有一个对象让后面的话成立 | 有一个实数的平方是 2 | |
| 推出、蕴含 | 左边成立,右边一定成立 | ||
| 当且仅当(iff) | 两边同真同假 | 或 | |
| 定义为 | 左边是新起的名字 | ||
| s.t. | such that,使得 | 引出条件 | s.t. 时 …… |
| 恒等于 | 对所有输入都相等 | 处处等于 1 |
顺序很重要。「是「先给你任意一个 你再去找 —— 可以依赖 反过来「是「一个 对所有 都管用」,要求强得多。读的时候从左往右,把它想成一场游戏: 是对手出招, 是你应招。
| 大写 | 小写 | 读法 | 本课里通常表示 |
|---|---|---|---|
| omega(欧米伽) | 样本空间 / 样本点 | ||
| sigma(西格玛) | 求和号 / σ-代数 | ||
| mu(缪) | 测度 | ||
| lambda(兰布达) | 勒贝格测度、参数 | ||
| epsilon(艾普西隆) | 任意小的正数 | ||
| delta(德尔塔) | 小正数、点质量 | ||
| phi(斐) | 正态分布函数 / 函数 | ||
| xi(克西) | 随机变量 | ||
| alpha、beta | 常数 |
还有几种字体:(黑板粗体 R,实数全体)、(自然数 (有理数)、(整数);花体 通常表示「集合族」(例如 σ-代数)。
2. 集合
- 属于 不属于。
- 的每个元素都在 里。要证明 就任取 证明
- 的意思是 且 这是证明两个集合相等的标准办法(「双向包含」)。
- 空集 没有元素。它是任何集合的子集。
- 列举法:元素没有顺序、不重复:
- 描述法:冒号读作「使得」。
- 区间:(含端点), 不含端点, 含左不含右。 是全体正实数。
设
无穷多个集合也一样:
令 越来越大。
- 任何 迟早落进某个 (取 但 永远进不去。
- 令 越来越小。任何 只要 就有
人话:「不是(至少一个发生)」=「一个都不发生」;「不是(全都发生)」=「至少一个不发生」。它让我们可以在「并」和「交」之间来回转换,σ-代数的定义里只要求对并封闭,就是靠它推出对交也封闭。
- 集合族:元素是集合的集合,例如
- 幂集 的全部子集。 时,共 个。
- 三层要分清:(点属于集合),(集合属于集合族),(集合包含于集合)。
3. 函数与原像
给 中每个元素指定 中唯一一个元素 叫定义域, 叫陪域。
- 像:把 里的点都送过去得到的集合。
- 原像:「所有被送进 的输入」。注意:原像不需要 有反函数, 只是一个集合的名字。
- (没有实数的平方是负数)。
概率里最常见的写法 就是原像:
理由(以并为例): 存在 使 存在 使 正因为这个性质,「可测函数」和「分布」的定义才顺理成章。
它把「集合」变成「函数」: 不相交时 在概率里,
4. 数列与极限
(读作「 收敛到 的意思是:
逐字翻译:不管你要求多近(任意 总能找到一个位置 ,从这以后所有项都离 不超过
给定 要让 只要 所以取 为大于 的整数, 时就有 比如 时取
- 递增(不减):记作 递减记作
- 单调收敛原理:递增的数列要么有上界并收敛到它的上确界,要么趋于 所以递增数列总有极限(可能是 测度的连续性、MCT 都建立在这一点上。
- 扩展实数 允许取值 约定 ((以及测度论专用的 但 没有定义。
5. 上确界与下确界
- 集合 的上界:大于等于 中所有元素的数。上确界 最小的上界。
- 下确界 最大的下界。
- 和最大值 的区别:最大值必须属于集合,上确界不必。
- 没有最大值(任何 都还有更大的 但 也没有最小值,
- (不属于
- 约定:没有上界时
- 若 有限,则对任意 存在 使 (「上确界可以被无限逼近」)。
- 若 则 (集合越大,上确界越大、下确界越小)。外测度、勒贝格积分的定义都用到这两点。
6. 求和与级数
无穷级数 定义为部分和 的极限。
- 几何级数:它给出测度论里常用的「 技巧」:想让可数个量的总和不超过 就让第 个不超过
- 调和级数:(发散),尽管每一项都趋于 0。
- (收敛)。
每一项都 时,部分和递增,所以级数总有值(可能是 而且任意重新排列、分组都不改变这个值。可数可加性里的 都是非负项级数,所以不用担心求和顺序。
7. 可数与不可数
集合是可数的,如果它的元素能排成一列 (有限集合也算可数)。排不成一列的无穷集合叫不可数。
- 整数可数:
- 有理数可数:把分数 按 分组,每组只有有限个,一组一组往下排,就把所有有理数排成了一列。
- 不可数(康托尔对角线法):假设能排成一列 写出它们的小数展开,构造一个数,让它第 位小数和 的第 位不同,那么它和列表里每一个数都不同,矛盾。
测度只要求可数可加:可数个不相交集合,测度可以相加。对不可数多个集合不要求(也做不到: 是不可数个单点的并,每个单点长度 0,总长却是 1)。所以「可数」是测度论里「能相加」和「不能相加」的分界线。
8. 上极限与下极限
先看「从第 项往后的尾巴」的最大可能值 它随 增大而减小;它的极限就是上极限。下极限同理。数列收敛当且仅当上下极限相等。
尾巴里永远既有 1 也有 所以每个 每个 于是 不相等,数列不收敛。
9. 积分回顾
函数图像与 轴之间的(带符号)面积。黎曼的做法:把 切成小段,每段用「长度 × 函数值」近似,再让小段越来越细取极限。
最后一个说明:函数在 0 附近无界,积分也可能有限( 时),这在第 3 讲的重要性抽样里会用到。
10. 怎样读定义和定理
- 先分清假设和结论。「若 A,则 B」中,A 是假设,B 是结论。把假设逐条列出来。
- 问每个假设为什么在那里。试着去掉它,找一个反例看结论怎样失败。课件里的反例(尖峰、狄利克雷函数……)就是在做这件事。
- 定理是充分条件,不是必要条件。假设不满足时,结论可能仍然成立,只是这个定理不能保证。
「若 且 则
- 假设 1:集合一层层变小;假设 2:第一个集合的测度有限。
- 去掉假设 2:每个测度都是 交集是空集,测度为 0,结论失败。
- 所以假设 2 不是多余的——这正是第 1 讲 第 14 页 标题里「necessary hypothesis(必要的假设)」的意思。
11. 符号与缩写速查表
读讲义时遇到不认识的记号,先在这里查。每行最后一列是正式讲它的地方,点进去有完整的解释和例子;写「基础补课第 N 节」的,就在本页上面。
在任何一页点顶栏的「符号」按钮,也能不离开当前页查这张表,还可以输入关键词筛选。中文术语(例如「可测函数」「一致可积」)请查术语表。
| 记号 | 读法 | 意思 | 在哪里讲 |
|---|---|---|---|
| 概率空间 | 样本空间 事件全体 (一个 σ-代数)、概率 三样东西放在一起 | 第 1 讲 第 12 页 | |
| A 的概率 | 事件 发生的可能性, | 第 1 讲 第 12 页 | |
| 给定 B 时 A 的条件概率 | 已知 发生, 发生的概率:(要求 | — | |
| X 的期望 | 的加权平均 掷一颗骰子的点数,期望是 | 第 2 讲 第 5 页 | |
| X 的方差 | 偏离均值的平方的平均,衡量波动大小;它的平方根叫标准差 | 第 2 讲 第 29 页 | |
| X 与 Y 的协方差 | 两个量是否倾向于「同时偏大、同时偏小」 | 第 4 讲 第 4 页 | |
| A 的示性函数 | 在 上取 1,其余地方取 0;所以 | 第 1 讲 第 30 页 | |
| X 的分布 | 落进各个集合的概率: | 第 2 讲 第 6 页 | |
| X 服从标准正态分布 | 「读作「服从」,后面写分布的名字,例如 是指数分布 | 第 2 讲 第 6 页 | |
| X 与 Y 同分布 | 分布相同; 和 本身可以不相等(例如 与 | 第 2 讲 第 6 页 | |
| 分布函数(CDF) | 不超过 的概率;单调不减、右连续 | 第 2 讲 第 8 页 | |
| F 在 x 处的左极限 | 从左边逼近 时 的极限;跳跃 | 第 2 讲 第 8 页 | |
| a 处的点质量 | 把全部质量放在一个点 上: 时 否则为 0 | 第 1 讲 第 10 页 |
| 记号 | 读法 | 意思 | 在哪里讲 |
|---|---|---|---|
| 花体 F、M、B | 集合族,通常是 σ-代数; 常指博雷尔 σ-代数 | 第 1 讲 第 9 页 | |
| 由 𝒜 生成的 σ-代数 | 包含 的最小 σ-代数 | 第 1 讲 第 11 页 | |
| X 生成的 σ-代数 | 所有形如 的事件,也就是「知道 的值就能判断是否发生」的事件 | 第 4 讲 第 16 页 | |
| A 的测度 | 集合 的「大小」:长度、面积、个数或概率 | 第 1 讲 第 12 页 | |
| 勒贝格测度 | 实数轴上的「长度」: | 第 1 讲 第 23 页 | |
| f 对 μ 的积分 | 把 的值按 加权求和; 时就是期望 | 第 1 讲 第 33 页 | |
| f 的正部、负部 | 于是 | 第 1 讲 第 33 页 | |
| L1 空间、Lp 空间 | 满足 的函数(随机变量)全体 | 第 2 讲 第 22 页 | |
| X 的 Lp 范数 | 衡量 有多「大」 | 第 2 讲 第 22 页 | |
| ν 关于 μ 绝对连续 | 凡是 的集合,都有 | 第 3 讲 第 26 页 | |
| Radon–Nikodym 导数 | 相对于 的「密度」: | 第 3 讲 第 27 页 | |
| 乘积 σ-代数、乘积测度 | 两个空间拼成一个联合空间;矩形 的测度是 | 第 4 讲 第 7 页 | |
| 二重积分 | 对两个变量一起积分;Fubini 定理说明何时可以拆成两次单重积分 | 第 4 讲 第 10 页 |
| 记号 | 读法 | 意思 | 在哪里讲 |
|---|---|---|---|
| a_n 趋于 a | 数列的极限,和 是一个意思 | 基础补课第 4 节 | |
| 递增地趋于 | 且 集合版: | 第 1 讲 第 13 页 | |
| 递减地趋于 | 方向反过来;集合版: | 第 1 讲 第 14 页 | |
| a.s. | 几乎必然收敛 | 除了一个概率为 0 的事件,每个结局上都有 | 第 3 讲 第 9 页 |
| a.e. | 几乎处处收敛 | 除了一个测度为 0 的集合,每个点上都有 | 第 1 讲 第 43 页 |
| 依概率收敛 | 对每个 原解答里也写成 | 第 3 讲 第 14 页 | |
| 在 中 | Lp 收敛 | 即 | 作业 2 第 1 题 |
| 依分布收敛 | 分布函数在极限分布的每个连续点上收敛。只在作业 2 里这样用;其他地方的 都是「推出」 | 作业 2 第 4 题 | |
| i.o. | A_n 发生无穷多次 | 有无穷多个 使 发生,也就是集合 | 第 3 讲 第 3 页 |
| 上极限、下极限 | 数列「尾部」最终能达到的最大值、最小值 | 基础补课第 8 节、第 1 讲 第 40 页 |
| 记号 | 读法 | 意思 | 在哪里讲 |
|---|---|---|---|
| 上确界、下确界 | 最小的上界、最大的下界 | 基础补课第 5 节、第 1 讲 第 16 页 | |
| x 与 y 取小、取大 | 例如 把 超过 的部分削成 | 第 1 讲 第 33 页 | |
| 向下取整、向上取整 | 不超过 的最大整数、不小于 的最小整数: | 第 1 讲 第 34 页 | |
| 连乘 | 和 一样,只是把「加」换成「乘」 | — | |
| n 选 k(组合数) | 从 个东西里选 个的方法数 例如 | — | |
| e 的 x 次方 | 指数函数,两种写法是一个意思; | — | |
| 自然对数 | 以 为底,是 的反函数;本课的 也是自然对数,写成 才是以 2 为底 | — | |
| x 映射到 f(x) | 描述函数的规则: 就是「把 变成 的那个函数 | 基础补课第 3 节 | |
| 转置 | 把行和列互换;列向量 的 是一个数 | 第 4 讲 第 19 页 | |
| 行列式 | 2×2 矩阵时 | 第 4 讲 第 19 页 | |
| 约等于 | 数值上近似相等,例如 | — | |
| 正比于 | 存在常数 使 | — | |
| 小 o、大 O | 比 小得多; 有界,至多和 同一量级 | — | |
| 证毕 | 证明到此结束 | — | |
| 定义为、恒等于 | 是给 起名叫 是说 处处等于 1 | 基础补课第 1 节 |
| 缩写 | 英文全称 | 中文意思 | 在哪里讲 |
|---|---|---|---|
| a.s. | almost surely | 几乎必然:除了概率为 0 的情形,都成立 | 第 3 讲 第 9 页 |
| a.e. | almost everywhere | 几乎处处:除了测度为 0 的集合,都成立 | 第 1 讲 第 43 页 |
| i.i.d. | independent and identically distributed | 独立同分布 | 第 4 讲 第 16 页 |
| i.o. | infinitely often | 无穷多次 | 第 3 讲 第 3 页 |
| iff | if and only if | 当且仅当 | 基础补课第 1 节 |
| s.t. | such that | 使得 | 基础补课第 1 节 |
| CDF | cumulative distribution function | 累积分布函数 | 第 2 讲 第 8 页 |
| LOTUS | law of the unconscious statistician | 无意识统计学家定律: 可以直接对 的分布积分 | 第 2 讲 第 7 页 |
| MCT | monotone convergence theorem | 单调收敛定理 | 第 1 讲 第 36 页 |
| DCT | dominated convergence theorem | 控制收敛定理 | 第 1 讲 第 44 页 |
| BCT | bounded convergence theorem | 有界收敛定理 | 第 1 讲 第 46 页 |
| WLLN | weak law of large numbers | 弱大数定律 | 第 2 讲 第 29 页 |
| SLLN | strong law of large numbers | 强大数定律 | 作业 1 第 3 题 |
| CLT | central limit theorem | 中心极限定理 | 作业 2 第 4 题 |
| UI | uniformly integrable | 一致可积 | 小测 2 第 2 题 |