第10章 收敛、特征函数与极限定理

Convergence and Limit Theorems

把收敛方式与极限定理联系起来。本章共8节。

本章导言

同一随机变量序列可以在一种意义下收敛,却在另一种意义下不收敛。本章先区分逐条样本路径、偏离概率、Lp距离和分布测度这四种对象,再用反例和蕴含关系说明它们之间的联系。

Borel—Cantelli引理把无穷次发生的问题转成概率级数问题。弱收敛和紧性研究分布序列的极限;特征函数将独立和转成乘积,使中心极限定理的证明能够化为局部展开与极限运算。

本章重新证明第8章的核心结论,并说明为什么某些矩条件不可省略。大数定律着重截断与尾部控制;中心极限定理着重方差归一化及单项贡献的限制。多元与非同分布版本均单独列出条件,不能直接套用最初的独立同分布表述。

在有限方差CLT之后,10.7用正则变化分析尾部与矩,10.8分别研究独立和与最大值。方差无限时需要重新确定归一化;尾指数的临界值仍可能出现正态极限。一般稳定吸引域的长证明按节内文献引用,帕累托与柯西例子直接推导。 查看专题路线。

先修知识与阅读方式

第9章的可测性、积分收敛定理和Lp空间;已有第8章大数定律与中心极限定理的计算经验。

先按顺序读定义和证明,再独立完成练习。若直接从本章进入,可回到全书学习路线检查先修知识;遇到技术性证明思路,应结合节末文献补读对应论证。

本章各节

  1. 10.1 随机变量的收敛方式
    Modes of Convergence
  2. 10.2 事件的无穷次发生与随机级数
    Borel–Cantelli and Random Series
  3. 10.3 弱收敛、紧性与连续映射
    Weak Convergence and Tightness
  4. 10.4 特征函数与分布的唯一性
    Characteristic Functions
  5. 10.5 大数定律的证明与适用边界
    Proofs of Laws of Large Numbers
  6. 10.6 中心极限定理及其推广
    Central Limit Theorems
  7. 10.7 正则变化与重尾的矩条件
    Regular Variation and Heavy-tailed Moments
  8. 10.8 重尾和、稳定分布与极值极限
    Stable Sums and Heavy-tailed Extremes