Espaços de probabilidade
Agora estamos prontos para introduzir o conceito moderno do que é uma probabilidade.
{definition}
Dado espaço mensurável, dizemos que é uma probabilidade se
-
a)
-
b)
Seja uma seqüência finita ou enumerável de eventos disjuntos ( se ), então
(1.1)
Obviamente, isso nada mais é que uma medida que associa massa um ao espaço todo.
{example}
Probabilidades nos espaços do Exemplo 1.1
-
a)
em .
Ou mais geralmente , onde e .
-
b)
pode ser a medida de Lebesgue em .
Mais geralmente também podemos ter , onde é uma função mensurável, chamada densidade, tal que .
-
c)
, que atribui o valor um se o evento contém a função identicamente nula () e zero caso contrário.
Obviamente o terceiro exemplo é bastante artificial (e inútil).
Mas, futuramente, estaremos prontos para introduzir medidas bem interessantes no espaço .
{proposition}
Valem as afirmativas seguintes
-
a)
Se então .
-
b)
A cota da união: para finito ou enumerável
(1.2)
-
c)
O que chamamos de princípio da inclusão e exclusão
(1.3)
Demonstração.
Como , então
(1.4)
.
Deixamos o caso enumerável como exercício abaixo.
Chamamos de a união dos .
Basta mostrar a validade da equação abaixo e depois integrar com
respeito a .
(1.5)
Para tanto, observe que para todo ,
(1.6)
Logo, expandindo o produto acima obtemos
(1.7)
que equivale a (1.5).
∎
{exercise}
Mostre que no caso enumerável.
{exercise}
Mostre que
{exercise}
Seja um número inteiro e considere , o hipercubo de dimensão (cada pode ser visto como uma função ).
Para cada , definimos o evento .
Dadas duas probabilidades e em , mostre que se para todos conjuntos dados por interseções de ’s, então .
{proposition}
Toda probabilidade é contínua, isto é:
-
a)
Se for uma sequência crescente de eventos, então
.
-
b)
Também, se , temos .
Demonstração.
Observe que
(1.8)
que são disjuntos.
Logo
(1.9)
A prova é análoga à de .
∎
{lemma}
[Borel-Cantelli - primeira parte]
Sejam satisfazendo .
Então
(1.10)
Demonstração.
Estimamos
(1.11)
O que termina a prova do lemma.
∎
Demonstração.
Sejam satisfazendo , e defina, para ,
(1.12)
de modo que
(1.13)
Note agora que forma uma sequência monótona de funções com . Em particular, o Teorema da convergência monótona implica que
(1.14)
Isto nos dá que
(1.15)
e completa a demonstração.
∎
Imagine que jogamos todos os dias em uma loteria e que nossa probabilidade de ganhar no dia é .
Então se , sabemos que certamente não ganharemos infinitas vezes.