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对于图1所示的布朗运动,《随机过程》和《随机信号分析》均将一个布朗粒子在t时刻的位移X(t)抽象为时间函数,并进一步明确X(t)是t的连续函数。
图1 《随机过程》与《随机信号分析》的假设及结论对比
《随机过程》和《随机信号分析》首先将时间区间[0,t]进行n等分,并用∆Xi表示X(t)在第i个时间段内的增量,有
∆Xi = X(i) -X(i-1),i = 0,1,…,n
则X(t)可表示为时间函数增量之和:
X(t) = ∆X1 + ∆X2 +…+ ∆Xn
注意:时间函数的增量∆Xi仍然是时间函数。
1、《随机过程》的增量假设及结论
《随机过程》假设“∆Xi为独立同分布(i.i.d.)随机变量”,从而根据中心极限定理,得出了“布朗运动位移X(t)服从(0,σ2t)正态分布”、 “布朗运动路径处处不可导” 和 “布朗运动瞬时速度无穷大(不存在)”等与客观事实不符的结论。
2、《随机信号分析》的增量假设及结论
《随机信号分析》假设“∆Xi为互不相关的时间函数”,从而得出了“布朗运动瞬时速度(导数)是平均功率为σ2的白噪声n(t)”和“布朗运动位移X(t)等于白噪声n(t)在[0,t]区间上的积分”的结论,与自然科学、工程技术和社会科学大量的观察实验结果完全相符。
3、《随机过程》增量假设违反同一律
显然,《随机过程》的“∆Xi为独立同分布(i.i.d.)随机变量”假设违反了逻辑推理基本规则——同一律,不加说明地用“随机变量”代替 “时间函数”,因而产生了违反同一律的“偷换概念”逻辑错误。
《随机过程》教科书“偷换概念”的逻辑错误不仅破坏了《随机过程》布朗运动理论的逻辑完备性和客观真理性,而且与《随机信号分析》根本对立和严重冲突。
《随机过程》不仅无法正确描述布朗运动现象及规律,而且在逻辑上不能自洽,为自然科学、工程技术和社会科学提供了错误的方法、理论及工具,因此,《随机过程》教科书中的错误假设及结论必将被《随机信号分析》理论所取代。
4、牛顿违反同一律引发第二次数学危机
牛顿在创立《微积分》时也曾因违反同一律,将∆x≠0和∆x=0这两个完全不同的数学概念相互代替,产生了著名的“贝克莱悖论”,导致《微积分》理论在逻辑上不能自洽。
英国大主教贝克莱(Berkeley)强烈指责牛顿是有意识地“偷换概念”,《微积分》是“分明的诡辩”,引发了数学史上持续150年的第二次数学危机,导致《微积分》理论险被推翻。
后来柯西(Cauchy)将极限概念作为《微积分》的理论基础,才彻底消除了牛顿违反同一律的逻辑错误,解除了数学史上的第二次危机。
参考:
[1] Gregory F.Lawler. 随机过程导论[M]. 张景肖译. 北京:机械工业出版社,2010.
[2] 为什么《随机过程》与《随机信号分析》对立冲突?
https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1423175.html
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