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以图1所示的布朗运动位移曲线正态分布性质推导过程为例,逐步分析说明《随机过程》教科书是如何将研究对象从时间函数偷换为随机变量的。
图1 布朗运动位移曲线
(1)《随机过程》研究对象为一个布朗粒子在t时刻的位移X(t);
(2)假设X(t)是t的连续函数; 研究对象X(t)是时间函数
(3)将X(t)表示为时间函数增量之和:X(t) = ∆X1 + ∆X2 +…+ ∆Xn;
(4)假设∆X1,∆X2 ,…,∆Xn为独立同分布(i.i.d.)随机变量; 偷换概念
(5)根据中心极限定理,X(t) ~N(0,σ2t)。 研究对象X(t)变为随机变量
注意:随机变量X(t)与时间函数X(t)的数学符号虽然完全相同,但随机变量X(t)是样本点ω的函数,而时间函数X(t)是时间t的函数,它们是两个内涵与外延完全不同的数学概念。
随机变量X(t)描述的是大量布朗粒子的集体行为(所有布朗粒子在t时刻的空间位置或状态),而不是单个布朗粒子的个体行为(一个布朗粒子在t时刻的位移X(t))。
从《物理学》角度看,《随机过程》偷换概念,把研究对象从单个布朗粒子改变为布朗粒子集合,只能用描述大量布朗粒子集体行为的统计规律(浓度)来描述单个布朗粒子的个体行为(位移),这就如同用温度来描述一个分子的动能一样荒谬。
参考:
[1] 从随机试验和样本函数的角度分析《随机过程》研究对象错位问题
https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1340925.html
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