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《随机过程》教科书的数学抽象错误导致研究对象错位

已有 2143 次阅读 2022-2-17 10:58 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

从物理学角度看,《牛顿力学》和《随机过程》均以质点作为研究对象,《牛顿力学》研究的是质点的确定性运动特征及规律,而《随机过程》研究的是质点的随机性运动(随机游走、布朗运动和泊松跳跃)特征及规律。

《牛顿力学》将质点位移与时间之间的数量关系抽象为时间函数X(t),即质点t时刻的位移X(t)是时间t的函数,而《随机过程》却将质点位移与时间之间的数量关系错误地抽象为随机变量X(t)

随机变量X(t)虽然使用了与时间函数X(t)完全相同的函数符号,但它实质上是定义在样本空间Ω上的单值函数,因此,随机变量X(t)是样本点ω的函数,而不是时间t的函数。

样本空间Ω映射的是随机试验所有可能结果(所有质点的位移随时间变化过程)构成的集合,因此随机变量X(t) t时刻有多个或无穷多个取值,而时间函数X(t) t时刻只有唯一一个取值。

时间函数X(t)和随机变量X(t)的区别及所表示的物理对象见表1

1 时间函数和随机变量的区别

表1-2.png

从表1可以看出,时间函数随机变量是两种完全不同的数学结构,对应于完全不同的物理对象。时间函数用来描述单个质点的位移随时间变化过程,随机变量用来描述所有质点在某一时刻的空间位置分布状态。

事实上,根据《随机过程》教科书的随机过程定义随机过程的四种不同情况及对应的分析方法),一个随机运动的质点在t时刻的位移X(t)固定ω时的随机过程X(ω,t),而固定ω时的随机过程X(ω,t)就是时间t的函数,《随机过程》教科书将固定ω时的随机过程X(ω,t)称为样本函数sample function)或样本轨道sample path)。

因此,《随机过程》教科书违反了随机过程定义,没有将质点t时刻的位移X(t)抽象为样本函数,而是错误地抽象为随机变量,导致《随机过程》教科书的物理研究对象从单个质点改变为质点集合,因而只能用刻画大量质点集体行为的统计特性来描述一个质点的个体行为,建立的《随机过程》理论必然与经验事实不符,在逻辑上不能自洽。




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