浅谈数学分析与概率论的相互关系

工作报告 |

时间:

2021-07-07 10:01:04

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知识的两个重要分支,数学分析、概率论分别属于确定性数学、随机数学类型,在研究方向上有一定差异.值得注意的是,尽管二者在研究方向上不同,但却存在一定的相互关系,表现为概率论以数学分析为基础,同时又被运用于数学分析中,若能有效将二者结合,对部分复杂数学问题的解决可提供有效思路.因此,本文对数学分析与概率论关系的研究,具有十分重要的意义.

一、概率论中的数学分析作用表现

(一)特征函数与傅立叶变换

数学分析中,傅立叶变换是主要工具,与之相关的有其他如傅立叶积分、傅立叶级数等,若在密度函数、分布函数中将傅立叶变换引入,则有“特征函数”产生.此时,对随机变量、随机变量序列相关问题解决,借助“特征函数”将极为容易.而问题解决中涉及的定理为若以F1、F2表示有界变差函数,F为其卷积,通过傅立叶-斯蒂尔吉斯变换,则对应有g1、g2、g,g(λ)=g1(λ)·g2(λ).若在概率论知识中将定理引入,可明确特征函数性质,即ФX+Y=ФX(t)·ФY(t),其中X与Y保持独立,这样便能直接做随机变量和的处理.

(二)公理化体系形成

公理化体系在构成上包括概率论与集合论,其中集合论可理解为数学研究对象均有各自的特征、结构,这种特征或结构所构成的集合便被称之为集合论.之所以有公理化体系形成,很大原因归结于最初的数学分析中,函数处理可通过黎曼积分处理实现,但若涉及其他包括极限交换次序、积分、函数等,处理相对较为困难,后因勒贝格积分逐渐引入,发现在事件概率、集合测度上有一定相似性.直至1993年,柯尔莫哥洛夫以测度论为基础,进行概率论公理化体系构建.由此可发现,概率论将公理化作为基础,属于演绎科学,同各数学分支均有密切联系[1].

(三)函数与分布函数、随机变量

作为数学分析基本概念,函数应用于概率论中简化极多的问题,其中涉及的两个函数概念为分布函数、随机变量,分别为实函数、集函数.若函数关系对应,将随机事件将按照集合、实数的顺序转化,最后实函数取代集函数.同时,对分布函数,从函数角度进行衡量,分布函数则有可积、可导、单调有界等性质.事实上,在许多数学知识中,如关于分布函数与概率密度、随机变量概率计算以及随机变量数字特征等,分析与计算均有微积分内容参与其中.

(四)其他

除以上数学分析作用表现,如随机变量函数、雅可比行列式也涉及概率论中的数学分析作用.从常见的数学知识内容看,一般以显函数为主,但也有其他隐含数组存在,如偏微分方程研究中,利用雅可比行列式可将许多问题解决,如随机变量函数概率分布,其中隨机变量(X,Y),需解决其函数z(X,Y)概率分布问题.另外,其他如中心极限定理、大数定律等也是概率论相关问题,主要用于随机变量序列极限分析,解决问题中可借助同阶数量级方法实现.

二、数学分析中概率方法的具体应用

(一)不等式问题中的数学期望应用

(二)数学分析中的中心极限定理

(三)其他应用

除上述应用外,数学分析中也有其他概率论应用,如数学分析积分,可借助随机变量函数进行求解.再如,部分积分问题存在“积不出来”情况,通过概率密度函数,在转换原积分下,能够完成求解过程[2].

三、结 论

数学分析与概率论保持密切关系,其中数学分析发展下使概率论的研究有了基础,而数学分析问题中概率论逐渐渗透,很大程度上使数学分析进一步发展.从研究中可发现,在概率论中数学分析作用主要表现在傅立叶变换与特征函数、公理化体系以及函数与分布函数等,而数学分析中概率论的应用表现在数学期望与中心极限定理等,二者结合对解决复杂的数学问题发挥积极作用.

【参考文献】

[1]何天荣,吴湘云.关于极限算法的探讨[J].数学学习与研究,2015(17):81.

[2]窦本旺.波利亚与《怎样解题》——一本值得中学生阅读的数学名著[J].数学学习与研究,2014(13):120.

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