教學大綱 Syllabus

科目名稱:機率與測度論

Course Name: Probability and Measure theory

修別:選

Type of Credit: Elective

3.0

學分數

Credit(s)

10

預收人數

Number of Students

課程資料Course Details

課程簡介Course Description

近代機率理論的發展以測度理論為基礎, 依據測度理論而發展的期望值理論是機率計算及分析的基礎, 學習測度論需要有相當的數學分析基礎, 這個課程一方面讓學生有初步接觸測度論的機會, 學習實數線上的測度理論及期望值理論, 學生藉此可以加強相關的數學分析的能力, 有這樣的經驗對未來學習一般的測度理論將會有相當的幫助, 未來也可以銜接研究所機率論的學習打下良好的基礎. 另一方面討論機率空間的基本性質, 學生能夠學習機率論基本的數學語言, 以做為未來機率論繼續的學習建立基礎. 以實數的二進位展開為例, 探討數的隨機性質, 獨立性質, 及大數法則的極限定理.

如果你是碩士生, 你也有很紮實的數學分析能力, 你比較好的安排是上學期選修實變函數論, 同時複習高等微積分, 如此一來實變函數論你會學得很扎實, 高等微積分在國外有一說是Real Analysis(實變函數論的英文名)的前半部,因此高等微積分要學得好, 實變函數論你才會學得好. 上學期把高等微積分及實變函數論學好之後, (下學期)之後你要學習分析相關的課程, 機率論相關的課程, 你會學得比較輕鬆有感覺, 學習就會獲得樂趣.

 

核心能力分析圖 Core Competence Analysis Chart

能力項目說明


    課程目標與學習成效Course Objectives & Learning Outcomes

     

    1. 這個課程提供一個機會接觸高階機率論需要用的數學語言, 學生已有機率計算的經驗(如修過大二的機率論), 未來有興趣選修研究所的高等機率論, 這個課程希望對學生未來學習高階機率論相關課題, 包含統計學, 能有所幫助.

     

    1. 測度理論及期望值理論是近代高階機率論相關課題研究的基礎, 也是這個課程的重心.

     

    1. 這個課程一方面提供學生一個初步的經驗學習以測度論為基礎的積分理論, 在課程中能夠加強對基礎分析知識的加強及訓練. 另外一方面提供學生一個課程來銜接未來進入研究所學習測度論或機率論做準備. 學生在學習測度論或研究所機率論所需要的數學訓練門檻相當的高, 因此有這樣的課程對學生未來的學習或有幫助.

     

    1. 這個課程不適合取代大二機率論的課程或研究所機率論的課程. 期望能夠吸引未來希望學習高階的機率論或對機率論相關的應用有興趣的高年級的學生, 包含本系或外系的學生.

     

    1. 這個課程會花一些時間來討論機率論基礎的數學觀念, 這也是機率論應用的基礎, 有這樣的數學語言 應用機率的課程也是未來修課的同學可以銜接的課程, 利用學到的機率論中基礎的數學語言, 可以運用到生活與各種隨機相關的課題.

     

    1. 實數的2進位展開可以看到數的機率現象, 可以跟丟銅板遊戲的連結, 利用機率計算來討論隨機漫步的幾個有趣的結果.

     

    1. 這個課程測度論的部分, 有部分是一般理論, 其中實數上的測度, 丟銅板實驗無限多次為例, 詳細討論測度理論. 其中學生需要複習並掌握高等微積分的一些基本的知識, 如極限的概念及應用, 緊緻集的概念及應用, 對基礎好的同學可以看到這些抽象數學知識的應用, 對基礎薄弱的同學, 也會有機會複習這些數學核心的知識, 因此在每星期的作業中也會有極限及拓樸的相關問題讓學生演練.

    學生有這樣的基礎, 對於修課的同學, 未來在學習測度論就會相對地容易了.

     

    1. 課程也討論以測度論為基礎的Lebesgue積分理論.

    每周課程進度與作業要求 Course Schedule & Requirements

    教學週次Course Week 彈性補充教學週次Flexible Supplemental Instruction Week 彈性補充教學類別Flexible Supplemental Instruction Type

    週次

    Week

    課程主題

     

    Topic

    課程內容與指定閱讀

    Content and Reading Assignment

       

    教學活動與作業

    Teaching Activities and Homework

    學習投入時間

    Student workload expectation

    課堂講授

    In-class Hours

    課程前後

    Outside- of-class Hours

    1

    Sigma-algeba and Measures

    Introduction,  Set Operations,

    Sigma-algebra and Algebra,

    Borel Sigma-algebra on R^n, Measure Spaces, Probability Spaces 

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    2

    Sigma-algeba and Measures

    Distribution Function and Measure on R

     

     
     

     

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    3

    Sigma-algeba and Measures

    Caratheodory’s Extension Theorem

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    4

    Lebesgue Integration Theory

     

    Measurable Functions.

    Integral

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    5

    Lebesgue Integration Theory

    Limit Theorems

    Lebesgue Monotone Convergence Theorem

    Fatou’s Lemma

    The Lebesgue Dominated Convergence Theorem

    Chebyshev’s Inequality

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    6

    Lebesgue Integration Theory

    Types of Convergence for Measurable Functions

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    7

    Product Measure

    Product Sigma-algebra

    Monotone Class Theorem.

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    8

    Product Measure

    Product Measure.

     

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    9

    Product Measure

    Fubin’s Theorem.

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    10

    Random Variables

     Expectation of Random Variables.

    Distribution Measure of a Random Variable

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    11

    Random Variables

    Distribution Function of a Random Variable Borel Measurable Functions of a Random Variable.

     

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    12

    Random Variables

    Independence,

    Independent Sigma-algebras,

    Independent Events,

    Independent Random Variables,

    Construction of Independence Random Variables

     

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    13

    Classical Limit Theorems

    Bernoulli Trials

    Weak Law of Large Number

    Borel Theorem of Normal Numbers

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    14

    Classical Limit Theorems

     L^2 - Weak Law

    L^2 Convergence

    Convergence in Probability

    The Weierstrass Approximation Theorem

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    15

    Classical Limit Theorems 

    First Borel Cantelli Lemma

    Second Borel Cantelli Lemma

    Strong Law of Large Number

     

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    16

    Conditional Expectation

    Conditional Probability with Respect to a Sigma-algebra,

    Sigma-algebra Generated by a Measurable Partition

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    17

    Conditional Expectation

    Conditional Expectation with Respect to a Sigma-algebra

    L^2 random Variables

       

    講述教學法,並提出習題為作業

    2

    2

    18

    Conditional Expectation

    Conditional Expectation with Respect to a Sigma-algebra

    L^1 random Variables

             

    授課方式Teaching Approach

    80%

    講述 Lecture

    20%

    討論 Discussion

    0%

    小組活動 Group activity

    0%

    數位學習 E-learning

    0%

    其他: Others:

    評量工具與策略、評分標準成效Evaluation Criteria

    1. 考試成績: 60% (點名,課堂表現), 期中考30%, 期末考30%

    2. 作業成績 40%

    指定/參考書目Textbook & References

    Reading:

    Rodrigo Banuelos (2003), Lecture Notes Measure Theory and Probability

    Additional Readings.

    A. Grigoryan(2008), Measure Theory and Probability (Lecture Notes)

    Santosh S. Venkatesh (2013), The Theory of Probability: Explorations and Applications, Cambridge University Press

    Patrick Billingsley(1995), Probability and Measure.

    M Caplinski & E Kopp (2003), Measure, Integral and Probability, 2nd Edition

    J. Jacob and P. Protter (2004), Probability Essential, 2nd Edition

    Robert B. Ash, Catherine A. Dleans-Dade, Probability and Measure Theorem, 2nd Edition

     

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