正定函數(positive-definite function)
正定性正是博赫納定理所提煉出、作為特徵函數標記的精確分析條件。它也是遍布機率與分析的正定核(共變異函數、再生核)在差分型下的特例。理解它能讓特徵函數方法顯得理所當然,而非神秘。
R^d 上的複值函數 phi 稱為正定,若對任意 n、任意點 t_1, ..., t_n in R^d、任意複數 c_1, ..., c_n,和 sum_{j,k=1}^n c_j conj(c_k) phi(t_j - t_k) 皆為實數且非負。由定義立得三個推論:phi(0) >= 0(取 n=1);對所有 t 有 |phi(t)| <= phi(0);以及 phi(-t) = conj(phi(t)),故 phi 為厄米。注意此函數只依賴於差 t_j - t_k,這正是正定函數有別於一般正定核 K(s,t) 之處;一個平穩共變異函數 K(s,t) = phi(s-t) 經適當縮放後恰是一個正定函數。
正定函數之所以重要,在於它連接三個世界:正測度的傅立葉變換(博赫納)、機率律的特徵函數(當 phi(0)=1 且連續時)、以及平穩過程的共變異結構。一個實用警語:正定函數之積仍正定(對應獨立和的特徵函數),正定函數的逐點極限仍正定,但逐點極限未必在 0 處連續——而這種連續性的喪失,恰恰是一列分布把質量漏到無窮遠、無法收斂的失效模式。
phi(t) = cos(t) 為正定:它是把質量 1/2 放在 +1、1/2 放在 -1 的分布的特徵函數,亦即 e^(it) 與 e^(-it) 的平均。其平方 cos^2(t) = (1+cos 2t)/2 仍正定,正是兩個獨立此類變數之和的特徵函數。
正定函數的乘積與凸組合仍正定——對應分布的卷積與混合。
正定不等於取正值:cos(t) 會取負值卻是正定的,而一個正值的鼓包反而可能不正定。