一致可積性(uniform integrability)

一列以日常意義收斂的隨機變數,何時也在平均意義上收斂——使均值的極限等於極限的均值,沒有質量悄悄漏向無窮?單一個可積變數幾乎不把它的期望大小放在極端尾部。一致可積性要求一整族變數步調一致地做到這件事:可以同時、一致地讓「所有」成員的尾部貢獻都變小。它是防止機率質量在極限中逃向無窮的精確條件,也是把幾乎必然收斂或依機率收斂升級為均值收斂所缺的那味料。

形式上,隨機變數族 {X_i} 是一致可積的,若大值區域所承載的期望大小一致地(跨整族)縮到零:對 i 取 E[ |X_i| 乘以 1(|X_i| > K) ] 的上確界,在 K 趨於無窮時趨於 0。換言之:選一個高的截斷 K;|X_i| 中來自超過 K 那部分的平均量,可藉由取夠大的 K 而被壓到任何容差以下,而「同一個」K 對族中每個成員都管用。值得記住的充分條件:任何被單一可積變數支配的族都是一致可積(這正是控制收斂定理成立的原因);任何對某 p > 1 在 L^p 中有界的族(sup E[|X_i|^p] 有限)都是一致可積;以及一個對本領域關鍵的事實——由對單一可積 Y 取條件所生成的族 { E[Y given G]:G 為任意子 σ-代數 } 是一致可積的。

它的關鍵定理:若 X_n 依機率收斂到 X「且」{X_n} 一致可積,則 X_n 在 L^1 中收斂到 X,特別地 E[X_n] 收斂到 E[X]。對鞅而言這是決定性的——一個鞅恰好在它一致可積時於 L^1 收斂,而這樣的鞅正是一個閉合成 M_n = E[M_infinity given F_n] 的 Doob 鞅,於是選擇停止定理即使在無界停時也適用。要內化的提醒:單憑幾乎必然收斂「不」給出均值的收斂(加倍財富在均值上逃向零,其均值卻維持在 1);一致可積正是堵住那個漏洞的假設。

令 M_n 為加倍財富:M_0 = 1,在第 n 步它以各 1/2 的機率翻倍到 2*M_(n-1) 或掉到 0。它是鞅、E[M_n] = 1,但 M_n 幾乎必然收斂到 0。它「不」一致可積——對任何截斷 K,總有一些倖存路徑遠在 K 之上、承載著全部的期望質量。一致可積的失敗正是 E[M_n] = 1 無法傳遞到 E[M_infinity] = 0 的原因。

一致可積阻止質量漏向無窮;它正是把幾乎必然(或依機率)收斂轉成均值收斂的關鍵。

單憑幾乎必然收斂不給出均值收斂。一致可積正是把依機率(或幾乎必然)收斂接到 L^1 收斂的那個額外假設。

又稱
UIuniformly integrable family一致可積