convergence faible de mesure de probabilité

Hello,

on définit $\mathcal{P}(\mathbb{\R})$ l'ensemble des mesures de probabilités sur $(\mathbb{R},\mathcal{B}(\mathbb{R}))$ et $\mathcal{D}=\{\mu \in \mathcal{P}(\mathbb{\R}) | \exists A \subset \mathbb{R} \text{ fini tel que } \mu(A)=1\}$.
Je veux montrer que pour tout $\mu \in \mathcal{P}(\mathbb{\R})$, il existe une suite $(\mu_n) \subset \mathcal{D}$ tel que $\mu_n$ converge faiblement vers $\mu$.

Je considère donc $\mu \in \mathcal{P}(\mathbb{\R})$. Je prends aussi une fonction f à support compact (ou bornée ça marche aussi) et je veux construire $\mu_n$ (ne dépendant pas de $f$) a support fini tel que $$\int_{\mathbb{R}} f \mathrm{d}\mu_n \rightarrow \int_{\mathbb{R}} f \mathrm{d} \mu$$

Ma première idée est d'utiliser les sommes de Riemann. En effet, si je note $A_n$ le support de $\mu_n$, on a $\int_{\mathbb{R}} f \mathrm{d}\mu_n=\sum_{a\in A_n} \mu_n(\{a\})f(a)$. Le problème c'est que $\mathbb{R}$ n'est pas compact. Certes, $f$ est à support compact mais je dois choisir $\mu_n$ indépendant de $f$...
Pourriez vous m'aider s'il vous plaît. Merci.

Réponses

  • Le problème n'est-il pas surtout que tu ne définis pas qui est $\mu_n$ ?
  • Je dois construire cette suite $\mu_n$ dans $\mathcal{D}$. Je les cherchais telles que ca donne une somme de riemmann et donc qu'on obtienne que pour toute fonction f à support compact $\int_{\mathbb{R}} f \mathrm{d}\mu_n \rightarrow \int_{\mathbb{R}} f \mathrm{d}\mu$.
  • Tu n'as encore une fois pas précisé qui est $\mu_n$. Les « sommes de Riemann », c'est vague. D'ailleurs, qui te dit que les sommes de Riemann convergent pour une mesure $\mu$ ?
  • Autrement dit : commence déjà par résoudre le problème proprement sur $[0,1]$, puis tu chercheras ensuite comment passer à $\R$.
  • @remarque: je suis désolé, je ne comprends pas ce que tu veux dire. Pour moi, les $\mu_n$ je dois les trouver pour que ça marche.

    @siméon: Si $\mu$ est à support discret fini, c'est évident. Si le support est infini dénombrable, je m'en sors très bien aussi.
    Le cas qui m'embête c'est quand $\mu$ est à densité.
    Si je prends sur $[0,1]$. Je suppose que $\mu$ est à densité par rapport à la mesure de [large]L[/large]ebesgue $\mu=g \mathrm{d}\lambda$.
    Et là j'arrive à conclure en prenant $ \displaystyle \large {\mu_n=\frac{1}{ \sum\limits_{i=0}^{n-1} g(\frac{i}{n})}\sum_{k=0}^{n-1}g(\frac{k}{n})\delta_{\frac{k}{n}}}$. C'est bien une mesure de probabilité et en utilisant 2 fois les sommes de Riemann, j'obtiens la conclusion. Ça marcherait aussi si le support de $g$ était compact.

    Pour le passage à $\mathbb{R}$ : dans la somme de Riemman Riemann, la condition c'est que le pas de la partition tende vers 0. Mais je ne sais pas ce qu'il se passe si les bornes de l'intégrale bougent.

    Du coup, je pensais utiliser : $ \displaystyle \large{\mu_n=\frac{1}{ \sum\limits_{i=0}^{n-1} g \left( -\sqrt n +\frac{2i}{\sqrt n} \right)}\sum_{k=0}^{n-1}g \left(-\sqrt n +\frac{2k}{\sqrt n }\right)\delta_{-\sqrt n +\frac{2k}{\sqrt n }}}$

    [Riemann (1826-1866) et Lebesgue (1875-1941) méritent tous deux leur majuscule et le respect de leur patronyme. AD]
  • On est d'accord que tu doives les trouver. Là c'est un poil plus explicite que dans tes messages antérieurs, sauf que ce n'est pas trop convaincant. Ca veut dire quoi $g(k/n)$ si $g$ est $L^1$ ? Comment tu traites des mesures sans atomes étrangères à la mesure de Lebesgue ?
  • $g(k/n)$ est la valeur de $g$ en $(k/n)$. $g$ étant une densité, elle est définie en particulier en $(k/n)$, je me trompe ?
    Je connais pas de mesure non discrète et non à densité par rapport a la mesure de Lebesgue. Mais j'avoue que du coup je ne pourrais pas utiliser les sommes de Riemann, et la dans ce cas, je n'ai pas d'idée.
  • Bah, moi j'aurai envie de considérer $\mu_n$ la restriction de $\mu$ à $[-n,n]$ et renormalisée, c'est à dire :

    $$\mu_n (A) = \frac{1}{\mu([-n,n])} \mu( A \cap [-n,n] )$$

    (of course, il faut que $\mu([-n,n]) \neq 0$, mais ça c'est forcément vrai à partir d'un certain $n$)
  • Mais tu n'as pas que $\mu_n \in \mathcal{D}$.
  • Elfaco écrivait :
    > $g(k/n)$ est la valeur de $g$ en $(k/n)$. $g$ étant une densité, elle est définie en particulier en $(k/n)$, je me trompe ?

    Oui, à moins que tu ne n'autorises que des densités continues. Mais les mesures contiennent bien d'autres choses. Le théorème de Radon-Nykodym implique que $\mu$ peut s'exprimer de façon unique comme $\mu=g\lambda+\mu_s$ où $g$ est dans $L^1$ de la mesure de Lebesgue, donc n'a pas de valeur ponctuelles uniquement définies et $\mu_s$ est étrangère à la mesure de Lebesgue. En particulier, rien ne m'interdit de décider que $g(k/n)=0$ pour tous $k$ et $n$. Quant à $\mu_s$, elle est étrangère à $\lambda$, c'est-à-dire qu'elle est portée par un ensemble négligeable pour Lebesgue. Ça ne l'empêche pas de pouvoir être diffuse, c'est-à-dire de ne charger aucun point.

    Bon. Tu me sembles donc un peu loin du compte.
  • Non en effet, $\mu$ est une mesure quelconque. Donc toute mon idée des sommes de Riemann tombe à l'eau, et comme tu dis, je suis loin du compte. Mais alors je n'ai pas la bonne idée, aurais-tu une piste pour m’aiguiller vers la bonne réponse s'il te plaît ? Merci.
  • Tu peux t'inspirer des sommes de Riemann : si $f$ est continue à support dans $]0,1[$, que vaut
    $$
    \lim_{n\to+\infty} \sum_{k=0}^{n-1} f(\tfrac kn) \mu([\tfrac kn,\tfrac{k+1}n[)\ ?
    $$
  • Merci.
    De la même manière que les sommes de Riemann, $$ \lim_{n \to \infty} \sum_{k=0}^{n-1}f\big(\tfrac{k}{n}\big)\mu\big([\tfrac{k}{n},\tfrac{k+1}{n}[\big)=\int_0^1f\mathrm{d}\mu$$. Et ce étant valable pour toute mesure $\mu$, il n'y a plus les problèmes évoqués précédemment.

    Ainsi, dans ce cas où le support de $\mu$ est $]0,1[$, je peux donc prendre $$\large \mu_n= \sum_{k=0}^{n-1}\mu\Big(\Big[\frac{k}{n},\frac{k+1}{n}\Big[\Big)\delta_{\frac{k}{n}}
    $$ Pour le cas ou le support de $\mu$ est $\mathbb{R}$: pour $f$ fonction à support compact, $$ \lim_{n \to \infty} \sum_{k=0}^{n-1}f\Big(-\sqrt n+\frac{2k}{\sqrt n}\Big)\mu\Big(\Big[-\sqrt n+\frac{2k}{\sqrt n},-\sqrt n+\frac{2(k+1)}{\sqrt n}\Big[\Big)=\int_{\mathbb{R}}f\mathrm{d}\mu$$. Je ne suis pas sûr que ca marche puisque le support bouge.

    [En LaTeX, ne pas écrire \sqrt(n) qui ne met que la parenthèse ouvrante sous le radical : $\sqrt(n)$,
    mais écrire \sqrt{n} ou \sqrt n : $\sqrt{n}$. AD]
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