数学工具 - 用概率证明存在性

文摘   2024-08-02 10:05   英国  

内容来自B站PiKaChu345的笔记(BV1Zr421s76m)。原视频还有很多精彩的例子,很有趣的数学问题!

很有趣的一个求解工具!

问题:

当中的 个单位向量,证明存在这样一组整数 使得

思路:

看起来这个还概率没有一点关系,实际上也可以不使用概率用其他方法求解。这里提供一个用概率求解的思路。主要原理为

  • 如果我们要证明存在某个具有性质 的结构 的存在性,我们可以通过把 给随机化,然后使得性质 为一个随机变量 ,从而求其期望 。如果 那么必定使得一个具体的带有性质 的结构 的存在。

基于这个想法,我们看到原题中证明的是存在性,那么就可以想办法把原题的结构随机化,求出来期望满足条件,那么就一定存在一组在该概率空间中的值使得原不等式成立。

解法:

由于原题中的   取值只有 -1,1,那么这里我们可以把 替换为一个随机变量 。 另 服从在-1,1上的 Bernoulli分布,0.5概率取值-1,0.5概率取值1。并且每一个 的分布都是独立的。

那么问题中的左式就是一个随机变量,我们定义

现在只需要证明

根据上述思路,原来的问题就可以得到证明。因为此时至少存在一组随机变量的实现值,使得

接下来求解期望值就很直接的,带入单位向量 v 以及相互独立的 即可得到

取期望得到

得证 


一名搬砖工的日常
个人树洞,记录学习和生活,脚踏实地,迷途未远,来者可追。