Désintégrations régulières, tribus fortes, et probabilités extrémales

ŒUVRES DE LAURENT SCHWARTZ
LAURENT SCHWARTZ
Désintégrations régulières, tribus fortes, et probabilités extrémales
Rev. Colombiana Mat., 8 (1974), p. 39-45.
Extrait des Œuvres de Laurent Schwartz
publiées par la Société mathématique de France, 2011.
Article numérisé dans le cadre du programme
Numérisation de documents anciens mathématiques
http://www.numdam.org/
Revis ta
Colombiana
de
Matemdticas
Volumen VIII (1974),
pdgs.
39-45
DÉSINTÉGRATIONS
RÉGULIÈRES,
TRIBUS
FORTES,
ET PROBABILITÉS
EXTRÉMALES
i
par
Laurent
SCHWARTZ
en hommage et témoignage d'amitié pour le Professeur
Yerly
.
SOMMAIRE
mi
Le but de cet article est de montrer que, dans
ànm
I ensemble convexe des probabilités ayant une
désin-
tégration
donnée par rapport
a
une tribu
donnée,on
t
peut identifier très facilement les
probabilités
extréma-
les,
et que tout élément du convexe est, d'ne manière
unique, une intégrale des probabilités
extrémales
du
'•
I»
»'
convexe.
Il
s'agit donc d'un "théorème de
CHOQUET"
mais sa
démonstration
se fait directement, a la main",
et d'ailleurs on ne se trouve probablement pas dans les
s| ,
-
conditions
d'application
du théorème de CHOQUET.
§1.
Intégrales
de
mesures
disjointes.
PROPOSITION 1. Soient
(X,%),(Z,Z)
deux ensembles munis de
tribus,
2>
dénombrablement séparante
(Le.
tout ensemble réduit a un point est élément de
%,
et il existe une suite (Z )
^
d'éléments de % telle que tout point de Z soit
intersection des
Zn
qui le
contiennent).S
oit
(Xz)z
€ z une
fami^e
<?e
parties deux
à deux disjointes de X, indexée par Z ; on suppose que, pour toute C
€ %t Xçf
z{JCXz
est
élément de % (donc tout
Xz
est élément de
%).
Soit
(kz)z
( z
une
famille de probabilités sur (X,
%),
indexée par Z,
%-
mesurable
(Le.
z
» \z(B)
est
Z-mesurable
pour tout
Bel)
,
^z
portée par
Xz
(Le.
\Z(XZ)
= 1).
Soit
K
m
rensemble
des
probabilités
sur
(X,
%
) qui
s'expriment
comme intégrales
A =
ƒ
h-zfji(dzr
'
,
fi
probabilité
sur (Z, Z ) .
Alors
K
est
convexe,
la
représentation
comme intégrale
est
unique
(X
détermine
pi),
et les
éléments extrémaux
de
Ksont
exactement
les
X^,
zt
Z .
m
Démonstration
1).
Montrons d'abord
que
chaque
A^
est
extrémale
sur
K.Soient
donc
A^
,
A2
e
K,
0
<
/
< 1
,
avec
À^
=
/
À|
f fi
-
/>) À2
.
Prenons
les
mesures
de
Xz€%:
1
=kz(Xz) =
t\1(Xz)+(l-t)k2(Xz)
, donc nécessairement
A/X^j
=
k2(Xz)
= L Mais'
P°ur
l = 1'
2>
Xi(Xz)
= /
Xz^zHi^z'),
et
Xz.(Xz)
= 0
pour
z'
¥
z , donc
A^.
(Xz)
<^
fij(
\z\) donc
\i^
( \ z \ ) =
/x^H z
\ )
=
1,
[i
et /Lt2
sont égales à
§z
,
A^
et
A2
à
À^,
ce qui prouve bien que chaque
A^
est extré-
male.
2) Montrons qu'il n'y a pas d'autres éléments extrémaux. Soit donc A
=
ƒ
A u(dz)
un élément extrémal de K
.On
voit d'abord que
fi
est
ergodique,
c.
z
z
à
d .
donne
à
tout élément
de Z la
mesure
0 ou
1
.
Sinon
il
existerait deux
en-
sembles complémentaires
C^,C2>
de Z,
éléments
de Z ,
avec
\L{C
^)
40,
^{C^
¥
0. On
aurait alors
A
=
I
\zn(dz)
+ I
\z /z
(dz)
= A
+A
.
2
Posons
X.
=
Xr
= U
X„
,
i =
1, 2 . Ce
sont
des
éléments
de
9C,
disjoints;
1 Ci
zeCf.
2
^1
donc
A-
est
portée
par
Xj
, de
même
A2
par
X2
; en
outre
A^fX)
*
A^fXf.j:
¥
0 , et
leur somme
est 1 . On
aurait alors
* =
Vx;Tix7+
Vx>irfe)
•
(1) Pour
les
intégrales
de
mesures, voir
[l]
, § 1 ,
40
ce qui est contraire a l'hypothèse
d'extrémalité
de À dans K . Donc
pi
est bien
ergodique. Mais une mesure ergodique sur une tribu
dénombrablement
séparante est
portée par un seul point. Soit en effet
(Zn)n
€ ^
une suite d'éléments de % sépa-
rant les points; on pourra la supposer stable par complémentarité et réunions et in-
tersections finies. Soit
JN*
l'ensemble des n
e
IV pour lesquels
fi(Z
)
=
1, et
soit Z' =
fi Z
; il est encore de mesure 1 .
n€ÏN'
n
Soit
atZ*.
Si
ii(\a\) =
0, il existe un k
€
IV tel que a
e
Z^t
n(Zk)
=0,
pui»
que a est l'intersection des
Zn
qui le contiennent; alors les
Z^
Z^,n
€
IV), sont
encore de mesure
l>Zn**
%k C ^w>
donc
l'intersection
des
Z^- Z^
n
e
IV', est encore
Z*,ce
qui est impossible puisque a\
Z^-Z^
et
aeZ*.
Donc
fi(\a\)=
1,^=8a,
et alors
A=A^.
3) La représentation
À
= f
\z pt
(dz) d'une mesure X
€ K
est unique. Suppo-
sons en effet que A
=
ƒ
X/
pt^Wz)
, i = 1, 2. Soit
CeE,
Xc=
U
X2,
élément
de % par hypothèse. Alors
\(Xç)
= ƒ
A^fX^J
fi .(f/z)
=
\i .(C)
, donc nécessai-
rement
nJC)
=
pt
(C) ,
\L
et
pu
sont bien égales.
La proposition précédente est donc
tout-â-fait
élémentaire, mais nous allons
l'appliquer â
la
théorie de la désintégration des mesures,
oli
elle va nous donner des
résultats intéressants •
§ 2.
Mesures
ayant une
désintégration
donnée pour une tribu donnée.
Soit
Q
un ensemble muni d'une tribu 0 dénombrablement engendrée, soit G
la tribu universellement mesurable associée a 0 , c. à d. la tribu des parties mesu-
rables pour toute probabilité sur
(îl
, 0 ), et soit
7
une
sous-tribu
de 0 . Soit
A :
co *+
X^
une application de fi dans l'espace des mesures sur (fi
,
0 ),
J-me-
surable (i.e. pour
B e 6
,
co
i->
A.^
(B) est
J
"mesurable). On va étudier toutes les
probabilités À sur (fi , © ) , ayant A comme désintégration relativement
à la
tri-
bu
7
. Comme on ne fait pas d'hypothèse de dénombrabilité sur
J
, cela
n'entraf-
nera pas nécessairement que pour
A-presque
tout
co
,
A^
soit portée par l'atome
41
de
co
dans
3"'
'„
Mais appelons molécule
de co , Mol (co) ,
l'ensemble
des
co
'
pour lesquels
A
•
=
À,
;
alors
les
molécules
de J
forment
une
partition
de
0
, et
^co
Pren^
'a
même
valeur pour tous
les co
d'une molécule.
On
sait
en
outre
que,
si
À
admet
A
comme désintégration
relativement a
J ,
pour
À
-presque tout
co
,
\y
est
portée
par
Mol(co)
.
Soit
7
la
tribu engendrée
par la
fonction
co
i->
À^
, i.e.
par
les
fonctions co
i->
À^
(fl)
,
Bf
Ö;
3* est
dénombrablement
engendrée, comme
0
elle-même.
Manifestement
Je
J, et,
comme
co
h*
À^
est
J-mesurable
par
défi-
nition
de
7,
c'est
aussi
une
désintégration
de À
relativement
à J .
L'atome
de
a>
dans
J
est
jeu';
À^
=
À^
|
,
cJd.
MOKCÙ)
et il est
élément
de
7
puisque
cette tribu
est
dénombrablement engendrée.
La
donnée
de A :
co
i->
À
détermine
la
sous-tribu
J de J , et ses
atomes,
les
molécules
de A .
PROPOSITION
2.
Soient
Q
un
ensemble muni
d'une
tribu
0
dénombrablement
engendré,
7
une
sous-tribu
de la
tribu universellement mesurable
0 , A
.*
co
^
À^
une fonction
sur
0
à
valeurs mesures
> 0 sur
(fl
, 0
),
7
-mesurable. Soit
7
la
tribu engendrée
par co
•->
À^
, et
soit
Mol
(co)*{
co';
À^s
À^
}
#
Soit
Çl'
l'ensem-
ble
des co
pour
lesquelles
À^
est
une
probabilité, portée
par
Mol(co)
,
e/
adme-
ttant
A
comme désintégration relativement
à
? CQ
*
est
peut-être
vide). Soit
J /ö /rz'&tf
induite
par
J sur
Q' .
0»
suppose
J
universellement forte,
i.e. for-
te pour toute mesure
sur
(Q,
0)
^ .
Alors
l'ensemble
K
des
probabilités
sur
(îî
,
Ö
)
admettant
A
comme
désintégration
relativement
à
J
es*
«»
convexe
donc
les
éléments extrémaux sont exactement
les
^œ
,
co
€
Q' , et
toute probabili-
té
À
€ K
es/
intégrale, d'une manière unique,
de ces
probabilités extrémales
:k =
' ' ^
Prohabilitésur
(Q',7'}
'
(2) Voir
[
l]
,
théorème
(2,20
)„
(3)
f
l]
,
corollaire
(2,23).
(4) Voir
f il
,
définition
(3,7
quarto).
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