那条圆上的分布,取决于你怎么切整个球
球面上均匀取一点,问「它在这条大圆的哪儿」——这个问题本身没有答案,除非你先说清把球分成了哪一族。
1933 年那本书第五章的标题是「条件概率与条件数学期望」,而他在序言里说,全书在行家熟悉的那一圈想法之外的东西有三样,「尤其是第五章」。第 2 节的标题干脆就是「一个波莱尔佯谬的解释」。设置很简单:球面上均匀取一点,取一对对径点作两极,于是每条子午圆由经度唯一确定;他特别提醒,因为经度只从 0 跑到 π、也就是考察的是整条子午圆而不是半圆,所以纬度 Θ 必须从 −π 跑到 +π。波莱尔的问题是:已知点落在某条子午圆上,纬度怎么分布?他写道「容易算出」,答案是四分之一乘以余弦的绝对值——不是均匀的。而如果你坚持认为它应该均匀,就得到一个矛盾。他给的解释是这一件的主句:「这件事说明,对一个孤立给出的、概率等于零的假设谈条件概率,是不允许的:只有当这条子午圆被看作整个球面按给定两极分解成子午圆族中的一个元素时,才能在它上面得到 Θ 的一个概率分布。」演示把这句话的另一半也画了出来:同一条大圆,换一族分解就换一个答案。把它看作子午圆族里的一条,密度是带余弦的(两极处所有子午圆挤成一点,密度在那里是零);把它看作与它平行的那一族圆里的一条,密度就是均匀的。要紧的是这不是「带子太宽」造成的假象——两族的面积元都在横向可分离,所以带子多窄都一样,把带宽拖到最小,两条读数照旧岔开。条件概率从此不再是一个数,而是一个随机变量,而且只对一整族分解才说得清。
换一族分解,看同一条圆上的密度怎么变;再把带宽拖到最小,看读数动不动
球面上均匀取一个点。问「已知它落在这条大圆上,它在圆上哪儿」——这个问题本身没有答案,因为那条圆的概率是零。 波莱尔问的正是这个;柯尔莫哥洛夫 1933 年那本书第五章第 2 节给的答案是:要有答案,先说清你把整个球面分成了哪一族。 把这条圆看作子午圆族里的一条(两极落在它上面),密度是 ¼|cos Θ|——两极那里所有子午圆挤成一点,所以密度在那里是 0; 把它看作平行圆族里的一条(两极垂直于它),密度就是均匀的。 同一个球面、同一个均匀测度、同一条圆,两个答案。 现在这一档 P(|Θ| ≤ π/4) = 0.353553, 换一族分解是 0.250000。 要紧的是这不是「带子太宽」造成的:两族的面积元都在横向可分离, 所以无论 δ 多小,两条密度一分都不变——把滑块拖到底,两条带子缩到同一条圆上, 读数照旧岔开。他的原话是:对一个孤立给出的、概率等于零的假设谈条件概率,是不允许的。
