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第四单元(下):给定全部 distal 参数后的条件分布

上篇构造了选取分布 λY\lambda_Y,并证明其单坐标边缘和不变性。本篇讨论 B Proposition 3.2 的第 (2)、(3) 项及 Lemma 3.3,原文 pp.9–10:为什么全参数分布不受选长度影响,为什么每个真子集的状态在给定全部参数后仍具有乘积条件分布。

本篇使用 B Proposition 2.2 所列结构结果和 Lemma 2.1 的至多三重逐点收敛作为明确假设。条件分布的推导在这些假设下展开;这里不把 Furstenberg–Zimmer 结构理论、非遍历 distal 逐点版本及其全部文献证明重新证明一遍。

1. 结构概念与所用结果

1.1 相对弱混合

对应 B §2.2,p.4,式 (2.2)。

设 (Y,m,R)(Y,m,R) 是标准可逆保概率系统,B\mathcal B 是在 RR 与 R−1R^{-1} 下保持不变的因子 σ\sigma-代数。扩张 Y→BY\to\mathcal B 相对弱混合,指对有界函数 f,gf,g,只要 E(f∣B)=0\mathbb E(f\mid\mathcal B)=0,就有

1H∑h=1H∥E[f(g∘Rh)∣B]∥22⟶0.(RWM) \frac1H\sum_{h=1}^{H} \left\|\mathbb E\bigl[f(g\circ R^h)\mid\mathcal B\bigr]\right\|_2^2 \longrightarrow0. \tag{RWM}

它控制的是去除因子上可预测部分后的平均条件相关。这里仍保留时间平均,不是逐个时间的相关衰减断言。

1.2 相对紧与 measure-distal

对应 B p.4,式 (2.2) 之后的定义。

对有限个 F1,…,Fr∈L2(m)F_1,\ldots,F_r\in L^2(m),考虑有限生成的 L∞(B)L^\infty(\mathcal B)-模块

M={∑j=1rajFj:aj∈L∞(B)}. \mathcal M=\left\{\sum_{j=1}^{r}a_jF_j:a_j\in L^\infty(\mathcal B)\right\}.

若与 RR、R−1R^{-1} 复合都保持这个空间,称其不变。扩张相对紧,指所有这类不变有限生成模块的线性张成在 L2(m)L^2(m) 中稠密。各个模块本身不要求在 L2L^2 中闭;闭包在最后取。

相对 distal 扩张由相对紧扩张和逆极限逐层构成。未指定基底时,distal 指相对于平凡因子。这里是测度论定义,没有给 YY 另选距离,也不以某个点对距离的性质代替它。定义允许非遍历系统;例如恒等变换保持每个一维子空间,因而是紧系统。

1.3 B Proposition 2.2 的准确使用范围

原文位置:B pp.4–6,Proposition 2.2 的五项及其后的流版本。

本篇引用以下结构结果,均不附加遍历性假设。

  1. 每个标准系统有最大 measure-distal 因子 WYW_Y,包含不变因子;Y→WYY\to W_Y 相对弱混合。扩张上的最大 distal 因子包含旧 distal 因子的拉回。与变换交换的保测自同构保持 WYW_Y。
  2. distal 系统的因子及连接仍为 distal;一个 distal 系统在其任意因子上相对 distal。对每个非零整数 qq,变换 RR 为 distal 当且仅当 RqR^q 为 distal。
  3. 相对弱混合传到非零整数幂;在任意不变基底连接之上,给各扩张的纤维取条件乘积,所得扩张仍相对弱混合。
  4. 同一基底上的相对弱混合扩张和相对 distal 扩张相对不交:任何保持基底坐标相同的不变连接,只能是给定基底后相互独立的连接。
  5. 对 distal 变换 RR、任意固定 d≥1d\ge1 和有界函数 g1,…,gdg_1,\ldots,g_d,
1N∑n=1N∏j=1dgj(Rjny) \frac1N\sum_{n=1}^{N}\prod_{j=1}^{d}g_j(R^{jn}y)

几乎处处收敛;没有断言一般极限是积分乘积。

对于保概率流 SYtS_Y^t,时间一映射的最大 distal 因子 WYW_Y 被整个流保持,而且其任意非零有理时间作用都是 distal。这里关于因子作用的断言按固定时间、模零意义理解;时间积分始终在原始联合 Borel 流 YY 上计算。

B 将存在性和相对结构归于 Furstenberg–Zimmer 理论及所引文献,并在 pp.5–6 讨论这些稳定性性质。第 (5) 项的遍历情形来自 Huang–Shao–Ye Theorem C;B p.6 另作非遍历分解说明。因此,单独引用 HSY 的遍历定理,还不能自动代替本篇所需的完整非遍历版本。

2. 相对弱混合为何允许 L2L^2 替换

对应 B Lemma 2.3,pp.6–7,式 (2.4)。这段范数证明可以在式 (RWM) 及其幂稳定性下独立展开。

2.1 完整陈述

若 Y→BY\to\mathcal B 相对弱混合,a1,…,ada_1,\ldots,a_d 是两两不同的非零整数,gig_i 有界,则

∥1N∑n=1N[∏i=1dgi∘Rain−∏i=1dE(gi∣B)∘Rain]∥2⟶0.(Replace) \left\|\frac1N\sum_{n=1}^{N} \left[ \prod_{i=1}^{d}g_i\circ R^{a_in} -\prod_{i=1}^{d}\mathbb E(g_i\mid\mathcal B)\circ R^{a_in} \right]\right\|_2\longrightarrow0. \tag{Replace}

望远镜展开将两个乘积之差写成有限和,每一项至少有一个函数的 B\mathcal B-条件均值为零。缩放这些有限项后,只需证明:当 ∣gi∣≤1|g_i|\le1,且某个 gsg_s 满足 E(gs∣B)=0\mathbb E(g_s\mid\mathcal B)=0 时,原乘积平均在 L2L^2 中趋于零。

2.2 固定相关间隔后,把因子数减少一

采用对第一变量线性的复内积。令

vn=∏i=1dgi∘Rain,qi,h=(gi∘Raih)gi‾. v_n=\prod_{i=1}^{d}g_i\circ R^{a_in}, \quad q_{i,h}=(g_i\circ R^{a_ih})\overline{g_i}.

固定 h≥1h\ge1,用保测性同时平移 −asn-a_sn,得到

⟨vn+h,vn⟩=∫Yqs,h∏i≠sqi,h∘R(ai−as)n dm. \langle v_{n+h},v_n\rangle =\int_Yq_{s,h}\prod_{i\ne s} q_{i,h}\circ R^{(a_i-a_s)n}\,\mathrm{d}m.

对因子数归纳。差斜率 ai−asa_i-a_s 两两不同且非零,所以归纳假设把平均中的其余函数替换为其 B\mathcal B-条件期望,误差在 L2L^2 中趋于零。与固定有界 qs,hq_{s,h} 配对后,该误差的积分也趋于零。

替换后的其余乘积是 B\mathcal B-可测且绝对值不超过 11,因此

lim sup⁡N→∞∣1N∑n=1N−h⟨vn+h,vn⟩∣≤∥E(qs,h∣B)∥1.(Corr) \limsup_{N\to\infty} \left|\frac1N\sum_{n=1}^{N-h}\langle v_{n+h},v_n\rangle\right| \le\|\mathbb E(q_{s,h}\mid\mathcal B)\|_1. \tag{Corr}

固定 hh 时删去末尾 hh 项只造成 O(h/N)O(h/N) 误差。若 d=1d=1,没有其余乘积,式 (Corr) 直接成立。这给出归纳起点。

这里没有要求相关的 Cesàro 极限存在;一个上极限界已经足够。

2.3 有限 Hilbert 空间不等式如何使用上极限

第一单元的有限估计,在固定 HH 后令 N→∞N\to\infty,再用式 (Corr),给出

lim sup⁡N→∞∥1N∑n=1Nvn∥22≤1H+2H∑h=1H−1∥E(qs,h∣B)∥1. \limsup_{N\to\infty}\left\|\frac1N\sum_{n=1}^{N}v_n\right\|_2^2 \le\frac1H+ \frac2H\sum_{h=1}^{H-1}\|\mathbb E(q_{s,h}\mid\mathcal B)\|_1.

因为 E(gs‾∣B)=0\mathbb E(\overline{g_s}\mid\mathcal B)=0,相对弱混合用于 RasR^{a_s} 给出

1H∑h=1H∥E(qs,h∣B)∥22⟶0. \frac1H\sum_{h=1}^{H} \|\mathbb E(q_{s,h}\mid\mathcal B)\|_2^2\longrightarrow0.

由概率空间上的 ∥u∥1≤∥u∥2\|u\|_1\le\|u\|_2,再对 hh 使用 Cauchy–Schwarz,便有

1H∑h=1H∥E(qs,h∣B)∥1≤[1H∑h=1H∥E(qs,h∣B)∥22]1/2⟶0. \frac1H\sum_{h=1}^{H} \|\mathbb E(q_{s,h}\mid\mathcal B)\|_1 \le \left[\frac1H\sum_{h=1}^{H} \|\mathbb E(q_{s,h}\mid\mathcal B)\|_2^2\right]^{1/2} \longrightarrow0.

最后 H→∞H\to\infty,证明中心化乘积的平均趋于零,进而由有限望远镜展开得到式 (Replace)。

2.4 条件期望与流时间平移交换

设因子 B\mathcal B 被每个 SYtS_Y^t 保持。对固定 tt,有

E(G∘SYt∣B)=E(G∣B)∘SYt. \mathbb E(G\circ S_Y^t\mid\mathcal B) =\mathbb E(G\mid\mathcal B)\circ S_Y^t.

证明只需对任意有界 B\mathcal B-可测函数 HH 测试:把左边的积分写为 ∫G(H∘SY−t) dmY\int G(H\circ S_Y^{-t})\,\mathrm{d}m_Y,再用 H∘SY−tH\circ S_Y^{-t} 仍然 B\mathcal B-可测及保测换元,即得到右边的积分。

因此,式 (Replace) 可传到确定长度的连续平均。写 t=n+st=n+s、0≤s<10\le s<1,对每个固定 ss 应用于函数 Gi∘SYaisG_i\circ S_Y^{a_is}。每个 ss 的 L2L^2 误差趋于零,误差又有统一的有界函数范数控制。Minkowski 不等式及 ss 上的支配收敛使积分后的 L2L^2 误差趋于零;末尾不足一个单位区间造成 O(L−1)O(L^{-1}) 误差。

此结论针对确定的长度 LL。不能直接把它套到依点选择的 Na(y)N_a(y) 上;下一节先用逐点收敛消去选择,再使用这个范数替换。

3. 离散逐点收敛如何传到全部连续长度

对应 B p.10,Proposition 3.2 证明中讨论参数分布和真子集分布的两个段落。

3.1 时间分解中的 Fubini 次序

设某个系统 (Z,ν,R)(Z,\nu,R) 上已知固定斜率乘积平均的逐点收敛。现在 R=SZ1R=S_Z^1 来自流,固定有界 GiG_i。对每个固定 s∈[0,1)s\in[0,1),将逐点定理用于移位函数 Gi∘SZisG_i\circ S_Z^{is},得到

1N∑n=0N−1∏iGi(SZi(n+s)z) \frac1N\sum_{n=0}^{N-1}\prod_iG_i(S_Z^{i(n+s)}z)

对几乎每个 zz 收敛。

由于流联合可测,Cauchy 失败集合可由这些可测有限和的可数并交写出,故在 Z×[0,1)Z\times[0,1) 中可测。对每个固定 ss,该集合的 zz-截面测度为零;Fubini 因而说明,对几乎每个 zz,平均对几乎每个 ss 收敛。

求和项有统一上界,故对这样的 zz 可在 ss 上用支配收敛。注意

1N∫0N∏iGi(SZitz) dt=∫011N∑n=0N−1∏iGi(SZi(n+s)z) ds. \frac1N\int_0^N\prod_iG_i(S_Z^{it}z)\,\mathrm{d}t =\int_0^1\frac1N\sum_{n=0}^{N-1} \prod_iG_i(S_Z^{i(n+s)}z)\,\mathrm{d}s.

所以连续平均先沿整数长度收敛。长度 LL 与 ⌊L⌋\lfloor L\rfloor 之间的归一化和末段误差为 O(L−1)O(L^{-1}),从而得到全部实数长度收敛。

3.2 为什么任意趋于无穷的选取长度给出同一个极限

上述结论是在每个良好起点上,对全部实数 L→∞L\to\infty 成立。因此无论 Na(z)N_a(z) 怎样依赖该起点,只要 Na(z)→∞N_a(z)\to\infty,它都趋于同一个逐点极限。

有界收敛再说明:先按确定长度取极限的积分,与沿选择长度取极限的积分相同。这里先建立逐点结论再允许选取长度,不能仅由一个无速率的 L2L^2 结论作同样推断。

4. 全参数分布由确定长度平均决定

4.1 参数与条件测度

令 ωY:Y→WY\omega_Y:Y\to W_Y 是时间一映射的最大 distal 因子,νY=(ωY)∗mY\nu_Y=(\omega_Y)_*m_Y。在标准空间上选取正则条件概率,使

mY=∫WYmY,w dνY(w). m_Y=\int_{W_Y}m_{Y,w}\,\mathrm{d}\nu_Y(w).

给定 λY\lambda_Y 上的状态 (yi)i∈I(y_i)_{i\in I},定义

Pi=ωY(yi),P=(Pi)i∈I,ΛY=Law⁡λY(P). P_i=\omega_Y(y_i), \quad P=(P_i)_{i\in I}, \quad \Lambda_Y=\operatorname{Law}_{\lambda_Y}(P).

条件概率在 νY\nu_Y-零测集外确定即可;因为每个 PiP_i 的边缘为 νY\nu_Y,任意版本差异在有限个坐标上的影响仍为 ΛY\Lambda_Y-零测。

4.2 Proposition 3.2(2) 的完整表述与推导

对每个固定有界 Hi:WY→CH_i:W_Y\to\mathbb C,原稿式 (3.5) 为

∫WY4∏i=14Hi(wi) dΛY=lim⁡L→∞∫Y1L∫0L∏i=14Hi(ωY(SYity)) dt dmY(y).(Parameter) \int_{W_Y^4}\prod_{i=1}^{4}H_i(w_i)\,\mathrm{d}\Lambda_Y =\lim_{L\to\infty}\int_Y\frac1L\int_0^L \prod_{i=1}^{4}H_i(\omega_Y(S_Y^{it}y)) \,\mathrm{d}t\,\mathrm{d}m_Y(y). \tag{Parameter}

右边是确定长度的极限,不是超滤极限。

理由是 WYW_Y 为 distal。为避免预设一个对全部实时间同时严格等变的因子模型,直接在原流上定义

Gi,s(y)=Hi(ωY(SYisy)),s∈[0,1). G_{i,s}(y)=H_i(\omega_Y(S_Y^{is}y)), \quad s\in[0,1).

对每个固定 ss,因子在这个时间下保持不变,所以 Gi,sG_{i,s} 是一个 WYW_Y-可测函数类。选择它在 WYW_Y 上的有界代表元,对时间一因子变换应用 distal 离散逐点定理,再拉回到 YY,便得到

1N∑n=0N−1∏i=14Hi(ωY(SYi(n+s)y)) \frac1N\sum_{n=0}^{N-1} \prod_{i=1}^{4}H_i(\omega_Y(S_Y^{i(n+s)}y))

对几乎每个 yy 收敛。此处只有可数个整数 nn,固定 ss 后可删除相应的可数并零测集。

这些有限和本身在 (s,y)(s,y) 上联合可测,来自原始流 SYS_Y 及 Borel 版本的 ωY\omega_Y。因此 Fubini 在 Y×[0,1)Y\times[0,1) 上应用,第三节的时间分解给出全部连续长度的逐点收敛。不需要让所选的因子代表元随 ss 联合可测,也不需要另造全实时间的点态因子作用。

沿 Na(πYy)N_a(\pi_Yy) 取值,仍具有同一个逐点极限。对积分使用有界收敛,再对照上篇的式 (Selected),即得到式 (Parameter)。

因此,虽然选择可能改变四个完整状态的联合分布,它不能改变这里全部 distal 参数的确定长度分布。

5. 先给定真子集自己的参数

5.1 真子集分布先消去选择长度

固定非空真子集 J⊊IJ\subsetneq I。B Lemma 2.1 保证 YY 上斜率 i∈Ji\in J 的逐点收敛,不要求 YY 混合。第三节时间分解于是说明,该真子集的选取分布等于确定长度的联合分布。

此时才在确定长度平均上使用式 (Replace),把每个状态函数 GiG_i 换成

G‾i(w)=∫YGi(y) dmY,w(y)=E(Gi∣WY)(w). \overline G_i(w)=\int_YG_i(y)\,\mathrm{d}m_{Y,w}(y) =\mathbb E(G_i\mid W_Y)(w).

这里的横线表示因子上的条件平均,不表示复共轭。

5.2 带参数权重的等式

对每个 i∈Ji\in J,再取有界参数函数 hih_i。对状态函数

Gi(y)hi(ωY(y)) G_i(y)h_i(\omega_Y(y))

重复上一段,其条件期望为 G‾i(w)hi(w)\overline G_i(w)h_i(w)。因而

∫∏i∈JGi(yi)hi(Pi) dλY=∫∏i∈JG‾i(Pi)hi(Pi) dλY. \int\prod_{i\in J}G_i(y_i)h_i(P_i)\,\mathrm{d}\lambda_Y = \int\prod_{i\in J}\overline G_i(P_i)h_i(P_i)\,\mathrm{d}\lambda_Y.

有限线性组合的参数乘积生成 PJ=(Pi)i∈JP_J=(P_i)_{i\in J} 的 σ\sigma-代数。由有界单调类论证,参数权重可换成任意有界 H(PJ)H(P_J)。因此

EλY[∏i∈JGi(yi)∣PJ]=∏i∈JG‾i(Pi).(Subarray) \mathbb E_{\lambda_Y}\left[\prod_{i\in J}G_i(y_i)\mid P_J\right] =\prod_{i\in J}\overline G_i(P_i). \tag{Subarray}

由于空间标准,可先对生成 Borel σ\sigma-代数的可数代数中的指示函数建立这些等式,在一个共同满测参数集上确定条件概率,再延伸到所有有界可测函数。于是式 (Subarray) 等价于

Law⁡λY((yi)i∈J∣PJ)=⨂i∈JmY,Pi. \operatorname{Law}_{\lambda_Y}((y_i)_{i\in J}\mid P_J) =\bigotimes_{i\in J}m_{Y,P_i}.

5.3 这一结论还不是原文式 (3.6)

式 (Subarray) 只给定了真子集自己的参数 PJP_J。原文要求给定全部参数 PP,包含 JJ 外的参数。一般而言,增加条件信息可以破坏独立性,所以不能直接把条件栏中的 PJP_J 改成 PP。下一节使用相对不交性完成这一步。

6. 相对不交性把条件从真子集参数扩充到全部参数

对应 B p.10,Proposition 3.2 证明最后一段,结论为式 (3.6)。

6.1 真子集状态是其参数上的相对弱混合扩张

记 ΛJ\Lambda_J 为 PJP_J 的分布。第五节已经确定真子集状态的测度为

λJ=∫WYJ⨂i∈JmY,wi dΛJ((wi)i∈J). \lambda_J =\int_{W_Y^J}\bigotimes_{i\in J}m_{Y,w_i}\,\mathrm{d}\Lambda_J((w_i)_{i\in J}).

它在不同速度的时间一作用 (SYi)i∈J(S_Y^i)_{i\in J} 下不变。每个 Y→WYY\to W_Y 对 SYiS_Y^i 相对弱混合,因而由结构结果 §1.3(3),(YJ,λJ)→(WYJ,ΛJ)(Y^J,\lambda_J)\to(W_Y^J,\Lambda_J) 相对弱混合。

这个特定条件乘积结论可以直接从条件相关计算看出。令

F=a(w)∏i∈Jfi(yi),G=c(w)∏i∈Jgi(yi), F=a(w)\prod_{i\in J}f_i(y_i), \quad G=c(w)\prod_{i\in J}g_i(y_i),

其中所有函数有界,至少一个 fsf_s 满足 E(fs∣WY)=0\mathbb E(f_s\mid W_Y)=0。给定全部基底参数 w=(wi)i∈Jw=(w_i)_{i\in J},纤维本来就是乘积,故条件相关为

E[F(G∘RJh)∣w]=a(w)c(RWhw)∏i∈JE[fi(gi∘SYih)∣WY](wi), \mathbb E[F(G\circ R_J^h)\mid w] =a(w)c(R_W^hw) \prod_{i\in J} \mathbb E[f_i(g_i\circ S_Y^{ih})\mid W_Y](w_i),

其中 RJ=(SYi)i∈JR_J=(S_Y^i)_{i\in J}、RW=(SWYi)i∈JR_W=(S_{W_Y}^i)_{i\in J}。

把其他有界因子估成常数,其平方 L2(ΛJ)L^2(\Lambda_J) 范数由第 ss 个因子的平方 L2(νY)L^2(\nu_Y) 范数控制。这里只用 ΛJ\Lambda_J 的第 ss 个边缘为 νY\nu_Y,不要求参数彼此独立。对 hh 取 Cesàro 平均后,该项由相对弱混合趋于零。

一般的有界、条件均值为零函数,可用有限张量和减去其基底条件期望来作 L2L^2 逼近。每个张量减去条件均值后,望远镜展开成至少一个因子条件中心化的项。逼近误差在时间上有统一控制,例如

∥E[(F−F0)(G∘RJh)∣w]∥2≤∥G∥∞∥F−F0∥2. \|\mathbb E[(F-F_0)(G\circ R_J^h)\mid w]\|_2 \le\|G\|_\infty\|F-F_0\|_2.

逼近的次序可以明确固定:先选中心化有限张量和 F0F_0,使 ∥F−F0∥2\|F-F_0\|_2 小;随后固定这个有界的 F0F_0,按 ∥F0∥∞\|F_0\|_\infty 选取有界有限张量和 G0G_0,使 ∥G−G0∥2\|G-G_0\|_2 足够小。恒等式

F(G∘RJh)−F0(G0∘RJh)=(F−F0)(G∘RJh)+F0((G−G0)∘RJh) F(G\circ R_J^h)-F_0(G_0\circ R_J^h) =(F-F_0)(G\circ R_J^h)+F_0((G-G_0)\circ R_J^h)

结合 RJR_J 保测和条件期望的 L2L^2 压缩性,给出与 hh 无关的误差上界

∥G∥∞∥F−F0∥2+∥F0∥∞∥G−G0∥2. \|G\|_\infty\|F-F_0\|_2 +\|F_0\|_\infty\|G-G_0\|_2.

先对有限张量和取时间平均极限,再使这两个误差趋于零,即得到式 (RWM)。这不要求所有近似张量有一个未加说明的共同 L∞L^\infty 上界。

6.2 全参数系统是同一基底上的相对 distal 扩张

全参数系统为 (WYI,ΛY)(W_Y^I,\Lambda_Y),时间一作用是 (SWYi)i∈I(S_{W_Y}^i)_{i\in I}。每个坐标系统都是 distal;ΛY\Lambda_Y 的单坐标边缘为 νY\nu_Y,并在该乘积作用下不变,所以它是这些 distal 系统的一个连接。

由结构结果 §1.3(2),这个全参数系统仍为 distal,并且在它的因子 (WYJ,ΛJ)(W_Y^J,\Lambda_J) 上相对 distal。

至此得到同一基底上的两条扩张:一条是 JJ 个完整状态组成的相对弱混合扩张;另一条是全部参数组成的相对 distal 扩张。

6.3 原选取分布给出了这两条扩张的一个连接

把 λY\lambda_Y 推到

((yi)i∈J,(Pi)i∈I) \bigl((y_i)_{i\in J},(P_i)_{i\in I}\bigr)

的联合分布。这两个部分在 JJ 个参数上恰好相同;联合分布在对应的时间一作用下不变。

结构结果 §1.3(4) 的相对不交性因此适用:这个连接只能在给定 PJP_J 后相互独立。

若记 ΛY(dP∣PJ)\Lambda_Y(\mathrm{d}P\mid P_J) 为全参数在给定子数组后的条件分布,则联合分布必须为

∫[⨂i∈JmY,wi(dyi)]ΛY(dP∣PJ=wJ) dΛJ(wJ).(Join) \int \left[\bigotimes_{i\in J}m_{Y,w_i}(\mathrm{d}y_i)\right] \Lambda_Y(\mathrm{d}P\mid P_J=w_J) \,\mathrm{d}\Lambda_J(w_J). \tag{Join}

这一步所用的相对不交性是明确引用的结构定理;前两小节负责逐项核实它在这里的假设。

6.4 再给定全部参数后的条件概率

式 (Join) 中,JJ 个状态的条件分布只依赖 PJP_J,不依赖其余参数。因此,对任意有界 H(P)H(P) 和有界状态函数 GiG_i,

∫H(P)∏i∈JGi(yi) dλY=∫H(P)∏i∈J[∫YGi(y) dmY,Pi(y)] dΛY(P). \begin{aligned} &\int H(P)\prod_{i\in J}G_i(y_i)\,\mathrm{d}\lambda_Y\\ &\quad= \int H(P)\prod_{i\in J} \left[\int_YG_i(y)\,\mathrm{d}m_{Y,P_i}(y)\right] \,\mathrm{d}\Lambda_Y(P). \end{aligned}

按条件期望的定义,这等价于

EλY[∏i∈JGi(yi)∣P]=∏i∈JG‾i(Pi). \mathbb E_{\lambda_Y}\left[\prod_{i\in J}G_i(y_i)\mid P\right] =\prod_{i\in J}\overline G_i(P_i).

再由标准空间上的可数生成代数确定条件概率,得到原文式 (3.6):

Law⁡λY((yi)i∈J∣P)=⨂i∈JmY,Pi.(Full) \operatorname{Law}_{\lambda_Y}((y_i)_{i\in J}\mid P) =\bigotimes_{i\in J}m_{Y,P_i}. \tag{Full}

空的 JJ 只给出空乘积为 11 的平凡陈述。结论没有包括 J=IJ=I;完整四状态的相关可以仍然非零。

7. 归一化后的参数为何仍在最大 distal 因子中

对应 B Lemma 3.3,p.10,紧接式 (3.7)。

回到上篇的归一化流

Mb(Y)=(Y4,λY,(yi)i↦(SYit/byi)i),b∈I. M_b(Y)=\left(Y^4,\lambda_Y, (y_i)_i\mapsto(S_Y^{it/b}y_i)_i\right), \quad b\in I.

第 ii 个参数的时间一作用是 SWYi/bS_{W_Y}^{i/b}。这个有理时间作用为 distal:若 r=p/q≠0r=p/q\ne0,则

(SWYp/q)q=SWYp. (S_{W_Y}^{p/q})^q=S_{W_Y}^p.

右边是 distal 时间一作用的整数幂,因此 distal;再用“一个变换 distal 当且仅当其非零整数幂 distal”,推出左边的底层变换 SWYp/qS_{W_Y}^{p/q} 也 distal。

全参数数组是这些有理速度 distal 系统的一个不变连接,所以它自身为 distal 因子。最大性于是说明,它属于 Mb(Y)M_b(Y) 时间一映射的最大 distal 因子。

继续迭代时,旧的 distal 因子拉回到扩张上,仍包含在新的最大 distal 因子中。逐次应用这一性质,便得到 Lemma 3.3 对每次有限迭代中原参数数组的结论。

相位参数也在这类因子中。例如单位屋顶悬挂的时间一映射保留相位 uu,所以相位因子是恒等作用,属于紧系统。上篇保留正相关所用的相位权重,因而可以作为完整 distal 参数的一个函数使用。

8. 推导顺序与剩余依赖

本段的顺序不能交换。

  1. 用至多三重逐点收敛,先证明真子集的选择长度分布等于确定长度分布。
  2. 对确定长度平均使用相对 L2L^2 替换,得到给定该子集自身参数的条件乘积。
  3. 证明这一状态系统对参数子数组相对弱混合,而完整参数系统对同一子数组相对 distal。
  4. 用相对不交性把条件信息从子数组扩充到整个参数数组。

仅有第二步的条件乘积,并不能直接推出第四步。也不能把相对 L2L^2 替换直接放进随起点变化的长度中。

尚需另外核验的结构部分是 B Proposition 2.2 的完整适用范围,特别是非遍历 distal 逐点版本和相对不交性,以及 B Lemma 2.1 所用的解析证明。本篇没有使用“普通 mixing 推出所有有限阶 mixing”;那项配套结论将在后面保持辅助组结构时单独出现。

原文与前置文献

  • B p.4,式 (2.2) 及其后定义:相对弱混合、有限生成模块、相对紧与相对 distal。
  • B pp.4–6,Proposition 2.2:本篇逐项引用的结构结果。
  • B pp.6–7,Lemma 2.3,式 (2.4):相对 L2L^2 替换及连续时间版本。
  • B pp.9–10,Proposition 3.2(2)(3),式 (3.5)–(3.6):全参数分布与完整条件信息。
  • B p.10,Lemma 3.3:归一化后参数的 distal 性及有限迭代。

Huang–Shao–Ye 的 Pointwise convergence of multiple ergodic averages and strictly ergodic models,arXiv:1406.5930v2,Theorem C,p.2,假设为 Lebesgue 概率空间上的可逆、遍历、measure-distal 系统。其结论是任意固定有限阶平均几乎处处收敛,不要求乘积极限;非遍历推广是 B 中另需说明的部分。

Jamneshan 的 An uncountable Furstenberg–Zimmer structure theory,arXiv:2103.17167v4,Theorem 4.1(ii)',p.24,给出用不变有限生成 L∞L^\infty-模块描述相对紧扩张的形式。其陈述对这些模块取并后再作 L2L^2 闭包,不要求单个模块已经闭。这里核对了这一表述,不把该文及 B 的全部结构推论视为已在本专题独立证明。