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基数效用函数的存在性定理:如果选择集上的偏好关系满足公理-,则上存在效用函数,满足:
(1)
(2)
(3)对任意的,,等式:
注:(1)上面的第三个结论是主要结论。当我们将结果定义为随机变量:
时,结论(3)的可写为:
这里左边的是结果的效用(不是随机变量的函数),右边的则是它的值。
(2)该定理的证明与序数效用函数的存在性定理的证明思路相同,效用函数的构造方法也相同;主要在于证明第三个结论成立,这一点可以从效用函数的定义直接验证。
(3)如果也是满足上面三个条件的效用函数,则存在常数和,使得:
对任意的成立。因此,在忽略正线性变换的情况下,基数效用函数是唯一的。下面我们证明这个结论:由条件(3),我们有下面的等式:
其中(公理);类似的:
从两个等式中消去即得结论。
(4)如果我们将任意的还原为的形式,上面的结论仍成立。
下面我们考虑两种更一般的情况:
一种是的输出结果是有限的,用表示;另一种是中的选择是同一个样本空间(一般取)上的连续型随机变量。
对种情况,我们假定上面的公理-成立,则有如下结论:对任意的选择:
,
存在基数效用函数满足:。
对第二种情况,为了得到上类似的结论,我们需要增加下面的公理:
公理:设,则:。
公理:对任意的,如果成立,则存在使得:
注:的含义是效用函数在选择处的值;公理称为公理。
我们不加证明的引入下面的结论:
定理:如果满足前面的假定及公理-,则存在基数效用函数:,满足:
其中:为出现结果时的效用。
注:上面的称为效用函数。需要指出的是:上式等号右边的的含义是随机变量的函数,与左边的含义不同。本书假定效用函数都是效用函数。
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