книги / Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы
..pdf
|
§ 7. УРАВНЕНИЯ С ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ |
211 |
|
.... ЛГ*(0 |
), ср(£)], |
определенных на вероятностном |
пространстве |
(И, Г , Р) |
с потоком |
(£Г,),&0, таких, что |
|
(I)X(t) — D-значный непрерывный (@~,)-согласованный про
цесс;
(II)cp(t)— непрерывный (^“^-согласованный возрастающий
Процесс такой, что ф(0 ) = 0 и t
|
|
j |
Ion {X (.?)) d(p (s) = |
fp (t), |
f > 0 , |
n . |
H .; |
||
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
(III) |
{B(l), |
M(t)i — система |
элементов |
из |
~#р,ос таких, что |
||||
<В\ BJ> (t)= 8 hjl, |
<Я\ M'>(t) = |
0 и <М‘, |
Ж"‘>(0 = б„„ф(0; |
||||||
(IV) |
с BepoHTiiocTJ>i() единица |
|
|
|
|
||||
|
|
|
г |
I |
|
|
|
I |
|
х : (t) = |
X l (0 ) + |
S |
f (ft (X (* ))/. (X (s)) dB" (s) +lb\X (s))Ij,{X(s))ds + |
||||||
|
|
|
|
0 |
D |
|
|
0 |
|
+ |
2 |
f r l ( X ( , - ) ) I o v ( X ( s ) ) d M l ( s ) + f |
HX(s))r»n |
( X ( * ) ) d q > ( * ) t |
|||||
|
I_t D |
|
|
|
*' |
|
|
|
|
|
/=J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 ,2 , |
— 1 |
X'1= |
Xd(0) + |
|
|
|
|
|
|
(7.8)' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
( |
|
|
|
|
l |
|
|
|
+ 2 |
\а)! (X (S)) I . (X («)) dDh (S) + |
|
b_i1 |
n |
U |
( Ь" (X («)) 7 о (X («)) ds + cp (t), |
|
• |
JJ |
n |
|
( |
|
f p ( X |
( s))d cp (,). |
0 |
|
О п р е д е л е н и е 7.4. Скажем, что выполняется условие единст венности решений для уравнения (7.8), если для любых двух ре шений I и I ' с одинаковыми начальными распределениями совпа дают вероятностные законы процессов*) X —(X(t)) и X ' = (X'(t))
на (W (D ), 3S(W(D))).
Следующую теорему можно доказать почти таким же путем, как
итеорему 6 .1 .
Те о р е м а 7.1. Пусть, так же как и выше, заданы дифференци альный оператор А и граничный оператор Р с дополнительным ус ловием р ( х ) = 1 , и выберем непрерывные а и т, удовлетворяющие условиям (7.6) и (7.7). Тогда (Л, L)-диффузия {Рх, х е .!)} сущест вует и единственна в том и только в том случае, если для всякой вероятности р на (D, 38(D)) существует решение уравнения (7.8)
такое, что вероятностный закон величины Х(0) совпадает с р и
*) Иногда сам процесс X = (X (t)) будем называть решением уравне ния (7.8).
212 |
ГЛ. XV. СТОХАСТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|
выполняется условие единственности решений для уравнения |
(7.8). |
||
Рх — вероятностный закон на |
(W (I)), 3t(\V (О))) решения |
X (t) |
|
уравнения (7.8) с Х ( 0 ) = х . |
|
|
|
Т е о р е м а |
7.2. Предположим относительно коэффициентов урав |
||
нения (7.8), |
что о, 6 , т, (1, р |
удовлетворяют следующим условиям: |
о и Ь ограничены и липшицевы па D, ти § ограничены и литипцевы на дО, а р ограничена и непрерывна на дD. Кроме того, пред положим, что а удовлетворяет условию
a,hl (.г) = 2 |
И Oh(г) > с, r e дО, |
(7.9) |
л=1 |
|
|
для некоторой положительной постоянной с. Тогда для любой веро ятности р на (/), 38(D)) существует такое решение Х(1), что за кон распределения случайной величины Х(0) совпадает с р. Более
того, |
выполняется условие единственности решений |
для |
уравне |
ния |
(7.8). |
L) с |
р (х) = { |
С л е д с т в и е . Для заданной пары операторов (Л, |
предположим, что можно выбрать а и т для некоторых г и s та ких, что выполняются условия (7.6) и (7.7), а а, b, т, р удовлет воряют предположениям теоремы 7.2. Тогда существует единствен ная (Л, Ь)-диффузия.
Д о к а з а т е л ь с т в о |
т е о р е м ы |
7.2. Мы |
докажем |
теорему в |
|
три этапа. |
|
|
|
|
|
(1°) |
Случаи с пезадержииающей границей, |
т. е. р (х) = |
0, of (.г) = |
||
=s 1 , at (х) = 0 , к = 2 , 3, |
...,/• и й'(х )= 0 . |
т. е. р(х) = 0. |
|||
(2°) |
Случай с незадерживаюхцей границей, |
||||
(3°) |
Общий случай. |
|
|
|
|
(1°) |
Случай с р(,г)= |
0, o'! (.г) = |
1, о'!, (х) = |
0, к = 2, 3. ..., г, и |
6 "(.г)= 0. Сначала покажем существование решений. Пусть р — заданная борелеяскан вероятность на D. На некотором вероятност ном пространстве построим независимые в совокупности следующие три объекта:
(I) ж(0 ) == (о: 1 (0 |
), ж2 |
(0 ), |
..., |
xd(0) ) — D-зпачная |
случайная |
вели |
||||||
чина с распределением |
р; |
..., |
|
BT(t))-~ r-мерное |
броуновское |
дви |
||||||
(II) B(t) = (B'(l), |
B2(t), |
|
||||||||||
жение с В (0) — 0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(III) B(t) = (B'(l), |
B2(t), ..., |
В’ (t)) — s-мерное |
броуновское дви |
|||||||||
жение с В(0 ) = 0 . |
|
|
|
посредством равенств |
|
|
|
|
||||
Определим ф(£) и X*(t) |
|
|
|
|
||||||||
0, |
t ^ о0: = |
|
m(f; i Bx(t)n |
+ |
xd(0) = |
0 |
} , |
(7.10) |
||||
ф (0 = |
— |
|
r |
a i |
n |
хл(( 0 й ) ) |
г1 ,> ( |
s ) |
а + |
в |
, |
|
|
O0<S4t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и
Х * (* ) = * * ( 0 ) + Я ' ( 0 + ф ( 0 - |
(7.11) |
§ 7. УРАВНЕНИЯ С ГРЛ1ШЧНЫЛШ УСЛОВИЯМИ |
213 |
К « к мы видели в главе |
III, |
н. 4.2, |
X '(t)— отраженное |
броуновское |
||||||||
ДНИЖение па [0, |
°°), |
а ф(/) — локальное время |
процесса X'(t) |
в |
||||||||
точке 0, т. с. <f (t) = Jim |
1 /[„,«> (Х 'г (s)) ds. Далее |
определим |
M(l) = |
|||||||||
|
|
e l ° |
i |
равенством M(t)= B(tp(t)). |
Положим |
|||||||
•-(ЛГ (t), M2(t), . . |
M* (t)) |
|||||||||||
= n |
i i/i,, |
где |
|
— о-ноле, |
порожденное |
x(0) |
|
и |
{В(и). |
|||
М (и)}u<i. |
Ясно, |
что |
{B(t), |
M{t)} — система элементов |
из Л\' 0 « |
|||||||
удовлетворяющая условию |
(III) |
из определения 7.3. |
Рассмотрим |
|||||||||
следующее |
стохастическое |
дифференциальное |
уравнение |
для |
||||||||
X(t) = (X'(t), X*(t),..., |
r - ' ( t ) ) : |
|
|
|
|
|
|
|||||
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dXl (0 = 2 |
Oft (А (0. A" (0) dB" (t) + |
b' {X (l), Xd(0) dt + |
|
|
|
|||||||
h = |
l |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T! (x (t), o) cm1(t) + p‘ (x (t), o) d<r (t), |
(7.12) |
|||||||||
|
|
+ 2 |
||||||||||
|
|
M I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X* (0) |
= |
(0 |
), |
i - |
1, 2, . . . , d - |
1 . |
|
|
|
|
Согласно теореме Ш-2.1 существует единственное решение X(t).
Процесс |
X(t) = (X (t), |
X'l(l) ) — непрерывный |
Л-значнын |
процесс, |
||||||
|
|
|
|
/ |
|
t |
|
|
|
|
удовлетворяющий условиям f I UD (X (s))ds — J 7{0t (Х 'г (s)) ds = |
0 для |
|||||||||
|
|
|
|
о |
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
i |
|
|
|
|
всякого |
t > |
Он. H. и j |
h,D(X (*)) |
(s) = j 7(0) (Xd (s)) dtp(s) = |
cp (t) для |
|||||
всякого |
t > |
0 п. и. |
e |
В частности, |
« |
|
dlih(l), |
к = |
||
|
7^(X (t))dBh (l) = |
|||||||||
= 1, 2, ..., |
г, и IX |
(X(t))dt = dt. |
Следовательно, £ = [X(£), |
5 (f), |
||||||
M(t), Ф(0] — решение уравнения |
(7.8). |
|
|
|
|
|||||
Покажем единственность решения. Из уравнения (7.8) следует, |
||||||||||
что |
|
|
|
dXJ{t)= dB'{t)+ dip(t), |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
и согласно теореме Ш-4.2 Х"{1) |
и |
ср(г) однозначно |
определяются |
|||||||
через Xd(0) |
и Bl{t) |
но формулам |
(7.10) н (7.11). Согласно теореме |
|||||||
11-7.3 {B(t), |
B(t) = |
M{(p-'(l) ) } — (г + s)-мерное |
броуновское движе |
ние, которое не зависит от Х(0). Следовательно, вероятностный за
кон набора |
[Х (0), (B(t)), |
(A/(f))] единственным образом |
опреде |
|
ляется по распределению р |
(случайного вектора Х(0)). Так |
как ре |
||
шение X(t) уравпеиия (7.12) единственно и строится, |
как в теоре |
|||
ме Ш-2.1, то. очевидно, что |
распределение набора X = [X(t), B(t), |
|||
M(t), ср(0 ] |
единственным |
образом определяется |
но распреде |
|
лению р. |
|
|
|
|
(2°) Общий случай с незадерживающей границей (с мгновен ным отражением): р(.г)==0 .
214 |
ГЛ. IV. ОТО.ХЛСТНЧКСКПН УРАШ1КН1Ш |
|
|
|
||||||
Исследуем сначала некоторые преобразования решений, |
Ж=[X(t), |
|||||||||
а) |
Преобразование |
броуновского |
движения. |
Пусть |
||||||
Б(1), |
M(t), cp(0J — решение на пространство |
(Q, |
Р) |
с |
р(х) = |
|||||
соответствующее |
коэффициентам |
[о, Ь, |
т, |
р, 0]. |
Пусть |
|||||
- ( Р ? (х)): D->-0(r) — нснрерывная |
функция, |
определенная |
на D, |
|||||||
со значениями в r-мерыой |
ортогональной |
группе О(г). Положим |
||||||||
|
|
Г |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
в" (0 = |
s |
\p'j (X (и)) dlV (и), |
& = |
1, 2......... |
г. |
|
|
||
Тогда |
У?(£) = (У?',(£)) — r-мерное (i£“() -броуновское движение |
(при |
||||||||
мер II-6.1) и Ж= |
|Х(/), B(t), M(t), ф(<)] — решение на |
(Q, 3~, Р) |
сt), соответствующее коэффициентам [о, Ъ, т, ,3, 0], где о = ар~1.
Преобразование |
Ж |
Ж называется |
преобразованием |
броуновского |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
("> |
~ |
движения, определенного функцией р, и обозначается через Ж |
Ж. |
||||||||||||||||
Ясно, что Ж, со своей стороны, получается |
через Ж преобразованием |
||||||||||||||||
того же типа, определенного функцией р~': Ж— *■ Ж. |
|
|
|
||||||||||||||
|
Ь) |
|
Замена |
|
|
|
|
|
|
|
|
»• 1 |
|
|
|
||
|
|
времени. Пусть Ж= [Х(£), B(t), M(t), ф(У)] — реше |
|||||||||||||||
ние на пространстве |
(Q, |
, Р) |
с ((Ft), |
соответствующее коэффици |
|||||||||||||
ентам |
[о, Ъ, т, [3, 0]. Пусть |
с(х)— непрерывная |
функция на D та |
||||||||||||||
кая, что c i ^ c ( x ) ^ c 2 |
для |
некоторых |
положительных постоянных |
||||||||||||||
|
|
Положи.м |
|
|
|
t |
|
|
|
и |
обозначим |
через |
/1-1(н) |
||||
с,, |
с-,. |
A (t )= |
\c(X(u))du |
||||||||||||||
обратное |
отображение |
|
о |
|
|
|
|
X (t)= Х(А~'(1)), |
Ji(t) = |
||||||||
к t ■— A (t). Пусть |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
_______ |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
(Bk (t) ), |
где |
Bk (t) = |
j |
] / с (X («)) dBh(A" 1(«)), M (0 = M {A~1(0) |
||||||||||||
и ф(£) = ф ( Л -1 ( t ) ) . Положим 2 F t |
—■ & ~ л ~ 1ц у Тогда мы непосредствен |
||||||||||||||||
но убеждаемся (см. главу III, § 1 |
или п. 4.2), что Ж= |Х(<), В(1), |
||||||||||||||||
M(t), |
ф(0] — решение на |
(Q, |
|
Р) с (&~t), соответствующее ко |
|||||||||||||
эффициентам [с-,/2а, с~‘Ь, т, |
0]. |
Преобразование Ж-*■ Ж называет |
|||||||||||||||
ся |
преобразованием |
броуновского |
движения с |
помощью |
замены |
||||||||||||
времени, определенного (функцией с, и обозначается через |
(Ь) |
~ |
|||||||||||||||
Ж-*■ Ж. |
Ясно, что Ж, со своей стороны, получается через Ж преобразованием
того же типа, определенного функцией с- ’ : Ж— ->Ж.
с) |
Преобразование |
сноса. Пусть Ж= |Х(г), B(t), М(1), ф(£)] — |
|
решение на*) (Q, 3~, Р) |
с (&~,), |
соответствующее коэффициентам |
|
[о,6,т,^,0]. Пусть d(x) = (dl(x), |
d2(x), ..., dr(x) — ограниченная |
*) Без потери общности можно предположит)., что (Q, 9~, Р) — стандарт ное вероятностное пространство.
g 7. УРАВШШИЯ С ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ |
215 |
Н'-значная непрерывная функция ua D. Положим
Г / г \
р ( 0 = |
охр |
2 |
\dh(X(,))dB'‘ ( s ) - . 1 2 |
f d*(X(s))*ds . |
|
|||||||||||
|
|
|
|
i |
s |
|
- |
i |
|
;; |
|
|
|
|
|
|
Тогда |
p.(J)— положительный |
|
-мартингал и |
Р = р •Р задается |
||||||||||||
посредством |
определения 4.1. |
Положим |
X(t) =[Х(1), |
Л(1), |
M{t), |
|||||||||||
<||(0]> |
где |
в ’!(() = |
В1(I) — ) |
dk (X (.S-)) ds, |
к = |
1, |
2, |
..., |
г. |
Легко |
||||||
видеть, |
что |
по |
теореме 4.1 |
Л |
|
|
|
па |
(Q, |
SF, |
Р) |
с |
|
|||
X(t) — решение |
|
|||||||||||||||
соответствующее |
козффициептам [о, 5 = |
6 + ad, |
т, р, 0]. Преобра- |
|||||||||||||
вовапие X |
$ |
называется |
преобразованием |
сноса, |
определенного |
|||||||||||
функцией d, и |
обозначается |
далее |
через |
(с) ~ |
|
Ясно, |
что |
£, со |
||||||||
Ж |
3t. |
своей стороны, получается через $ преобразованием того же тина,
определенного функцией •— d\ X ^ X.
Завершив оти приготовления, мы теперь покажем существова ние и единственность решения в случае р = 0. Пусть а, 6 , т и (} удовлетворяют предположениям теоремы 7.2. Тогда существует
функция р(х) |
:!)->-О(г) |
такая, |
что |
каждая |
компонента |
матрицы |
||||||||||||||||
р(х) лишшщева и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
* |
* |
* |
. . |
. |
* |
\ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
* |
* |
• |
• |
• |
* |
} |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|а''(*)\, |
0 |
, |
0 |
, |
.... |
0 |
/ |
|
|
|
|
|
||
где аг(х) = |
(о], |
|
— |
г-я строка матрицы а(х) |
|
и |
|
|
|
|
1= |
1, 2 ,. |
||||||||||
|
|
'(-г)11°г |
= 1 |
г/ |
г |
/{—I~ —2 |
;— |
|
|
|
|
|
|
|
d. |
|
|
|||||
Действительно, |
р, (х) = |
аЛ{х)/\аЛ{х) I : О |
|
Sr_1 = |
{.r е Rr; |х| = |
1} — |
||||||||||||||||
линшнцевая |
функция. |
|
Выберем |
отобра/кение |
ph(x):I) ^ |
Sr~\ |
||||||||||||||||
к —2 , |
3, ..., |
г, |
так, |
что |
рп(х)— линшнцевая |
|
функция, |
а |
набор |
|||||||||||||
|р,(х), рг{х), ..., р,\х)\ является ортонормированньтм в Rr для |
||||||||||||||||||||||
всякого х е О . Такой |
выбор рк(х) всегда возможен. Искомой функ |
|||||||||||||||||||||
цией тогда будет матрица р ( х ) : D -*■ О(г), к-я строка которой есть |
||||||||||||||||||||||
рк(х), |
к = |
1 , 2 , .. ., г. |
|
|
|
\а‘! (х) I2 |
и |
определим |
|
|
|
(х), |
||||||||||
Далее |
положим |
с ( х ) = |
d (х) = (cl |
|||||||||||||||||||
йг ( х) , |
...,dr( x ) ) |
равенствами |
|
|
|
|
|
i = 2 , |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
d ' { x ) = - |
b " ( x ) / c ( x ) |
и |
dl( x ) = 0 , |
|
3, |
..., |
г. |
|
|
|
|||||||||||
Пусть |
X — решение, |
соответствующее |
|
козффициептам |
[о, |
6 |
, |
т, |
||||||||||||||
Р, 0]. Если мы |
произведем |
над |
X последовательно |
преобразования |
216 |
1'Л. IV. СТОХАСТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ |
|
|||||
то Ж3 будет решением, |
соответствующим |
коэффициентам [о, |
ft, т, |
||||
р, 0 1 , где |
а = (ар~1 /Ус, |
b = c~lb + ad, |
т = |
т |
и |
? = |
|
Ясно, |
что orf (.г) =з 1, |
(х) == 0, к = |
2, 3, |
. |
. |
г, и Ъ'1(х) = 0. |
Сог |
ласно результату случая |
(1°) распределение решения Ж3 единствен |
ным образом определяется через распределение р, случайного век тора X (0). Так как
Ж3 ( с ) ж.
то распределение решения Ж единственным образом определяется через |х. Этим завершается доказательство единственности. Сущест вование решения также очевидно. Действительно, о существовании
решения Ж3, соответствующего коэффициентам [о, Ь, т, р, 0], мы знаем. Следовательно, требуемое решение Жполучается посредством
вышеприведенных преобразований. |
р] удовлетворяют услови |
(3°) Общий случай. Пусть [о, Ь, т, |
ям теоремы 7.2. Построил! решение Ж= '[Х(2), B(t), M{t), (p(0l lla
пространстве (Q, |
Р) |
с |
(5*“,), |
соответствующее коэффициентам |
||
[о, 6 , т, |
0]. Переходя, |
при необходимости, к расширению прост |
||||
ранства Q, можно предположить, что на Q существует /-мерное бро |
||||||
уновское |
движение |
В* = (В* (t)), |
которое, не зависит |
от Ж. Пусть |
||
|
t |
|
|
|
|
|
А (t) — t + \р (X (s)) d(f (х) |
|
и |
Л- 1 (I) — обратная |
функция к |
||
функции |
о |
Положим |
|
|
||
t^ A ( t ) . |
|
|
||||
|
X{t)= X(y\~l(t)), |
]\1 (I) = М (Л- 1 (1 )), |
|
|||
ф ( 0 = ф С-4 " 1 ( 0 ) |
11 |
^ i = |
&~а- чо V ^ { д * ( я); |
« < * } • |
Положим также
t
В (t) = в (Л-’ (*)) + j h o (X (*)) dB* (в).
6
Тогда Ж= {Х(/!), B(t), M(t), ф(0] — решение, соответствующее ко эффициентам [о, ft, т, ,3, р]. Это легко можно доказать, если заме тим справедливость следующих соотношений:
I |
t |
t |
A~'(t)= \l*n (X(s))ds |
и J Ion (X )v.( |
Л?= jо {X (s)) d7p (s). |
0 |
0 |
I) |
Они являются следствиями соотношений
Л
о
|
|
|
§ 7. УРАВНЕНИЯ С ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ |
|
|
217 |
|||||||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\IQL>(X (*)) dA,= f i > |
( X |
( s ) ) d < |
p s . |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Покажем единственность решения. Пусть £ = [Х(£), B(l), M(t), |
||||||||||||||||||
(|.(Z)I— любое |
решение, |
соотнетстнующее |
коэффициентам [о, |
|
т» |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
' I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р, |
рJ. Положим |
Л (t) = [/с (X (s)) ds. |
Тогда t |
A(t) |
валяется п. н. |
||||||||||||||
строго возрастающей |
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
если |
бы ото |
было |
||||||
функцией. Действительно, |
|||||||||||||||||||
не так, то нашлись бы 0 |
< |
л < г2 такие, |
что, |
положив |
= |
{со; |
|||||||||||||
А (гг) = |
А (л,)}, |
имели |
бы |
Р |
|
,) X ) . По |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
r'i |
|
I IoD(X{s))ds |
г$ |
|
|
f () |
|
] Г? |
|
|
||||
Hr.,г, с : \r., — r1— |
|
= |
|
(X(s))dip(s)| d M c?<р (я )> 0 |
|||||||||||||||
|
п.н. | |
|
r, |
|
|
|
|
|
^ |
|
|
|
|
J п.н. ^ |
|
|
|||
Qr |
rod |
1.1 о (X (s)) = |
0 |
для |
всех s <= [/-j, r2]} d |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
’ I I . II. |
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> II.H . |
|
|
|
|
||
С |
Ш |
<y'l(X (S)) I с (X (*)) dB>‘ (s) = |
о |
и |
|
1ba(X (*)) / . (X (*)) * |
= |
0 . |
|||||||||||
rui. \ |
h |
= |
i |
I( |
|
|
|
|
|
|
|
ы |
|
D |
|
J |
|||
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Hrvr2( |
d |
[X(l(r2 |
= |
X,l(r1 |
+ |
ф(г2)— |
(r 1) |
> x |
, , ( r 1)l d |
[ Х ( г г) е О |
| . |
||||||||
Но это, очевидно, является противоречием. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Таким |
образом, |
функция |
/T- 1 (f), |
обратная |
к |
t >-*■A(t), |
явля |
|||||||||||
ется |
непрерывной. |
|
J (оложим |
£ = |
|
X (0 = |
X (Л-1 (0). Л (0 = |
||||||||||||
|
Л-1 (0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
i |
I o{X($))dB(s). |
|
М (t)=Jl (Л- 1 |
(t)), |
ц>(t) = q (7Г* (t)) . |
о1)
'I oi-да нетрудно видеть, что £ — решение, соответствующее коэф фициентам [о, Ь. т, р, 0]. К тому же
I |
t |
|
t = \ I ^ { Х(,s)) d s + |
j I o i ) ( X («)) d s |
A(t) + J p (Х(я))«йр(в) |
о |
о |
(> |
218 |
ГЛ. IV. СТОХАСТИЧЕСКИ!'’ УРАВННПИЯ |
|
и, следовательно,
1
Л-1 (t) = t + j р (X (*)) dtp(.s).
О
Отсюда следует, что £ получается из £, как и выше. Так как рас
пределение £ единственно, то отсюда следует, что распределение £ также единственно.
Таким образом, мы построили общин класс (Л, /^-диффузион ных процессов посредством стохастических дифференциальных уравнении. Мы предполагали, что р.(сг)>0 всюду на 91), и норма лизовали (нормировали) ату функцию, чтобы иметь р(а:)= 1 . С ве роятностной точки зрения зто предположение, однако, очень огра ничительно, и следовало бы ослабить его, заменив условием ц(л:)+р(д:)> 0 всюду па 9.D. Грубо говори, р,(а:)>0 означает, что
в точке х происходит отражение, а р(д:) > |
0 означает, что в х |
про |
исходит поглощение. Ноатому интуитивно |
ясно, что случай р(д:) = |
|
= р(ж)= 0 является невозможным, по допустимо выполнение |
усло |
вий р (.г)= 0 и р(сг)>0. Можно привести другой метод конструиро вания (А, /Д-диффузиоиных процессов, который охватывает общий случай с р,(ж) + р (я) > 0. Этот метод, который подобен методу, при веденному в главе III, н. 4.3, состоит в склеивании друг с другом экскурсий от границы до границы. Как мы увидим, вероятностная структура диффузии хорошо проясняется при атом способе построе ния решения ([14] и [18]).
Для простоты рассмотрим случай с А = А/2, отсылая за общим
случаем к [18)'. Итак, положим 1) = |
R+, А = |
А/2 |
(т. |
о. а‘}(х)=8ц, |
||||||||||
Ь'(х) = |
0), |
и пусть L определяется |
равенством |
(7.2). |
Мы |
предпо |
||||||||
лагаем, что |
|
|
inf |
|р (.г) + |
и (.г)) > |
0. |
|
|
|
|
|
(7.13) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
x~dD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предположим, кроме того, что существует функция т(т) = |
(т[(ж)): |
|||||||||||||
9D ->■ |
|
® R" |
такая, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ос б (х) = |
S |
|
|
|
i,j = 1,2, |
. .. , |
d — 1, |
|
(7.14) |
|||||
2] т/ (Z) TI(X), x^dD, |
|
|||||||||||||
|
|
/--i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и предположим, |
что |
все |
функции т](х) $‘(х), |
р(.г) |
линшице- |
|||||||||
вы на 91). |
Ж0(1)) — совокупность |
|
всех |
непрерывных |
функций |
|||||||||
Пусть |
|
|||||||||||||
w : [0, оо)-*-/) с |
w(0 )= |
0 таких, что |
существует |
а (ге)> 0 |
со |
свойст |
||||||||
вом: если 0 < t < o ( w ) , |
то |
w(t)el), |
и |
если |
l ^ a (w ), |
то |
w(l) = |
|||||||
= ш(о( ш))е 91). Пусть 1$(Жо(1)))— о-ноле, |
порожденное |
борелев- |
||||||||||||
скими цилиндрическими множествами, и пусть |
п — о конечная ме |
|||||||||||||
ра на |
(Ж0(1)), |
ИВ(Жо(1)))), определенная |
следующим |
образом. |
||||||||||
В н. 4.3 главы |
III мы |
определили |
нрострапство |
траекторий Ж+ и |
§ 7. УРАВНЕНИИ С ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ |
219 |
вжоисчную мору п+ па ( Ж +, $ ( Ж +)). Пусть Р0— винеровская ме ри па Wo-1, соответствующая начальному распределению, сосредо
точенному в точке 0, и определим п как |
меру-образ меры Р # Х » + |
|
При отображении |
|
|
|
W J-' х З Г ' э (ш, w) ~ |
U-) €= Ж 0(О), |
где |
определяется равенством wn ( „ ) ( 0 |
= м(/ Д сг(го)). |
|
Если положим |
|
V ^ 1 "М|,(-тг) для *>0’
.г = (ж1, х2, . . . , д:1') <= D,
и
'■ |
' /^ |
\ |
ТТ |
|
1 |
Ц |
/ |
(жг—У1)4\ |
1 |
/ |
|
( |
(zrf— /)-\ |
) - |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
y |
S1 |
3T |
ехр- J |
Гу |
я -1 |
|
- - -Р-в1- — |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ехр ( — k |
'2 |
/ |
^ )) |
для * > ° » |
|
|
|
||||||
то тогда |
п — единственная мера |
на |
(Ж„(0), |
&(Ж„(/?))) |
такая, |
|
|||||||||||||||||
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н {ir; w (fi) е |
Л,. ir ( fa) |
|
|
|
• • •, «’ (О |
е |
Л,,}) = |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
= |
|
| |
К (tj , |
д.’] ) |
1 |
\ р [Iо |
£ I ) л?1< ^ 2 ) |
Л г 2 • |
• • |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Ai |
|
|
|
|
|
л 2 |
|
|
|
j Р |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* . . |
(^ 7 1 |
^77— 1 7 ^77 — 17 |
|
|
||||||
для 0 < |
U < |
£ 2 |
< |
.. . < |
tu и Л,- е |
<М(0). Пусть Ж (D) — совокупность |
|||||||||||||||||
непрерывных |
траекторий |
w : [0, |
«>)->-П |
таких, |
что |
w(0)<=dD |
и |
||||||||||||||||
и-(t) = |
ir ( t /\ a(ir)), |
где |
o(ir) = |
inf U > |
0: |
w(t)^dD). |
Пусть |
О |
|||||||||||||||
обозначает постоянную траекторию 0(() = 0 s D , |
Определим отобра |
||||||||||||||||||||||
жение |
Тс : Ж0(и)-* 7P0(D)U {Q} |
для |
всякого |
с 3* 0 равенством |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
( 7 » ( 0 |
av{t!:c2). |
с > |
0 |
, |
|
|
|
(7.15) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
[0 , |
|
|
|
с = |
0 |
, |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗГ(О) |
|
|
|
||||||
и определим также отображение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Ф: 3D X |
Ж0(О) =э (х, гг) - |
(I) (.г, гг) е |
|
|
|
||||||||||||||
р н в е н с т в о м |
|
|
|
w)(t) = д + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Ф ( д , |
( 7 V w rr)(J), |
£ > 0 . |
|
|
( 7 Л 6 ) |
||||||||||||
Очевидно, что Ф ( .г , |
г г ) ( 0 ) = . г |
и |
а [ Ф ( ;г . |
гг) |
| = |
р ( д :) 2а ( г г ) . |
О п р е д е |
||||||||||||||||
лим <р: dD X Ж\ (D) э |
|
(.г, |
и?) |
|
ф (.г, гг) s |
dD |
|
р а в е н с т в о м |
|
|
|
||||||||||||
|
|
ф (.г, |
и>)— Ф(х, |
|
щ ) ( о [ Ф ( д :, г г ) ] ) — |
д: = |
|
р ( . г ) г г ( а ( г г ) ) . |
( 7 Л 7 ) |
2 2 0 |
ГЛ. IV. СТОХЛСТПЧКПЫШ Vl’ AHIIKIIJUI |
|
Нетрудно видеть, что для всяких*) |
х, у <= дГ) |
||
f |
I ф (-г. «’) — Ф (.У, "') I2 я (dw) = |
||
ЖУ»)П<0(»’)<!> |
|
|
|
= |
Iр (х) — и (у) I2 |
j |
I W(ст (ю)) |2 п (dw) = |
|
|
>5Р0(Г>)Г.(а(н;)<1} |
= (d - 1) V |
i i-11и ~ .u (у) i* < K i * - |
уi2• |
(7-18) |
На подходящем вероятностном пространстве! (Q, |
P) |
с пото |
|
ком (£?",) построим следующие объекты: |
|
|
|
(I) &t cr ^"0 — возрастающее |
семейство под-о-нолеи ^~0 и d-мер |
ное (,?,)~броуиовское движение Ji(l) = (B‘(t)) c # ( 0 ) = 0 ;
(П)s-мерное (@~t) -броуновское движение B*(t) = (Bl(t)*);
(III)(@~t) -стационарный пуассоновские точечный процесс р па (7fn(D), $(Жа(0))) с характеристическое мерой п.
Теперь построим траектории (Л, /.)-диффузионного процесса.
Пусть i s / ) задана в качестве начальной точки. Во-первых по ложим
Xx( t ) = x + B(t) для t < a 0, |
(7.19) |
где а0 = inf {t > 0; х + B(l) е ОТ)}. Пусть |0 = Х*(о„). Тогда |0 — (@~«)-измеримы!! д/Узначпыи случайный злемент. Во-вторых, ре шим следующее стохастическое дифференциальное уравнение скач
кообразного тина относительно процесса Z.(t) = (|l(i))-L1 на 0D:
%d( t ) ^ О,
|
|
|
|
t |
|
|
|
«)* + |
I' P'(s(*))rf« + |
|
'■ |
1 о |
|
О |
|
f-1- |
|
|
|
+ |
\ |
( |
Ф* (I (S—), ir) |
+ (7.20) |
|
о |
ЗГ0(П) |
|
|
|
t- |
|
|
|
+ |
i |
( |
Ф* (б (.•?-), w) /(„(*)>,).Vf,(dsdia), |
о7/yO)
i = 1, 2, . .. , d — 1.
Уравнение (7.20)— стохастическое дифференциальное уравнение скачкообразного тина, которое будет обсуждаться и § Я. Учитывая
|
|
|
оо |
липшицевость |
т и [3, (7.18) и то, что п ({ю : гт(/е;> I}) = [(2лt*)~l,2dt <С |
||
________________ |
|
1 |
|
*) Заметим, |
что |
п ({ш\ a {w) е |
ill, >г (я (w)) е dx)) — (2я /3) -1,2 X |
X |
ехр ^ |
rte, О 0, .т е |
д!). |