Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы

..pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
21.35 Mб
Скачать

§ 2. НОТОК ДИФФЕОМОРФИЗМОВ

251

Д о к а з а т е л ь с т в о . Пусть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

1, 2,

. . . . г,

где

и = + 1)Т/2п и

С =

кТ/2я,

если

£772" < * < ( / «

+ 1)Т/2п,

к =

1, 2,

. . 2 "

— 1, п =

1, 2,

. . . Ясно, что

{Т — t, w) — и;“ (Г) =

 

 

0 ^ t ^ 7 \

Рассмотрим следующие

две

системы

обык­

новенных дифференциальных уравнений для каждого

п =

1,

2, ...:

.

(*) =

2

с г №

(0) d- §

(*, «О +

Ь1(Х„ (/)),

1 =

1,

2,

...,

d,

 

 

 

а=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х„ (0) =

ж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

(t) =

2

ei (X» (0) d- § ( t ’ ” ) -

bi (* » (*)),

« =

1. 2,

•••Л

 

Xn (0) =

a—L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решения

будут

обозначаться через Xn(t,

х, w)

и Xn(t, х,

w) соот­

ветственно. Из единственности решений непосредственно видно, что

Хп(Т t,

х, w)

= X n(t, Хп{Т,

 

х, w),

w),

и =

1,

2, . ..

 

Применив следствие теоремы VI-7.3, переходим к пределу и полу­

чаем (2.29).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммируя, сформулируем следующий результат.

 

 

 

Т е о р е м а

2.3*). Пусть X(t, х, w) — решение уравнения (2.24)'

(или (2.1))

на винеровском пространстве

(Wn, Pw).

Тогда мож­

но выбрать модификацию решения

X(t, х,

ш)

такую,

что отобра­

жение

х

X (/ , х, w)

будет диффеоморфизмом Rd

п. н. для каж­

дого t е

[0,

°о). Матрица Якоби ( Y)(t, х, w)) =

|-^jX! (i,

х, ю)^опре-

деляется уравнением

(2.26) (соответственно (2.16)).

 

 

 

Таким образом, мы имеем одпонараметрическое семейство диф­

феоморфизмов

X, (ю): х -* X (t, х, w)

для

t s

[0, оо).

Ясно,

что

Х0(н ;)— тождественная функция

и

X3(Qtw) ° X, (w) — Xt+3(w)

для

почти всех w.

при корректуре.)

Фактически

справедливо

более

(Добавлено

сильное утверждение: отображение

 

x»-*X(t,x,w)

является п. п.

диффеоморфизмом IV1для всех t > 0. См. Дж. Висмут (С. R., t. 290, 1980) и X. Кунита (Труды симпозиума по стохастическим инте­ гралам, Дюрхем, 1980).

*) См. Фунаки [173], Малливэн [113] и Элворти [181].

252 ГЛ. v - ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ

Теперь мы возвращаемся к случаю общего многообразия М. Решение (X (i , х, w)) уравнения (1.1) можно рассматривать как

семейство

отображений

Xt: х >-* X (t, х, w)

из

М

в

М = М 11(A).

Т е о р е м а

2A. X(t,

х, w)

обладает модификацией*),

которая

опять обозначается через X(t, х, w), такой,

что

отображение

X,(w):

x-+X(t, х, w)

принадлежит классу С”

в

том

смысле,

что

x*+f(X(t,

х,

w))

принадлежит

классу

С”

для

 

всякого

f ^ F 0{M)

и всех

фиксированных

f e [ 0 ,

оо)

п. н. Кроме

того, для

каждого х<=М и i s [0,

оо) дифференциал

X(t,x,w)#

отображе­

ния

х у* X (t, х, w):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X (t, х, w)%: Tx (Л/)-> TX(t'XiV

(М)

 

 

 

 

является изоморфизмом

п. н. на множестве ( I T : X(t, х,

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Пусть

х 0<^М

и i s

[0,

оо)

фиксировано.

Тогда

для

почти

всех

w таких, что X(t, х0, w)^M, существуют

целое

п >

0 и

последовательность

координатных

окрестностей Uu

U2, ...,

Un такие, что

 

 

 

 

 

 

 

2, ...,

 

 

(X(s,

ха, w);

s s [(к — l)t/n,

fci/re]) с: £/„,

k =

l,

п.

В силу теоремы 2.3 можем легко заключить, что если U — коорди­ натная окрестность и (X(s, у„, w); s s [0 , i„]} cr £7, то y>-+X(t0, у, w) является диффеоморфизмом в окрестности у„.

Утверждения теоремы следуют теперь из того, что

A (i, х0, w) = [Xf/n(9(n-i)i/nW) ° •••° Xtjn(0(/пю )°Х (>/„]{xt) .

Теперь введем расслоение линейных реперов**)

GL(M) на М.

Под линейным репером е = [elt

ег, ...,

ed] в точке

х мы подразу­

меваем линейно независимую

систему

векторов

ел^ Т х(М), i =

= 1, 2, . . d, т. е. базис касательного пространства ТХ(М). Тогда GL(M) определяется как пабор всех реперов во всех точках х ^ М :

GL(M) — {г — (х, е), х s М, и е — репер в точке х).

На GL(M) можно задать структуру С“ -многообразия следующим образом. Пусть {£/сх,ф„) — коордипатная система многообразия М. Положим

Da= (г = (х, е) е

GL (М), х s

Ua, н е — репер в точке х)

 

и определим отображение ф» из Dп на

 

 

.

.2

фа(Ur,) х GL (d, R) с : R

х R

равенством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фх(0 =

(ф аИ = U1, х\

. . . , xd , е), i, ) = 1 , 2 ,

. . . , d),

 

где е} = е) (

J .

Очевидно,

(Da,

фа)

определяет

координатную

*)

Под модификацией процесса X(l,

х,

w)

мы подразумеваем процесс

А'((, х,

а) такой, что Pw {X(t, х, w) =

X (г, х,

w) для всех г 5= 0} = 1 для всех х.

**)

См. [7] и

[136].

 

 

 

 

 

 

§ 2. ПОТОК ДИФФЕОМОРФИЗМОВ

253

систему GL(M) и, таким образом, GL(M)

имеет структуру (^-мно­

гообразия размерности d + d2.

Элемент а

группы

GL(d, R) дей­

ствует на GL(M) по формуле

 

 

 

 

Та(х,

е) = (х, еа),

 

где еа = [(еа) ,, (еа) г,

(ea)J — репер

в точке

х, определенный

равенством

 

 

 

 

(ea)j =

а]еь

/ = 1, 2,

d.

(2.31)

Таким образом, GL(M) — главное расслоение со структурной груп­

пой GL(d, R). Проекция

я: GL(M)-+ М определяется, как обычно,

равенством я (ж, е) = х.

 

 

 

 

Каждое векторное поле L e J (М) индуцирует векторпос поле Е

на GL(M) следующим

образом. Пусть / е F (GL(M)). Тогда

Ef за­

дается равенством

 

 

(£/) (0 =

/ ((exp tL) х, (exp <£)* е) |.^0,

(2.32)

где г = (ж, е) и (exp *£)* е= [(exp tL)* el5 (exp Щ* е2, . . . , (exp tL)* ed\. Здесь, разумеется, exp tL — локальный диффеоморфизм х>~* x(t, х), определенный дифференциальным уравнением

 

 

 

^ ( t , x ) = a'(x(t,x))

 

^L =

a>(x)-^),

 

 

 

 

 

 

х (0, х) = х,

 

 

 

 

 

 

 

а (exp tL) ^ — ого

дифференциал,

 

являющийся

изоморфизмом

ТХ(М)-+ Т

tL x(M)

для

каждого

х<=М.

Пусть

Л0,

А и ...

..., Аг^Х(М) и X,=(X(t,

х, w)) — построенный выше поток диф­

феоморфизмов на М. Тогда Ло, Яи ..., Ят^ X(GL(M))

определяют

поток диффеоморфизмов r, = (r(f, г,

w)) на GL(M),

и легко

видеть

из

определения, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r(f,

г, w)^(X(t, х, w), e{t, г, w)),

 

 

 

где*) г = (х,

е)

и

e(t, г, w) = X (t, х, w)*e.

Выражения в ло­

кальных координатах следующие: X(t, х,

и>

определяется

уравне­

нием (2.24), где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аа(х) =

оЪ(х)^~,

a = 1, 2,

.

. d,

А0(х) =

V(х) j - ,

 

 

 

 

 

дх

 

 

 

 

 

 

ох

 

 

 

 

 

е] (t, х, w) — Yk(t, х, w) ej,

 

 

 

(2.33)

где

Yh(t,x,w)

определяется уравнением

(2.26)'.

 

 

 

*) X (t, x , u?)« — дифференциал отображения

аг*-> X (t, х, w) и, конечно,

X (t, х, w)lte ^ [X (/, х, w)^

X (t, ш)* «2, . . . .

X (/, x, и?), ed].

254

ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ

 

 

 

Пусть

L e J (М).

Мы

определим

фупкцию

/Ь (г) е

F (GL (М))

 

для каждого г = 1, 2, .

.

d равенством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fL(r) = (e-% a h(x)

 

 

 

(2.34)

 

в локальных

координатах

(х\ е =

(е}))

многообразия GL(М), где

 

Ь = а'(х) — :

и е~1— обратная к

е

матрица. Легко убедиться, что

 

 

дхг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.34) пе зависит от выбора локальных коордипат и таким образом

 

определяет глобальную функцию на GL(M). Легко также доказать,

 

что для L,,

 

(М)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( А

/ ь2)

(г) =

! \ L v 4 ]

(г),

i = 1,

2, . . . , d .

 

(2.35)

 

Здесь 2Г,

определяется

посредством

(2.32)

для

L,, a

[L,,

/>2] =

 

= Ь,Ь2L2Lt — обычная скобка Пуассона. Следовательно,

 

 

 

Л

И

*

,

 

 

г

.

«

 

О

)

Д

(

г

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

|

 

 

 

 

 

 

=

J /[Аа,Г.] (Г (*• Г>w)) ° du;“(S) +

5 f[A0,L] (r (*•r >W)) ds

(2-36)

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

для всякого t e l (M) и £ = 1, 2, ..., d.

§ 3. Уравнение теплопроводности на многообразии

Пусть М — С” -многообразио (дифференцируемое многообразие класса С“ ) и А0, At, ..., Ar<=S{M). Пусть Х ,= (Х (£ , х, w)) — поток диффеоморфизмов на М, построенный в предыдущем па­

раграфе. Тогда

f(X(t, х, w)) принадлежит

классу С“ для

всякого f ^ F 0(M).

На протяжении всего этого параграфа мы будем

предполагать, что

векторные поля Ak, к = О, 1, ...,

г, имеют следу­

ющее свойство:

Е\ sup sup|Da{/(X (£ , х, w))}] 1< оо

 

1(Е[0,Г]Х=Н

j

 

для всех f ^ F 0(M), всякой координатной окрестности

U такой, что

U компактно, всякого Т > 0

и всякого мультиипдекса ос.

Это условие удовлетворяется, если М = Rd и если коэффициенты

(Ъ‘(х)) и (<4(z)) в /10(.г) =

Ьг(х)-£-. и Аа(х) = Оа(х)

a —i, ...,г,

удовлетворяют условию предыдущего параграфа. Опо также удов­ летворяется, если М погружено в Rm (см, замечание 1.1) так, что Ak, к = 0, 1, ..., г, являются сужениями векторных полей Ак па Rm, которые сами по себе удовлетворяют (этому) условию. В частности, если М компактно, то вышеприведенное условие всегда удовлет­ воряется.

 

 

| 3. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

2о5

Определим дифференциальный оператор второго порядка А,

действующий на F(M), равенством

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

АЦх) = 4

2

4*(А*/)(*) +

(А/) (*)•

(3.1)

Мы покажем, что функция u(t, х ), определенная равенством.

 

u(t,

x) = E[f(X(t,

х, w))],

f = Ft(M),

(3.2)

является гладким

решением

следующего

уравнения

теплопровод­

ности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l ^ ( t , x )

= (Av)(t,x),

 

 

 

 

 

Нш

v(f, у) =

f (х).

 

 

 

 

V /J 0,S/- >JC

 

 

 

 

 

Сперва мы покажем, что функция u(t,

х), определенная равенством

(3.2),

принадлежит классу*)

 

С“ ([0,

°°)ХМ).

Ясно,

что u(t, х)

как

функция от

х ^ М

принадлежит

классу С", поскольку

х>—■f (X (t, х, w))

принадлежит

классу

С" и

дифференцирование

под зпаком математического ожидания законно в силу вышеприве­

денного условия. Согласно

(1.2) мы имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

/ (X (t, х, w)) — / (х) =

мартингал + J (Af) (X (s, х, w)) ds

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

для

каждого

х&М,

и

поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

и{t, х) =

/ (х) +

J Е | (Af) (X (.<?, х, w))] ds.

(3 .4)

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

Так как Anf е F0(M), и = 1 ,

2, ... , то имеем

 

и (t, x) =

f(x) +

t (Af) (х) +

 

 

 

 

 

 

t

h

 

 

 

 

 

 

 

 

+

j d t ^ E

[(A2f) (X (t2, x, u>))l dt2= /(*) +

# (Af) (x) +

(A4) (*) +

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

*1

*2

 

 

 

 

 

 

 

+

j dtj j

dt2j E [(Asf) (X (f3, x, w))] dt3 = / (.г) +

t (Af) (x) +

 

 

0

0

0

 

(

<1

tn~l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 4

(A2f) (X) + . . .

+

jdt! j d t , . . .

j

E [( A*f) (X (*„, *, w))] dtn.

 

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

Отсюда ясно, что u(t, a:)eC°°([0, oo)XM).

*) C“ ([0, 00) X Щ есть класс С°°-функдий на [0, оо) X Ч.

256

ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ

 

 

Теперь мы покажем, что

 

 

(Au,){x)=*E[(Af)(X(t, х, w))],

(3.5)

где для каждого фиксированного t > 0 полагаем ut(x) — u(t, х). Применяя формулу Ито к гладкой функции ut(x) и обозначая

X. = X (s, х, и>), получим

 

Щ(Хх

и, (х) = j

(Ааи,) (Xu) dwa(и) + j (Auf) (Хг1 da.

 

 

 

 

О

 

 

 

 

о

 

 

Пусть U — относительно

компактная

окрестность

точки х и пусть

<т =

inf U: Х,Ш U). Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sA ct

"1

 

 

 

 

 

 

 

I f

(Ли,) (*«)<*«J.

 

и поэтому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[sA ®

 

 

 

К><*>- Е'“,(^ л а|" ,W

 

Е \

!1

{(^ )(* t ,) - (^ ,)(* o )H “

1

1-

 

к («Да1

 

 

 

 

 

 

 

sAo

"I

Г«Л®

«

1

 

 

 

 

 

 

j У^к|+£| J

 

 

 

 

 

 

 

f

 

Я[*Ла|

 

 

г д

еYu= j*(AaAut) {Х% dwa(|). Очевидно,

 

 

 

 

s Д а

it

 

 

“1

 

 

 

 

 

f

^ J ( A ) ( ^ 6)^

 

 

 

 

 

 

. о

о________

J

^

s max |(A2ui) (,r)

 

 

 

 

А’ [«Да1

 

 

 

x= U

 

 

Так же

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Ло

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 г“'du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К(«До]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г |<,л°),Д д . 1 г-'1 .

(дк-л«)Ч)1Я(Е[пд

л,1 Г«Т|)1/2

 

Д[4-До|

 

 

 

 

 

Е 1«Да1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, (Д[^Лст)г])1/2(^[<^>,Ла1{/3

(согласно теореме Ш-3.1)

£ WWI

 

§ 3. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

257

(£[(*Л<г)2])1''2(Х[°Ла])1/2(тах

 

2 ((A* Aui)(x) f j ^

_____________________ \ х ч и а

- \

____ /

-------------------------------;г, Ч.ХТ-'

 

°' =1------------------<

^

ь [*л о-

 

 

 

 

^ K s xl~ (шах 2

1/2

 

({AaAut)(*))*! 1

 

 

 

' x~U а -- 1

где К — положительная константа. Следовательно,

 

Ит

Я(и1(ХмЛо)1-и1(*)

= {Aut) (ж).

(3.6)

siО

Е [хДа|

 

 

 

С другой стороны, в силу строго марковского свойства броуновско­ го движения

Л'1М**Дв)1 — Щ(х) = E[f(X(t, Xsha, 0sAaw))) — ЕI/ (X (l, х, w))J =

= E\f(X(t + s До, x, w))] — E\f{X(t, x, IP))] =

 

= я [ fЛ

(Af) (Xu) **].= Я [J

(Af) (Xu+<) daJ

Поэтому

 

 

*Лв

"j

 

 

 

 

 

 

[ J

I.Vlf V ,.,)* . I

sl0

^ [*AcrJ

_ Hm

E lsAor]

 

 

no

 

Непосредственно

видно, что

E

[,?До] =

,<>+ о (s),

так как s

—Е (s/\a)^sP (а ^

s) = o(.s). Поэтому

 

 

~nf\a*Л<

1

 

Г 8

 

 

[I (Af)(XuH)du = Е

\(Af)(Xu+i)du +o(s),

0

так как Af ограничено. Следовательно, можно заключить, что пре­ дел в (3.7) равен выражению

 

lira —

b’ | j V / ) ( * U+ < ) ^ ]

E[(Aj)(Xt)].

 

s| 0 S

 

 

Этим

завершается

доказательство равенства (3.5).

Из

(3.4) и (3.5)

следует, что

 

 

 

t

и (t, х) =

/ (х) +

j {Аи) (s, х) ds,

 

 

о

и поэтому

 

 

|~(г, х) =

Au(t, х),

т. е. u(t, х) удовлетворяет

уравнению теплопроводности (3.3)’.

17 с. ватанабэ, II. Икэда

 

 

258 ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ

Обратно, пусть*) v(t, ж )е С ''2([0, °°)X М) — ограниченное ре­ шение уравнения (3.3). В дальнейшем мы будем предполагать, что v(t, х) удовлетворяет следующему условию:

Игл Е [v(f — оп, X (о„, х, £/?)): a(l< t] = 0

(3.8)

n t»

 

для всякого < > 0 и х е М, где a„ = inf{<: Х(/, х, w ) s D n}, а А , — возрастающая последовательность относительно компактных откры­

тых множеств в М таких, что U /)П= Л/.

71

Очевидпо, что условие (3.8) удовлетворяется для любого огра­ ниченного v, если, например, (X(t, х, w)) консервативно, т. е. Р{е[Х(% х, 1р)] = °°) = 1 Для всякого х^М . Последнее равенство справедливо, так как

 

 

 

 

 

е [X (•, х, ш)] =

Июоц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n to o

 

 

 

 

 

 

По формуле Ито для всякого t « > 0 и

 

 

 

 

 

 

 

Е [v (t0 — t Д о,и A'(t А оп, х, w))|— v (<0, х) =

 

 

 

 

 

= Е

|

{(Лv) (i0 — s, X (s, х, и;)) —

 

(<0 — s, А (s, х, и;))} ds = 0.

Устремив п t оо и учитывая

(3.8), получаем

 

 

 

 

 

 

Е{\ (/о — t, X(t, х,

w) ): е[А(*, х,

щ)] >

t) =

v(U,

х).

Полагая

11 10 убеждаемся,

что (в силу теоремы

о

мажорированной

сходимости)

левая сторона стремится к E[f(X(t0, х,

w))] = u(t0, х).

Следовательно, v(t,

х)

должно совпадать с u(t,

х).

 

 

 

Полученные результаты сформулируем в виде следующей тео­

ремы.

 

 

3.1.

Для

 

 

определим u(t, х)

равенством

Т е о р е м а

 

 

(3.2) . Тогда

u(t,

д )е С “ (|0, °°)ХЛ/)

и удовлетворяет

уравнению

теплопроводности

(3.3). Обратно, если функция

v(t,

д ) е С ' ' 2([0,

оо)Х М)ограничена

и

удовлетворяет

уравнению

теплопроводности

(3.3) и условию (3.8),

то v(t, х)

должно совпадать с u(t,

х).

З а м е ч а н и е

3.1.

Вообще,

ограниченное

решение

 

уравнения

(3.3) не

единственно,

и необходимы

условия

типа

(3.8),

чтобы га­

рантировать единственность. Например, если Д/ = (0, оо)

и оператор

Ли = и"/2,

т. е. Л0 = 0 и

A t = dldx, то

для

/ е Е„(М)

решениями

*) С '2( [0, оо) X Щ — совокупность всех функций j(t, х) на [0, оо)у^М, непрерывно дифференцируемых по t н дважды непрерывно дифференцируе­ мых но х.

§ 3. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

259

уравнения теплопроводности являются как

 

 

г^(ехр(_!£^ ) ~ “ р

 

 

 

О v

 

 

 

 

так и

 

 

 

 

 

 

л'2

х) = Iл

'

(ехр (” *Чг-) +схр (- Чг^))/<*>^

 

vt(f, аг) — решение, удовлетворяющее условию (3.8)’.

оо,

В обобщении (3.2) введем функцию с(х)<^ F(M)

с нхр с (а:) <

Тогда

отображение

 

*е.м

 

 

 

 

 

х *->-

с (X (s, а:, а>)) dsj/jv (X (t,,xх, w)))j

 

принадлежит классу С” для любых f^F„(M) и

Это условие

всегда удовлетворяется, если c ^ F 0(M).

 

 

 

Т е о р е м а

3.2. Функция u(t, х), определенная равенством

 

u(t, х) = Е

 

с (X (.<?, х, »•)) (Ш / (X (г, аг, г/?))

/ e = F 0(Af),

(3.9)

является решением в С°°([0, °°)Х М )

уравнения

теплопроводности

 

 

|

(П «) = (Mv)(f, а:) +

c(x)v(t, х),

(3.10)

 

 

]

lim v (f, у) = / (г)

 

 

 

 

 

 

IЦо,у—х

иограничена на [0, Г] Х М для каждого Т > 0.

Обратно, если v(i, a?)— решение в С‘>2([0, °°)Х М) уравнения (3.10) такое, что оно ограничено на [0, Г] X М для каждого Т > 0 и

П т /sj^exp |j c(X(s, х, H?))dsjv(f — о„, X (о„, х, w)): o„s^f j = 0, (3.11)

то v(t, х) совпадает с u(t,

х),

задаваемым равенством

(3.9).

Доказательство приводится

так

же,

как и для

теоремы 3.1.

В этом случае формулу Ито применяем следующим образом:

d [exp [ j с(X.)dsJ / (X,)J =

exp jJ с(X.) rfsj

(Aaf) (X,) duF(t) +

 

 

( t

 

\

 

 

+ exp

c(Xs)ds\(Af(X() + c{Xt)f(Xt))dt

17*

260 ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПА МНОГООБРАЗИЯХ

с х р К c (X ,)d s | V ( t 0- t , Xt) = охр j f c(Xs)db] (Aav)

X,)dwa(t)i +

+ exp |J c(Xs)dsj [ — — (t0—t, X,) + (A\)(t0—t, X,) + c{Xt)v(t0—t, Xt)jdt.

§ 4. Невырожденные диффузии на многообразии и их горизонтальные лифты

Рассмотрим двумерное броуновскоее движение на плоскости и предположим, что траектория броуновской частицы вычерчена чер­ нилами. Мы катим сферу на плоскости без проскальзывания вдоль броуновской кривой. Получающаяся в результате такого перенесения траектория определяет случайную кривую па сфере, и в действитель­ ности она определяет броуновское движение на сфере*. Эта идея построения сферического броуновского движения была впервые предложена Бохпером. Такой метод может быть применен и в слу­ чае общего риманова многообразия. Воспользовавшись связпостью

всмысле Леви-Чивита, можно «покатить» многообразие вдоль глад­ кой кривой в евклидовом пространстве, и хотя броуновская кривая

вевклидовом пространстве не является гладкой, тем не менее сто­ хастическое исчисление позволяет нам «катить» многообразие вдоль такой кривой. Таким путем получается броуновское движение па римаповом многообразии. Обобщив связность Леви-Чивита до клас­ са аффинных связностей, можем получить более общие диффузии на многообразиях. В действительности таким образом получаются наиболее общие невырожденные диффузии. Ниже будет осуществ­ лена такая процедура посредством потока диффеоморфизмов на рас­

слоении ортонормированных реперов над многообразием. Этот ме­ тод принадлежит Иильсу и Ельворту [51]*). Как мы увидим в следующем параграфе, метод Иильса и Ельворта тесно связан со стохастическим параллельным переносом, впервые введенным Ито [71].

Прежде чем перейти к детальному изложению, вспомпим вкрат­ це некоторые основные понятия из дифферепциалъной геометрии. Пусть М есть С°°-многообразие. Тензор типа (р, д) в точке х есть

элемент в тензорном произведении ТХ(М)’я\ где

Тх {M)vq = Тх (М) ® Тх (М) ® .. . 8)ТХ(М) 0

р

® т х(М)* ® Тх (М)* ® ■. ■® Тх(М)*

д

*) См. также их работы из списка литературы [511 и Малливэн [112].