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

книги / Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы

..pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
21.35 Mб
Скачать

§ 3. ОДНОМЕРНЫЕ ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

351

 

§ 3. Некоторые результаты относительно одномерных диффузионных процессов*)

Пусть / = (/, г) — открытый промежуток в R1(—°° < I < г < °°). Пусть а(х) и Ъ(х) — достаточно гладкие, вещественнозначные функ­ ции**) на I такие, что о2(л:)>0 для всех х^1 . Для х ^ 1 стохасти­ ческое дифференциальное уравнение

dX (t) = о (X (t)) dB (t) + b (X (t)) dt,

 

 

 

X ( 0 ) ~ *

 

 

 

 

 

<з л >

имеет единственное решепие

Xх(t) до

момента взрыва

е =

Птт,|,

где т„ = inf {t : X *(f)e [я„, Ь„])

(я„ и Ъп

(п =

1, 2, ...)

 

 

П Too

выбраны таким

образом, что К а п< Ь „ < г и я„1/ и 6„tr).

Аналогично

тому,

как и

в доказательстве леммы IV—2.1, можно

показать,

что

Jim Xх (t)

 

 

 

 

 

 

tie

существует н равняется I или г н. и. па множестве < °°). Опреде­

лим Х*(<) равным этому

пределу для t > e

на множестве

(е < °°}.

Пусть

Wj — множество всех

непрерывных

траекторий w : [0, «>)-»-

-*]/,

г] таких, что и ?(0 )е / и w(t)— w(e(w)) для всех t > e ( w ) ^

S3 inf \t: w(t) — l или

w(t) = r). e(w) называется моментом взрыва

траектории w. Тогда

Xх — {Xх(t) } определяет W j-значный

случай­

ный элемент с е[Хх] = е.

Пусть Рх— вероятностный

закон

на Wj

случайного элемента

Xх.

Как

мы видели

в гл. IV,

Рх определяет

диффузионный процесс на W,, называемый минимальной L-диффу­ зией, где дифференциальный оператор L определяется равенством

 

 

 

' —

т ' Ч * » ; ? - 1- *<*>■£■

 

 

<3-2>

Пусть с I

фиксировано и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.3)

Функция s(x)

является строго возрастающей гладкой функцией на

/, удовлетворяющей равенству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ls(;r)s=0

на

I.

 

 

(3.4)

Т е о р е м а

3.1.

(1) Если s (!+ ) = —оо и s(r—) — °°,

то

 

 

 

Рх (е =

оо) =

Рх

X (t) =

rj =

Рх jKm X (t) = lj =

1

(3.5)

*)

См. [77] для более полной информации.

что

о и

b при­

**)

В дальнейшем рассмотрении достаточно предполагать,

надлежат классу С1.

352

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ II АППРОКСИМАЦИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

для всякого*)

х. В частности, процесс является возвратным, т. е.

Рх(ву<

°°) — 1 для всякого х,

у^ 1 , где оу=

inf {t : X (f) =

у}.

(2)

Если

s ( l + ) > —°°

и

s(r—) = °°,

то

lim X (t)

существует

Р

 

Рх | Н т X (t) =

lj = Рх ^sup X (t) <

гj = 1

(3.6)

 

 

для всякого х. Аналогичное утверждение справедливо, если поменять

ролями I и г.

 

и s (г—) <

то П т X (t)

существует п.н. и

(3)

Еслив(1+)> —

 

 

 

 

 

 

 

tie

 

 

 

 

 

Р , (Н т X « ) - I) -

1 -

Р , (lim X (1) -

г) -

 

 

 

(3.7)

Таким

образом,

процесс не

является

возвратным

в

случаях

(2)

и (3).

 

 

Пусть К

а < х < Ъ< г и

т = inf {£: X, е=

Д о к а з а т е л ь с т в о .

ё [а , Ь]>. Согласие формуле Ито и равенству (3.4),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fЛт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s{X x( t M ) - s ( * ) =

J S'U 'x(S))o (X K(S))d 5 (,)

 

 

и, следовательно,

Ях[в(Х(£Дт))] =

s(ar).

Устремив

ft°°,

получаем

^ [s (^ (T ))] = s(a)P*(X (t) = a) + s(b)PI(X (T )= b ) = s(a:).

 

Комбинируя это с 1 = Р*(Х(т) = а) + Рх(Х (т) — Ъ

находим, что

 

р , ( Х ( , ) - « ) _ Щ

0

 

p , (x

w

- n - ; - g

^

g .

 

(з.8)

Пусть

s(r—) = s(l+) = °°.

Тогда

lim Рх(X(т) == б) =

1.

Следова­

телыю,

Рх (sup X(t)~^ Ь\ ^

 

 

ли

 

Ъ = 1

для

всякого

Ъ<т

lim Рх (X (т) =

И поэтому Рх ^sup X (£) =

r j

= 1 .

Аналогично Рх ^inf X (t) = Zj = 1 .

Теперь

нетрудно

вывести

утверждение

(1). Далее,

предположим,

что s ( l + ) > °° и s(r—) = ° о. Так же как и выше, можно получить,

что

Zj = 1.

(3.9)

Рх pnf X (£) =

Процесс Y"'1= s (X (t Д т)) — s (l +)

— неотрицательный

мартингал,

и устремляя а\1 и 6tr, легко можно заметить, что Yt = s(X (t Де)) —

s(l

+ ) — неотрицательный супермартингал. Следовательно, сущест­

вует

н. н. конечный предел lim Yt =

lim s (X,) — s {l + ) (теорема

 

ftoo

t i e

I—6.4). Поэтому lim X ( существует п.н. и в силу (3.9) имеем (3.6). tie

*) X(t) = X{t, w) — w[t),

TanHte e = e(w).

§ 3. ОДНОМЕРНЫЕ ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

353

Д о казател ьство

у тв е р ж д е н и я

( 3 )

ан ал о ги ч н о

 

и

по это м у о п у -

в кается .

 

 

г — ф иксировано. П о л о ж и м

 

 

 

 

 

 

 

П у с т ь К

с <

 

 

 

 

 

 

(3.10)

*(z)=2jelp[^—

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л е м м а

3 .1 .

Пусть

и (ж ) — единственное

решение

уравнения

 

 

 

Е й (ж ) =

и (ж ),

и (с ) =

1,

н '( с ) =

0 .

 

 

 

(З.И);

Тогда

 

1

+

к (ж)

и (ж)

е х р (ж )},

ж

е

/ .

 

 

 

(3.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство.

Фупкция

и(ж)

есть решение

уравнения

 

 

 

 

(3.11)

тогдаитолько

тогда,

когда

 

 

и (ж)=

1+

 

X

 

 

у

 

 

 

 

{ ds(y) j u(z)dm(z),

где

ds (у) = exp

—f

 

 

dy п dm(z) =2 exp

С

 

 

С

 

 

dz

f

 

(»])

dr\

- ± — dz.

 

 

 

L

 

{

a

(z) J

 

 

 

 

 

L% °

J o' 00

Следовательно

 

 

 

00

и&(ж) с и0(ж )^1

и

и„(ж) =

%

 

Ц

 

и(ж)= 2

|ds (у) 1M„_ J(Z)X

 

 

 

 

 

 

л=о

 

 

 

 

 

 

 

i

 

cJ

 

xdm(z).

Очевидно

un(x)> 0

и

и,(ж )=Е(ж).

 

Поэтому

п(ж )>

^1 + Ui{x) — 1 + к(х). С другой стороны, если предположить, что (z)</c(z)7/i!, то

х

у

 

 

 

х

 

у

 

ип и (ж) = j ds (у) j

ип (z) dm (z) <

^ j- J ds (y) j к (z)n dm (z),К

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

- г j

* (у)* (s/)n J

 

( z) = 7 Г J ft№)n d iftШ =

 

Следовательно, и (ж) = 2

“ n И

<

2

* "f~

= 0XP {& (я)}.

 

З а м е ч а н и е

«=0

 

«=0

 

 

 

3.1. Очевидно, что

 

 

 

(1)

 

 

k(r—) <

o° =*- s ( r — ) < 00

 

( I I )

 

 

f t ( Z + ) <

o o = ► s ( H

- ) > — o o .

 

Т е о р е м а

3.2.

(1) .Если k(r~) = k( l+)= °°, ro

 

 

 

P*(c =

o°) = 1

для всех

ж е / .

(3.13)

(2) Если k(r—) < °° или k(l+)<

TO

 

 

 

 

Px(e<°°)> 0

для

всех

ж е / .

(3.14)

23 с. Ватанабэ, Н. Нкэда

 

 

 

 

 

 

354

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

(3)Равенство

Рх(1< °°) = 1 для всех х<=1

имеет место тогда и только тогда, когда имеет место один из сле­ дующих случаев:

(I) k(r—)< °° и к(1+)<°°.

(II)k(r—) < ° ° u s ( l + ) = —°°.

(III)к(1+)<°о и s(r—) — °°.

До к а з а т е л ь с т в о . Пусть и(х) определяетсяравепством (3.11).

Пусть К

а < х <Ъ < г и т =

inf { t : X(t) Ф (а, b) }. Согласно формуле

Ито,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

de-tu(X(l)) = e-lu'(X(t))e(X(t))dB(t) + e-*(-u(X(t)) +

 

 

 

 

 

+ (Lu) (X(t) ))dt = е~*и' (X(t))o (X(t)) dB(t)

и поэтому

e~li\xu {X {t/\т )— мартингал.

Устремляя

all

и

btг,

не-

медлеппо

убеждаемся, что

ехр(— tf\e)u(X(tДе))

— неотрицатель­

ный супермартингал. Если

к (г—) = к (1+) = °°, то

по

лемме

3.1

lim и (я) =

Нш и (х) =

оо. Следовательно,

неравенство Рх(е < °°) > О

Х \ 1

5С|Г

как

неотрицательный

супермартипгал

t

невозможно, так

exp (— (t /\е))и(Х (t/\e))

— ограничен

п. н.

Тем

самым

(1)

до­

казало.

Далее, предположим, что к(г—) < °°. Без потери общности можно

считать,

что

с < х .

Пусть х =inf{t: X(f) = c). Согласно

лемме

3.1,

и(г—) <

оо и>

следовательно,

 

 

 

 

 

 

ехр(— t/\x')u(X(t Д т'))— ограниченный Р^-мартингал (3.15)

Поэтому

и(х)= Ех [ехр{— t/\x')u{X(t/\х'))].

 

(3.16)

 

 

 

 

Устремляя ttoo в (3.16), получаем, что

 

 

 

 

и(х) =

2?хГехр (— е) и (г —); lim

X(f) «=r] +

 

 

 

 

 

L

 

(ТеДт'

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

+ /?жГехр(— т')н(с);

lim

X(t) =

c].

 

 

 

 

 

 

L

 

tteAX'

 

J

Если

£,хГехр(—e):

lim X(i) =

rl =

0, TO

 

 

 

 

 

L

 

ПеДт'

J

lim

X (t) = с] ^

и (c).

 

 

 

 

u(x) — u(c) Ex\exp (— x’y,

 

 

 

 

 

 

L

ПеДт'

J

 

 

 

Это, очевидно, является противоречием. Следовательно, £\с£ехр(— е);

lim X (t) =

г] >■ 0, откуда следует, что Рх(е < °°)> 0.

 

 

(ТеДт'

 

J

(3). Если

к(г—)< ° °

и

не выполняется нп

Докажем,

наконец,

одно из

условий (I),

(II)

и (III), то должны

иметь,

что « (/+ )>

> —оо

и

к(1+)= о°.

Тогда

Рх ^HmX (t) =

Zj > 0.

Так

как

exp (— t /\е) и (X (t /\е)) — неотрицательный

супермартингал

и

§ 4. ТЕОРЕМА ДЛЯ ОДНОМЕРНОЙ ПРОЕКЦИИ

355

limu(z)= оо, то е — оо п.п. на множестве {limX(f) =

1\. Следова-

\ tte

I

тельно, Рх(е = °°)> 0. Значит, если Р *(е< °°) = 1, то

должно удов­

летворяться .по крайней мере одно из условий (I), (И) и (III).

Теперь достаточно показать, что каждое из условий

(I),

(Н) и

(III)

влечет за

собой

соотношение

Рх( е < ° ° ) = 1

для

всех

х.

Сна­

чала

предположим,

что

справедливо

(I). Определим

 

G(x,

у),

х, у е

/ равенством

 

(${х)—s ( l —)) (s (г — 1 —

S (у))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ж У ,

 

 

 

 

 

 

 

G(х, у)

=

 

 

 

s { r — ) — s ( l + )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(s (у)s(l —))( S (г — ) —

S (X))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s(r —)—S(l- ;-)

 

 

 

 

 

 

 

 

Если f(x)— ограниченная,

непрерывная

функция на /, то из усло­

вия

(I)

следует,

что

 

и (х) =

JG{х, у) / (у) т (dy)

является

ограни-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ченной функцией. В частности,

(х) =

\ G(x, y)m(dy) — ограничен-

ная

функция. Легко

доказать,

что

I

 

и(1+)= и(г— ) = 0 и

и ^ С 2(1),

Lu = —f. В

частности,

Lul = —1. Поэтому, согласпо формуле

Ито,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

the

и\ (X (s)) dB (.9 ).

 

 

 

 

 

 

ul (X (I /\е)) — u1(x) +

t/\e =

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

Ех (иг (X (t Де))) +

(х) = Ex(t Де).

Устремляя

t|оо} получаем и, (х) = Е х(е) <

°°. Этим доказывается, что Рх(е < оо) =

= 1. Далее,

предположим, что выполняется условие ( I I ) .

 

Для каж­

дого

п = 1,

2, ...

положим

an = mHf:

X(t) = 1+ 1/п)

и

 

ar = inf{f:

X{t) = r). Тогда lim a„/\ar =

e. Согласно результату для случая

(I),

 

 

 

П Т оо .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

 

 

 

 

 

Рх (стп Дог <

оо) =

1 для всех х. По теореме 3.1

lim Рх (п„ >

ar) = 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П|0 0

 

 

 

 

_

так как s(r—)< °°

и $(/+) =

—°°. Ясно, что (ог <; оо) =

U {O r<o„)

и Рх(аг < ° ° ) = 1 .

Следовательно, Рх(е <

°°) = Px(ar= е <

 

П

 

 

°°) = 1.

(III)

получается, если поменяем ролями I и г.

 

 

 

 

 

§ 4. Теорема сравнения для одномерной проекции

 

 

 

 

 

диффузионных процессов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пусть a = (at (х)) — достаточно

гладкая

фупкция:

R1* э ж ь >

>-* о (х) е

Rd ® R'(,

 

а

b = ( b f(x)) — достаточно

гладкая

 

функция:

Rd з

х <-+ b (х) з

Rd. Рассматриваем

диффузионный

процесс

X =

= (X(t))

на 1V\ определенный решениями следующих стохастических

дифференциальных уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dX\=

(I

oi{Xt)dB\ +

ViXfidt,

i =

1 ,2 .........d.

 

 

(4.1)

 

 

2

 

 

23*

356

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

Диффузия X определяется до момента взрыва е (см. гл. IV, § 2). Как объяснялось в § 2 гл. IV, X — это диффузионный процесс, по­ рожденный дифференциальным оператором

(4.2)

 

 

i J — 1

dx*'

 

 

 

где

d

ol (x) a{(x).

 

o« (x) = 2

 

 

k—i

 

функция на R4 и пусть

7 =

Пусть p (x) — гладкая, действительная

{£ = /> (ж): i s R 1},

Тогда 7 — интервал

в R*. Пусть S — множе­

ство (возможно пустое)

всех a ;e R d таких, что р(х) — конечная точ­

ка

интервала

7. Пусть

— максимальный

открытый интервал, со­

держащийся в 7, а 7 — минимальный замкнутый интервал в [—°°, °°], который содержпт 7. Мы предполагаем, что

/ d

\ 1/2

|Vp(#)l = ( 2

 

а‘} ix)~ i (х) T W

> 0 для всех

\t.j--i

дх% дх’

1

 

 

Положим

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ь(х) =

(Lp) (ж)/а(х),

ж е R d\ 5 ,

и

 

sup

а (ж),

 

 

inf

а (ж),

« + (1) =

 

«"(!) =

 

x^D(i;p)

 

ъ~{1) =

ж е П ( £ ; р )

 

Ъ+ (1) =

sup

b (ж),

inf

Ь (ж), I е / ° ,

 

 

р )

 

 

 

x e D (l',p )

 

(4.3)

(4.4)

(4.5)

где 77(1, р) = {ж: р(ж) = £) для

&е 7“. Будем

считать,

что а* (|) и

Ь*(|) — локально липшицевые функции на 7° и а *(| )> 0 .

На интервале 7“ рассмотрим

следующие

четыре

минимальные

диффузиопные процессы £±± = (

t

которые порождены опера­

торами L±d:, соответственно, где

 

 

 

 

(4.6)

§ 4. ТЕОРЕМА ДЛЯ ОДНОМЕРНОЙ ПРОЕКЦИИ

357

Каждая из диффузий задается как и в § 3. Таким образом, траек­

тории процессов %±±(t) определены для

всех

 

и являются

не­

прерывными 7-значными траекториями

с

/\ /°

в качестве

ловушек.

Пусть

Х ( — траектория вышеприведенной

диффузии

(4.1),

вы­

ходящей

из

точки ж0 *= R'!\S. Положим

£ =

inf {f;

Х ( е

S}.

Мы предполагаем

что, если

£ < °°, то

Um р (Xs)

существует

в 7.

Положим

p(Xi) = lim p(X s)

 

 

*тс

 

 

 

опре-

для t>%. Таким образом, р (X,)

деляется для всех t 3* 0 как /-зпачная непрерывная траектория.

 

lo 33

Т е о р е м а

4.1

([57]). Пусть

d\S фиксировано

и

 

— р(х0 <^ /°.

Пусть

X = (Х () — вышеприведенная

диффузия,

начи­

нающаяся в точке х„. Тогда можно построить 1-значные непрерывные случайные процессы Ц/, тр , ip , тр ', тр на одном и том же вероятностном пространстве такие, что выполняются следующие свойства:

(I)

Распределение

(тр)

совпадает

с

распределением (p{Xt)),

(II)

(ц **)

имеет то же распределение, что и

|±:t =

(£±;t (f)) —

процесс, начинающийся в точке

 

для каждой из четырех комби­

наций ± ± .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(III) Если Tjt = max тр,

тр =

min тр

и

 

х£± = max

 

,nf± =

= min t]?*,

- 0 < « t

 

 

0 <$<t

 

 

 

 

0

 

 

то, с вероятностью единица,

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

^

гр ^

Tlt"^

для

всех

 

t^ O ,

 

(4.7)

 

 

Dtf “ <

Hi <

ЦГ+

 

для всех

 

t > 0 .

 

(4.8)

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Для

простоты

предположим,

что

£ “ 00

п. н. и что

являются консервативными диффузионными про­

цессами на /°; общий случай доказывается

небольшой

модифика­

цией. Положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

Ф+ (0 = J [я (Х8)/а+ (X.))] ds

 

и

Ф_

(г)

=

j

[fl (X.s)/a- (p (Xs))] ds,

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

Тогда,

очевидно, cp+ (t) ^ t ^

cp~ (t)

для

всех

t 3* 0. Пусть

\f>+(t)

и if)~ (/) — обратные

функции

к

 

функциям

(«■(p+ (i)

и (ьир~(г),

соответственно. Положим Х[^ = X (г|з+ (£))

и Х["

 

 

Как

и в гл. IV, § 4, мы видим, что

 

X (t+) =

(X j+)1, X (t"r)2,

. . . , X (,+)d) и

X t(~> =

(X [-)1, Х (Г )г, . . . , X\~)d) удовлетворяют следующим стохасти­

ческим дифференциальным уравнениям с подходящими d-мерными

броуновскими

движениями

# <( |) =

(Z?(t+)1, В\+)23

... , В\+^й) с

^о )==0 и В\

) = (В[ }1, В\ >2,

. . . , В\

)d) с Во-) =

0 соответствен-

358

 

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

 

 

но:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dX<t+H =

(а+ (р (Х\+)))/а {Х\+)))«*

S о{ ( 4 +)) dB\+)h +

 

(4.9)

 

 

 

 

k=i

 

 

 

 

 

+

[а+(р(Х|+)))/а(Х<+>)]ь{ (Х ((+)) ^ .

i = U 2 , . . .

d

у<+) _

 

 

 

 

 

 

 

 

An

О»

 

 

 

 

 

 

 

dX\-)l =

(а " (p (Х (Г>))/а (Х (Г>))1/2 2 а\(Х<Г>) dS(f

> 4

 

 

 

 

 

к=I

 

 

 

 

(4.10)

+

[a-(p(X\->))/a(X^)]bi (X<r>)dt,

i ~ 1,2,

 

 

 

v(—) _r

 

 

 

 

 

 

 

0

— **•ft•

 

 

 

 

 

 

 

Согласно формуле Ито,

 

 

oj(xi+))%xi+))d^+y+

^ ( ^ +))=(«+(PW +)))/«W+))),/ 22

 

 

 

 

i.j=l

 

 

 

 

 

 

 

+

[«+ (p №

) ) /

« W

« ) ]

( i p ) ( xi tl,+>)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.11)

dp (X<->) = (a" (p № >))/a (Х(Г0),/2 2

aj(Xi->)^(X<-))dB5-»+

 

 

 

 

 

 

d x l

 

 

 

 

+

[«" (P (Х (Г>))/а (Х (Г>)] (Lp) (X ^ ) dt,

P №

) =

 

 

 

 

 

 

(4.12)

Поэтому, если положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 j (!/«(^^±>)),/2aj (X<±>) ^ (X (±>) di?(±W

 

 

 

iii—l Q

 

 

 

 

 

 

 

TO (B t )

И {ВТ) будут одномерными броуновскими движениями и

^Р (^ t+)) — (a+ (р (■^t+)) ) ) 1/

+

а+

 

ft {x\+^) dt,

(4.13)

p W

+)) 4 o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j dp (X j- ) ) = {a ~ (p (Х (Г ))) ) ,/2 dSr +

a~ (p ( t f - m ъ / Х (-)ч d.

 

\ р

)

Ч .

 

 

 

 

 

 

(4-*4>

 

 

 

§ 4. ТЕОРЕМА ДЛЯ ОДНОМЕРНОЙ ПРОЕКЦИИ

 

359

Пусть

=

р (X (t+))

и Т]( =

р (Х (,

)).

Тогда, в силу (4.13)

и

(4.14),

 

 

dr\t =

(а (т!+)),/2 dBt +

а+ (т)+) Ъ(Х (, ! )) dtx

 

(4.15)

 

 

 

Л^ =

S„

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЙТ]Г =

(а_ (л Г ))1/2^5Г + а~ (т]Г)Ь ( X ^ d t ,

 

(4.16)

 

 

.

 

=

So-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

следующее стохастическое

 

дифференциальное

урав­

нение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d4t + =

(a* (r,^+))1/2dBt +

« + in t+) Ъ+ (т1ён ) dtt

 

(4-17)

 

 

++

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ло

=

So-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В теореме 1.1 возьмем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X 1(f) =

r]+

X 2(t)=r\f+,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

< j ( t , t ) = { a +

( l ) ) ' /2,

Ш

= Ъ ( Х \ + ) ) а +

( ц Т ) ,

Ш

=

Ъ+ { ц Т + ) а +

( ч Г + )

 

 

 

 

M *. S )= M * . S) =

b+ (S )« +(S)-

 

 

 

 

Так как мы предполагали, что а+(%

 

и

Ъ*(£) — локально

липши-

цевые функции, то для уравнения

(4.17)

выполняется условие по-

траекторной

единственности

решений

и

поэтому,

согласно

теоре­

ме 1.1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r \ t ^ 4 +

Для всех

г ^ О п . н.

 

 

(4.18)

Аналогично,

если ц/"

— решение

стохастического

дифференциаль­

ного уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dvit

=

(я+(л* )Y/2dBf + a+ (x\f

)b

(т^ )dtx

 

 

 

Ло ~ =

S0I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л^

 

для всех

г ^ О

п. н.

 

 

(4.20)

Аналогично,

если [ц*

— решение

стохастического

дифференциалы-

ного уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{ dr\t + =

(a

(t]t +) ) 1/2 dBt

+

а

(л< +) Ъ<г(л( +)

 

 

 

I Ло_+ =

So>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТО

 

 

 

 

 

-- 1-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л(

 

для всех

( ^ 0

п, н.

 

 

(4.22>

 

 

 

 

 

Л7

 

 

360

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

 

Если nJ — решение уравнения

dx\t

=

(а-

(т!^ ) ) 1/2 dBJ + а

(TJJ

)b

( TI4 )dt,

.

Ло

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.24)

 

 

Л(

^

Л!

для

всех

t^ O

п. и.

Наконец,

положим

 

tit = p № ) -

Тогда,

поскольку

max T|+ =>

= max

iis,

min r)+ =

min

 

r|s

и t «S “ф+(i), то

0 < i < t

 

 

0 « 8 < ф + (()

 

о <S<t

 

0<8^ф +(О

 

 

 

 

 

(4.25)

 

 

max r)+ ^ max r|s

и

min т]^ ^

min rjs.

 

 

 

8

 

o*Za-4t

 

0< s< t

 

O^scSf

 

Аналогично, используя тот факт, что t > if)

(t),

получаем

(4.26)

 

max

ц - sgC max iis

и

min rj" T5

min ris.

 

о

 

8

 

0<«S4(

 

 

0< s< i

0 <s<t

 

Комбинируя (4.18), (4.24), (4.25) и (4.26), находим

 

~r\f~ =

“ ax r)7“ ^

max rj7<

max Цз =

rit

 

 

r]t =

max r)s<1 max Ц* <

max T]f+ =

r)/l' +.

 

 

 

 

o^Ss^t

0 « s ^(

 

’ 0 < s < t

 

 

 

 

Так же можно получить, что

Л^'

^ Л 4^ Л г +- Теорема

доказана.

З а м е ч а н и е

4.1. Если в теореме

4.1 а (х )

зависит

только от

р (х), т. е. если существует функция а(|), определенная на /, такая, что а(х) = а (р (х )), то тогда a+(|) = a_(g) = a(|) и, следовательно, мо­

жем допустить, что л++ =

ЛГ+

и т\1~ = ц, " .

В этом случае имеем

Tij ^ Л(

Л(1+

для всех

п. н.

В качестве приложения теоремы 4.1 исследуем возможность взрывов для несингулярных диффузий. Пусть X = ( X ( t ) ) — d-мер­ ный диффузионный процесс, определенный решением уравнения

(4.1).

Предполагаем,

что d > 2

ж det(a<J(а:))>0

для всех l e R '.

Нашей

задачей является

нахождение критерия,

который

опреде­

ляет — произойдет

взрыв

за конечное время или нет, т. е. конечен

момент е или нет. Легко

видеть,

что Х(1)

покидает любое

ограни­

ченное множество, содержащее Х(0),

за конечное время п. н., и, сле­

довательно, можно предположить для этой

задачи, что

ач(ж) = 6ц и

Ь*(х) = 0 для

Ы

1

и

г, / =

1,

2,

..., d.

Пусть р(х)

=

\х\2/2 =

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2

(я*)*/2,

-т е= Rd. Тогда I =

[0,

°°)

и S = (0). В этом случае

i =

1

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а(х) = 2 аЦ(х)х{х>

1.7=1