![](/user_photo/_userpic.png)
книги / Флуктуации в динамических системах под действием малых случайных возмущений
..pdf* 3J ПРОЦЕССЫ С ОТРАЖЕНИЕМ НА ГРАНИЦЕ 411
В случае, когда траектории динамической системы не выходят из D через d2D, а наоборот, входят через эту часть границы, результатов типа закона больших чисел недо
статочно для нахождения lim иг{х). Изучение больших е-*0
уклонений для диффузионных процессов с отражением и асимптотики решений соответствующих краевых задач
проводилось в работах Ж и в о г л я д о в о й , |
Ф р е й д - |
|
л и н а [1 ], А н д е р с о н а , О р и |
[1 ]. Изложим кратко |
|
результаты этих работ. |
|
|
Приведем использованную у А н д е р с о н а и О р и |
||
[1 ] конструкцию, позволяющую |
построить |
диффузион |
ный процесс с отражением при помощи стохастических уравнений, исходя из винеровского процесса. Ограничим
ся случаем процесса в полуплоскости |
{(я1, |
х2) : |
х1^ 0} с отражением по нормали к |
границе, т. |
е. по |
направлению х1. Введем отображение Г пространства
С0т (# 2) |
в Сот (Д+) 1 Для |
£ е |
Сот (R2) |
значение тц = |
||||
= Г*(£) |
функции |
т] = Г(£) |
определим равенствами |
|||||
|
|
|
л< = (л?! ч*)« |
л? = |
Ь*« |
|
||
|
|
л‘ = |
£< — min (о, |
min g,1). |
(3.3) |
|||
|
|
|
|
|
\ |
0‘<s<f |
l |
|
Ясно, |
что Г(£) ее Сот (# + ), |
отображение |
Г непрерыв |
|||||
но И |
|Т]I — Г)8\< |
\rt — Cal- |
|
|
|
|
||
Мы хотим построить диффузионный процесс с отраже |
||||||||
нием на границе |
|
с матрицей диффузии |
(а^(х)) и пере |
|||||
носом Ь(х) = (Ь1^), |
Ь2(х)). Представим матрицу диффузии |
|||||||
в виде |
(aij(x)) = |
а(я)сг*(я), где |
сг(я) — ограниченная мат |
ричная функция с элементами, удовлетворяющими усло вию Липшица (такая матрица существует, если функции
aij(x) ограничены |
и непрерывны вместе с производными |
||
до первого |
порядка). Определим функционалы сг*(£) и |
||
bt(£) на Сит(Я2), |
положив |
|
|
|
О|(0 = |
о(Г,(£)), |
bt(0 = Ь(Г,(£)). |
Рассмотрим |
стохастическое |
уравнение |
|
|
t |
|
t |
%t = |
х + j °S(X) dw, + |
f К (X) ds> x e R+. |
оо
§ 3] |
ПРОЦЕССЫ* С ОТРАЖЕНИЕМ НА ГРАНИЦЕ |
413 |
|
Легко убедиться, что минимум (3.6) равен |
|
|
т |
|
|
S OT (ф) = 4" J I Фз — ^(Ф.) I * * , |
(3.7) |
|
о |
|
где Ь{х) — поле, совпадающее с Ь(х) всюду, кроме точек границы diD, в которых Ь(х) направлено наружу области;
в этих точках Ь(х) определяется как проекция Ь(х) на направление границы. Этот минимум достигается на функ ции ф, определяемой равенствами
“ |
Ор?, ч>*). ф* = ф?, |
|
t |
|
|
Ф? = Ф< + J |
Х{0> (ф!) min (О, Ь1(0, фП) ds. |
(3.8) |
О |
|
|
Формула, аналогичная (3.7), справедлива и в случав переменной матрицы (аЦ#)), а также для процессов в произвольной области D с отражением вдоль любого гладкого поля Z, не касательного к границе.
Из результатов, касающихся функционала действия,
в частности, |
вытекает, |
что |
траектории |
X] |
сходятся |
по вероятности |
при е |
0 |
к функции, |
на |
которой |
функционал S+ обращается в нуль, т. е. к решению сис
темы xt = b(xt).
Изложим теперь вытекающие отсюда результаты, ка сающиеся асимптотики решений задачи (3.1) (см. Ж и в о- г л я д о в а, Ф р е й д л и н [1 ]). Пусть D — кольцо на плоскости, имеющее в полярных координатах (г, 0) вид
{(г, |
0) : 1 < |
г < |
2}; |
рассматривается |
задача |
|
|
||||
v |
- 4 ( . |
дг\ + |
д*игс \ . |
, / m |
див |
, |
у |
/ |
m |
диг |
|
ае—J + |
Ьг (г2 0) |
- Q P |
+ |
b e |
( г , |
0) |
- щ - |
||||
|
|
|
|
|
|
“ |
Oj |
I |
G |
D, |
(3.9) |
|
|
^ ( 1 , 0 ) |
= 0, |
we(2, 0) = |
/ (0). |
|
|
|
Будем говорить, что выполнено условие 1, если траек
тории динамической системы xt =* Ь(х%), начинающиеся в
414 |
УТОЧНЕНИЯ И ОБОБЩЕНИЯ |
|
[ГЛ. 9 |
||
D, выходят |
на diD= {г= 1} |
раньше, чем |
на |
d2D= |
|
«= {г =* 2}, |
и br(1, 0) < 0 при |
всех |
0. |
отрезке [О, |
|
Предположим, что функция Ье(1, 0) на |
|||||
2я] имеет конечное число нулей. Пусть Ки К21 . • |
К х— ' |
||||
те из них, |
в которых bQ(1, 0) при возрастании 0 меняет |
||||
знак с плюса на минус. |
|
|
|
|
|
Рассмотрим |
|
|
|
|
|
V(Kh у) = Ы{ £&(ф):Фо = к н |
Фг = у; |
^ > 0 ) ; |
предположим, что при любом i минимум V(KX, у) по у е
е d2D достигается в единственной |
точке ух = |
(2, |
0*); |
||||||||||
положим |
V(Ki, |
dJD) =s V(Ki, yt). |
|
|
|
|
|
вы |
|||||
Т е о р е м а |
3.2. Пусть |
выполнены перечисленные |
|||||||||||
ше условия. Пусть g* — единственный |
{д2Б}-граф |
над |
|||||||||||
множеством символов {Кц . |
. ., Кх, d2D}, |
на котором до |
|||||||||||
стигается |
минимум |
(а |
|
F(a, |
Р) |
по всем |
{d2D}- |
||||||
графам |
g. |
Пусть |
траектория |
системы |
хх = b(xt), |
||||||||
начинающаяся |
в точке |
х е D, |
|
выходит |
на |
окруж |
|||||||
ность <9iD в точке (1, |
Qx); для х е |
dxD возьмем в качестве |
|||||||||||
0Л угловую |
координату |
точки |
х. |
Пусть K t — точка, |
|||||||||
к которой |
притягивается |
при |
t -> |
оо решение |
уравне |
||||||||
ния 0f = |
be (1, |
0*) с |
начальным |
условием |
0*. |
Тогда |
|||||||
lim ие(х) = |
/(0^), где |
Kk -> д2П — последняя |
стрелка в |
||||||||||
г-*0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пути, ведущем из точки Кх в d2D в графе g*. |
|
|
|
||||||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о |
этой теоремы проводится так |
||||||||||||
же, как доказательство |
теоремы |
5.2 |
гл. |
6. |
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА
А н д е р с о н , О р и (R. F. Anderson, S. Огеу)
1.Small random perturbations of dynamical systems with reflecting boundary.— Nagoya Math. J., 1976, 60, p. 189—216.
Ан о с о в Д. В.
1.Осреднение в системах обыкновенных дифференциальных урав
нений |
с быстро |
колеблющимися решениями. — Изв. |
АН СССР. Сер. «Математика», 1960, 24, № 5, с. 721—742. |
||
А р н о л ь д |
В. И. |
|
1.Математические методы классической механики.— М,: Наука, 1975.
Ар о н с о н (D. G. Aronson)
1.The fundamental solution of a linear parabolic equation contai
ning a small parameter.— 111. J. Math., 1959, 3, p. 580—619. Б а й е р Д., Ф p e й д л и н М. И.
1.Теоремы о больших уклонениях и устойчивость при случай ных возмущениях.— ДАН СССР, 1977, 235, N° 2, с. 253—256.
Бе р н ш т е й н С. Н. (S. Bernstein)
1.Sur l ’equation differentiel de Fokker — Planck.— C. R. Acad.
2. |
Sci. (Paris), 1933, 196, p. 1062-1064. |
des |
probabilites |
|||||
Sur l ’extension |
du theoreme limite du calcul |
|||||||
|
aux |
sommes de |
quantites |
dependantes.— Math. Ann., |
1926, |
|||
|
97, |
p. 1 -5 9 . |
|
|
|
|
|
|
Б л а г о в е щ е н с к и й Ю. H. |
|
|
|
|||||
1. |
Диффузионные процессы, зависящие от малого параметра.— |
|||||||
|
Теория |
вероятностей и |
ее применения, |
1962, |
7, |
№ 2, |
||
|
с. 135-152. |
|
|
|
|
|
||
Б л а г о в е щ е н с к и й Ю. Н., Ф р е й д л и н М . И. |
|
|||||||
1. |
Некоторые свойства диффузионных процессов, зависящих от |
|||||||
|
параметра.— ДАН СССР, 1961, 138, N° 3, с. 508-511. |
|
||||||
Б о г о л ю б о в Н. Н., З у б а р е в Д. Н. |
|
|
|
|||||
1. |
Метод асимптотического приближения для систем с вращаю |
|||||||
|
щейся фазой и его применение к движению |
заряженных час |
||||||
|
тиц в магнитном поле.— Укр. мат. журнал, |
1955, 7, № 7. |
||||||
Б о г о л ю б о в Н. Н., М и т р о п о л ь с к и й Ю. А. |
|
|
||||||
1. |
Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний.— |
|||||||
|
М.: Физматгиз, |
1963. |
|
|
|
|
||
Б о р о в к о в |
А. А. |
|
|
|
|
|
1.Граничные задачи для случайных блужданий и большие укло нения в функциональных пространствах.— Теория вероятнос тей и ее применения, 1967, 12, N° 4, с, 635—654,
ЛИТЕРАТУРА |
417 |
Га н т м а х е р Ф . Р.
1.Теория матриц.— М.: Наука, 1967.
Г е л ь ф а н д И. М., Ф о м и н С. В.
1. |
Вариационное исчисление.— М.: Флзмаггиз, 1961. |
Г е р т н е р Ю. |
|
1. |
Теоремы о больших уклонениях для некоторого класса слу |
|
чайных процессов.— Теория вероятностей и ее применения, |
2. |
1976, 21, № 1, с. 95-106. |
О логарифмической асимптотике вероятностей больших укло |
|
|
нений. — Кандидатская диссертация.— М., 1976. |
3.О больших уклонениях от инвариантной меры.— Теория ве роятностей и ее применения, 1977, 22, № 1, с. 27—42.
Ги р с а н о в И. В.
1.О преобразовании одного класса случайных процессов с по мощью абсолютно непрерывной замены меры.— Теория ве роятностей и ее применения, 1960, 5, № 3, с. 314—330.
Ги х м а н И. И.
1.По поводу одной теоремы Н. Н. Боголюбова.— Укр. мат. журнал, 1952, 4, № 2, с. 215—218.
Ги х м а н И. И., С к о р о х о д А . В.
1.Введение в теорию случайных процессов.— М.: Наука, 1965.
2.Случайные процессы: т. I.— М.: Наука, 1971.
Гр и г е л и о н и с Б.
1.О структуре плотностей мер, соответствующих случайным
процессам.— Литовский математический сборник, 1973, 13, № 1, с. 71 -78 .
Г р и н ь А. Г.
1.О возмущениях динамических систем регулярными гауссов скими процессами.— Теория вероятностей и ее применения, 1975, 20, № 2, с. 456-457.
2.Некоторые задачи, касающиеся устойчивости при малых слу чайных возмущениях.— Кандидатская диссертация, М., 1976.
3.О малых случайных импульсных возмущениях динамических
систем.— Теория вероятностей и |
ее |
применения, |
1975, 20, |
№ 1, с. 150-158. |
|
|
|
Д а н ф о р д Н., Ш в а р ц Дж. |
|
|
|
1. Линейные операторы.— М.: ИЛ, 1962. |
Devinatz, |
R. Ellis, |
|
Д е в и н а ц, Э л л и с , Ф р и д м а н |
(A. |
A. Friedman)
1.The asymptotic behavior of the first real eigenvalue of the se cond order elliptic operator with a small parameter in the hig her derivatives. II—Indiana Univ. Math. J., 1973/74, p. 991 —
1011.
Д о н с к е р , В а р а д а н (M. D. Donsker, S. R. S. Varadhan)
1.Asymptotic evaluation of certain Markov process expectations for large time: I—Comm. Pure Appl.Math., 1975,28, N2 1, p. 1 — 47; II, в том же журнале, 1975, 28, № 2, p. 279—301; III, в том же журнале, 1976, 29, № 4, р. 389—461.
2.Asymptotics for the Wiener sausage, Comm. Pure Appl. Math., 1975, 28, № 4, c. 525—565.
Ду б Дж. Л.
1.Вероятностные процессы.— М.: ИЛ, 1956,
418 ЛИТЕРАТУРА
Д у б р о в с к и й В. Н.
1.Асимптотическая формула лапласовского типа для разрыв ных марковских процессов.— Теория вероятностей и ее при менения, 1976, 21, N° 1, с. 219—222.
2.Точные асимптотические формулы лапласовского типа для марковских процессов.— ДАН СССР, 1976, 226, № 5, с. 1001 — 1004.
3.Точные асимптотические формулы лапласовского типа для
марковских процессов.— Кандидатская диссертация.— М., 1976.
Ды н к и н Е. Б.
1.Основания теории марковских процессов.— М.: Физматгиз, 1959.
2.Марковские процессы.— М.: Физматгиз, 1963.
Ев г р а ф о в М. А.
1.Асимптотические оценки и целые функции.— М.: Гостехиздат,
1957.
Ж и в о г л я д о в а Л. В., Ф р е й д л и н М . И.
1.Краевые задачи с малым параметром для диффузионного процесса с отражением.— УМН, 1976, 31, № 5, с. 241—242.
Ик э д a (N. Ikeda)
1.On the construction of two-dimensional diffusion processes sa tisfying Wentzell’s boundary conditions and its application to boundary value problems.— Mem. Coll. Sci. Kyoto. Ser. A,
1961, 33, № 3, p. 367-427.
И б р а г и м о в И. А., Л и н н и к 10. В.
1.Независимые и стационарно связанные величины.— М.: Наука, 1965.
И о ф ф е А. Д., Т и х о м и р о в В. М.
1. |
Теория экстремальных задач.— М.: Наука, 1974. |
К а т о Т. |
|
1. |
Теория возмущений линейных операторов.— М.: Мпр, 1972. |
Ки ф е р Ю. И.
1.Некоторые результаты, касающиеся малых случайных возму щений динамических систем.— Теория вероятностей и ее при менения, 1974, 19, № 2, с. 514—532.
2.О малых случайных возмущениях некоторых гладких динами ческих систем.— Изв. АН СССР. Серия «Математика», 1974, 38, № 5, с. 1091—1115.
3.Об асимптотике переходных плотностей процессов с малой
диффузией.— Теория вероятностей и ее применения, 1976, 21, № 3, с. 527-536.
К о д д и н г т о н 3. А., Л е в и н с о н Н.
1.Теория обыкновенных дифференциальных уравнений.— М.: ИЛ, 1958.
Ко л м о г о р о в А. Н. (А. N. Kolmogoroff).
1. Zur Umkehrbarkeit der statistischen Naturgesetze.— Math. Ann. 1937, 113, S. 766—772.
К о л м о г о р о в A. H., Ф о м и н С. B.
1.Элементы теории функций и функционального анализа.— М,: Наука, 1968,
Ли т е р а т у р а |
419 |
Ко м а ц у (Т. Komatsu)
1.Markov processes associated with certain integro-differential equations. — Osaka J. Math., 1973, 10, p. 271—303.
Кр а м е р (H. Cramer)
1.Sur un nouveau theoreme limite de la th£orie des probabilites.— Act. Sci. et Ind., 1938, 736. [Русский перевод: Об одной новой
предельной теореме |
теории вероятностей.— УМН, 1944, |
10, с. 166—178.] |
М. А., К р е й н С. Г. |
К р а с н о с е л ь с к и й |
1.О принципе усреднения в нелинейной механике.— УМН, 1955, 40, № 3, с. 147-152.
Кр ы л о в Н. В.
1.О квазидиффузионных процессах.— Теория вероятностей и ее
применения, 1966, 11, № 3, с. 424—443.
2. Управляемые |
диффузионные процессы.— М.: Наука, 1977. |
К у п и т а, В а т а |
п а б е (Н. Kunita, S. Watanabe) |
1.On square integrable martingales. — Nagoya Math. J. —1967, 30, р. 209—245. [Русский перевод: О мартингалах, интегрируе
мых с |
квадратом.— Сб. перев. «Математика», 1971, 15, |
№ 1, |
с. 66-102.] |
|
|
К у р а н т |
Р. |
1964. |
1. Уравнения с частными производными.— М.: Мир, |
Ла б к о в с к и й В . А.
1. Новые предельные теоремы о времени первого достижения
границы цепью Маркова.— Сообщ. АН Груз. ССР, 1972, 67, № 1, с. 41 -44 .
Л а д ы ж е н с к а я О. А., У р а л ь ц е в а Н. Н.
1. Линейные и квазилинейные уравнения эллиптического типа.—• М.: Наука, 1964.
Л е в и н а Л. В., Л е о н т о в и ч А. М., П я т е ц к и й - Ш а -
п и р о И. И.
1.Об одном регулируемом ветвящемся процессе.— Проблемы
передачи |
информации, 1968, 4, № 2, с. 72—83. |
||
Л е в и н с о н |
(N. Levinson) |
problem for equation g Дw + Aux + |
|
1. The first |
boundary value |
||
+ Buy + |
Си = D for small e. — Annals of |
Math., 1950, 51, |
|
№ 2, p. 428-445. |
(J. P. Lepeltier, |
B. Marchal) |
|
Л е п е л ь т ь е , М а р ш а л ь |
1.Probleme des martingales et equations differentielles stochastiques associees a un operateur integro-differentiel.— Ann. Inst.
H. Poincare, 1976, В 12, № 1, p. 43—103.
M а к к и н Дж. П.
1.Стохастические интегралы.— М.: Мир, 1972.
Ма л к и н И. Г.
1.Теория устойчивости движения.— М.: Наука, 1966.
Мо г у л ь с к и й А. А.
1.Большие уклонения для траекторий многомерных случайных
блужданий.— Теория вероятностей и ее применения, 1976, 21, № 2, с. 309-323.
Мо л ч а н о в е . А.
1.Диффузионные процессы и риманова геометрия,— УМН, 1975,
30, М 1, с, 3-59,
420 ЛИТЕРАТУРА
Н г у е н В ь е т Фу .
1. К одной задаче об устойчивости прп малых случайных возму щениях.— Вестник МГУ, серия математ. механ., 1974, №5,
с. 8 — 13.
2.Малые гауссовские возмущения и уравнения Эйлера. — Вест
ник МГУ, серия математ. механ., 1974, №6, с. 12 — 18.
Не в е л ь с о н М . Б.
1. О поведении инвариантной меры диффузионного процесса с
малой диффузией на окружности.— Теория вероятностей и ее применения, 1964, 9, № 1, с. 139—146.
Н е й ш т а д т А. И.
1.Об осреднении в многочастотных системах: I — ДАН СССР,
1975, 223, № 2, с. 314—317; II — в том же журнале, 1976, 226, № 6, с. 1296—1298.
Пе т р о в В. В.
1. Суммы независимых |
случайных величин.— М.: Наука, |
1972. |
П о н т р я г и н Л. С., |
А н д р о н о в А. А., В и т т А. |
А. |
1.О статистическом пассмотрении динамических систем. — ЖЭТФ, 1933, 3, №3, с. 165—180.
П р о х о р о в 10. В.
1.Сходимость случайных процессов и предельные теоремы тео рии вероятностей.— Теория вероятностей и ее применения, 1956, 1, № 2, с. 177-238.
Р и с е Ф., С е к е ф а л ь в и - Н а д ь Б.
1. Лекции по функциональному анализу.— М.: ИЛ, 1954. Р о з а н о в Ю. А.
1. Стационарные случайные процессы.— М.: Физматгпз, 1963.
Ро к а ф е л л а р Р.
1.Выпуклый анализ.— М.: Мир, 1973.
С а р а ф я н В. В., С а ф а р я н Р. Г., Ф р е й д л и н М. И.
1. Вырожденные диффузионные процессы и дифференциальные уравнения с малым параметром.— УМН, 1978, 33, № 6,
с.233-234.
Си н а й Я. Г.
1. Гиббсовские меры в эргодической теории.— УМН, 1972, 27,
№ 4, с. |
2 1 -6 4 . |
С к о р о х о д |
А. В. |
1.Случайные процессы с независимыми приращениями.— М.: Наука, 1964.
Со б о л е в С. Л.
1.Некоторые применения функционального анализа в мате матической физике.— Л.: Изд-во Лен. гос. университета,
1950.
С т р а т о н о в и ч Р. Л.
1.Условные марковские процессы и их применение к теории оптимального управления.— М.: Изд-во МГУ, 1966.
Ст р у к (D. W. Stroock)
1.Diffusion processes with Levy generators.— Z. Wahrscheinlichkeitstheorie und verw. Gebiete, 1975, 32, S. 209—244.
С т p у к, В a p а д а н (D. W. Stroock, S. R. S. Varadhan)
i.Diffusion processes with continuous coefficients: I.— Comm. Pure Appl. Math., 1969, 22, № 3, p. 345—400; II — в том же