|
|
|
§ 4. ПРИЛОЖЕНИЯ I! БРОУНОВСКОМУ ДВИЖЕНИЮ |
|
141 |
||||||||||
V |
|
|
|
|
|
|
-V |
то (X (<)} |
будет |
процессом |
ВМ°, не |
||||
(Х(<)}, |
согласно (4.27), по р, |
||||||||||||||
зависимым |
от |
3~9. Очевидно, |
X(t )= а ~ Y(A+(a)~ t) |
для |
|
||||||||||
^ Л f (а) — А+ (0) = |
Л(а — 0) = |
2 |
|
а [р (s)]. Проанализируем |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
«SD^,«<о—0 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
0 + |>+(0)](О = |
|||
часть (У(г): г )= ^ Л +(0)}, где ц = |
4 +(0 -)+ in f U: |
||||||||||||||
■==«} = |
inf \t: Y (f) = |
а). |
Для b s (0 , |
а), |
согласно |
(4.21), |
|
|
|||||||
P [0 > |
£>] |
— P {Arp+[(s, w \ 0 < |
s ^ b, s + |
m (w) ^ |
a] = |
0) = |
|
||||||||
|
= |
exp (— £ [N p+ [(s, IP); 0 < s ^ b , |
s + m (ip )> a ]]) = |
||||||||||||
|
|
|
- |
ь |
|
|
|
|
|
л |
=exp |
f |
ь |
- ■ds |
|
= |
exp. |
S n + { w - , m { w ) ^ a - s } d s |
|
- |
J |
||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
L |
о |
= |
(a — b)/a. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Этим показано, |
что |
величипа 0 = У(Л+(0)) = а — Х(А(а— 0)) рав |
|||||||||||||
номерно распределена на (0, а). Далее, если В е |
38((0, °°)ХЖ+), то |
||||||||||||||
Е [Ы 0, р+ (0))] = Е ^ sdS |
s<0 Ы * <*Р+ (s)) I{s+m[p+(s)]>a)J = |
|
|||||||||||||
|
|
|
= Е И ds |
j |
I R (s, w) T{s+mlw]>a} n+ (dw) |
= |
|
J |
|||||||
|
|
|
|
L° |
w * |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
=n+{w; (s, IP)(= В and aa_ a (IP) < 0 (w)}d^|.
Следовательно, если A e |
^f(W [0. »)), то *) |
|
|
|
|
||||||||
R 1 /а ((У (Л + |
ty, 0 < |
t < |
Л+ (0) - T1))1 = |
|
|
|
|
|
|||||
= E [/A{(0 + |
[/>+ (0)] (t + oa_ e \p+ (0)]); 0 < t < a |
[p+ (0)] — |
|||||||||||
— 0 0 -0 \Pb (0)1)}] — E |
Г 0 |
|
[ |
Iл{(s + w (l -f |
Ga- S(IP)); 0 < |
t < |
a («0— |
||||||
j ds |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
r |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
0 o _ , (U >))} I (<7a _ s(u))<a(u))| П + |
(d ip ) j = |
|
|
|
||||||
|
= |
E |
j Pa (wa, <= A) n+ {oa_, < |
a}ds |
= |
|
|
||||||
|
|
|
|
a |
b |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
= |
T |
J |
|
J |
|
( “ |
4 |
G |
|
|
|
^ ds‘ |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*) Когда |
мы |
рассматриваем |
(У(д + |
t): |
0 ^ |
г =g; Л+ (0 )— ц) |
как |
траекто |
|||||
рию в WIOi „ „ |
то |
полагаем |
У(ц + |
<) = |
К(Л+(0)) |
для « ]5* Л+(0 — ц). |
|
||||||
**) Рх — мера Випера, начинающаяся в х\ (ш ~) (u) = w (sA и).
142 |
|
|
|
ГЛ. XXI. СТОХАСТИЧЕСКОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ |
|
|
|
|
||||||||
Другими |
словами, {У (ц + |
s): 0 < s < |
Л+ (0) — ц] яа {а + Х х (s): |
0 < |
||||||||||||
< |
s ^ |
тх} « |
{сс2 + -^2 (т 2 — s): 0 ^ |
s ^ т2}, где (Х 4(s)} — процесс ВМ\ |
||||||||||||
a {X2(S)} -B £ S ° (3 ), |
GCI и |
аг — случайные величины, |
независимые |
|||||||||||||
от |
{X ,(s)} |
и (X2(s)>, |
соотвстствеппо, |
равномерно |
раснредслонные |
|||||||||||
на |
(0, |
а), |
х2— inf (s: a + Xi(s) = |
a t} |
и |
t 2 = |
sup{s: |
a2+ X 2(s) = a}. |
||||||||
Если |
{X (0}/e[o,A+(a)] определить |
формулой |
X(t) = а — У(Л+(а) — |
|||||||||||||
— t), |
0s£ |
|
(a), то мы |
знаем, |
|
|
|
2? |
|
0 ^ |
^ |
a„ = |
||||
|
что {X (t)}& {B(t): |
|||||||||||||||
= |
in f{f: B(t) = |
a}}, |
где |
|
— процесс |
BM° |
и |
также |
то, |
|||||||
что X(s) = |
X (s) |
для |
0 < $ < Л ( а — 0). Так |
как (Х (г)) позависим |
||||||||||||
от |
&~в, |
то он |
независим |
от а — 0 = |
Х(Л (а — 0)) |
и |
{Y (s )= a — |
|||||||||
—Х(Л +(а) — s ): 0 < s ^ Л+(0) = Л+(а) — А (а — 0)}. |
Положим |
62 = |
||||||||||||||
= snp {t: t < Л+(a), X (l) —0). Тогда 62 = |
Л+ (a) — ц и Л(a — 0) = 6t, |
|||||||||||||||
где |
6j |
определяется |
из |
равенства |
sup |
X (к) — X (б,). |
Процесс |
|||||||||
{X (i + 6,): |
0 *£ i < б2 — б|) |
совпадает |
о<«<л2 |
|
|
0 |
< |
|||||||||
с |
{а— К(/1+(0)— t) : |
|||||||||||||||
^ |
Л+ (а) — г|}. Наконец, изучим (X (f + 62): 0 < t ^ А+(а)— б2). Если |
|||||||||||||||
/?Л/°-процесс {B(t)} представлен |
в |
виде |
(4.17) посредством |
|
||||||||||||
пуассоповского точечного процесса р броуновских экскурсий, то для
каждого Л |
& (W[of оо)) |
и ограниченного |
(@~з)-пуассоновского про |
||||||||||
цесса |
|3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е\Ы Л\(в (s + fi2); 0 < |
,9< 0 „ - |
62) ] ] |
= К [|Д л |
(/> (е)оы[р(е)])] = |
|
||||||||
|
|
Е\ |
i i |
^ Л а (р (s)o„[p(«)]) I[m(jj(«))>o]l |
— |
|
|
||||||
|
|
LsSDjJ,«<e |
|
|
|
|
J |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
= E |
j |
Isds J n+ {w; U!^a<= Л, m (w) > a), |
||||||
где |
e — inf (s e DP: m [p (s)]> a l, |
aa= |
ini {s: B( t ) ~ a), |
a |
62 = |
||||||||
= sup {t < |
a„: B(t) = |
: |
0> = A (e—). Отсюда |
мы |
легко |
можем |
заклю |
||||||
чить, |
что |
{ B ( s + б2) |
|
0*£s ^ |
о« |
— б2) независим от |
i B ( s ) : |
0< Ж |
|||||
< б 2} |
и его закон распределения совпадает с |
н+ ( |
• |
|a > |
<ra) = |
||||||||
= Q«(waa^ ') - Резюмируя, получаем следующую теорему Уильям
са [164]:
На некотором вероятностном пространстве подадим четыре не зависимых случайных элемента: случайную величину а, равномер но распределенную на (0, а), ВМ°-процесс (£(/)), BES°(Ъ)-процес-
сы (V‘ (i)> и {Vl (t)}-
|
§ 4. ПРИЛОЖЕНИЕ К БРОУНОВСКОМУ ДВИЖЕНИЮ |
|
|
143 |
||||||||
Определим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6, — inf {t; В (t) = а), |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
62 = |
6i + |
sup {t; а — Т‘ (t) = |
0), |
|
|
|||
|
|
|
|
63 = |
6j + |
inf (f; Y2(t)= a). |
|
|
|
|
||
Тогда процесс {X (£)}0«< 6 3) определенный так, что |
|
|
|
|||||||||
|
X(*) = |
B(t) |
|
|
для |
< t |
< |
6lt |
|
|
||
|
a — |
Y1 (t — 6X) |
для |
|
< |
2, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
||||
|
|
|
|
Y * ( t - 8 2 |
|
для |
< f < 6 3, |
|
|
|||
оквивалентен |
no |
|
распределению |
процессу |
W (t): |
0 «£ t < oa= |
||||||
inf {t: |
B(t) = |
a)). |
|
|
|
теоремы |
для |
времен |
пребывания |
|||
4.4. |
Некоторые предельные |
|||||||||||
броуновского движения. |
Пусть Х = (Х (£ ))—одномерное |
броунов |
||||||||||
ское движение |
с |
Х(0) = 0. Пусть |
/ ( х ) — непрерывная |
функция с |
||||||||
компактным носителем. Мы интересуемся задачей нахождения пре-
|
%t |
дельного процесса для |
/ (X (&•)) ds при X °°, где и(К) — не- |
0 которая нормирующая функция. Ситуации очень различаются в за
висимости от того, будет ли
1 = |
[ / (х) dx Ф 0 пли |
/ = 0. |
||
|
Rl |
|
|
|
Т е о р е м а * ) 4.4. |
(I) |
Если / Ф 0, |
то |
семейство непрерывных |
случайных процессов |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
t . - * § f { X ( s ) ) d s , |
X > 0, |
|||
|
* |
О |
|
|
сходится при X -►<»> по распределению на пространстве непрерыв
ных функций к непрерывному процессу t >-»■ 2/ф (£, 0), где ср(£, 0) |
— |
|||||
локальное время А (/) |
а нуле. |
не является тождественно |
равной |
нулю, |
||
(II) |
Если / ■= 0 и / |
|||||
то семейство непрерывных процессов |
|
|
|
|||
|
t |
^75 иJ |
(/X (s ))d s , |
Х > 0 , |
|
|
при X -> эо сходится по распределению на пространстве непрерыв |
||||||
ных функций к непрерывному процессу |
t >-*•2 1^</, /) |
5 (ф (f, 0)), |
||||
*) См. Папаншсолау, Струк, Варадан (140]. Соответствующая задача для двумерного броуновского движения обсуждалась Касахарой и Котани [84].
144 |
|
ГЛ. Ш . СТОХАСТИЧЕСКОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ |
|
|
||||||||
где |
<р(t, |
0) — локальное |
время X(t) . . в |
нуле, |
B (t) — другое бро |
|||||||
уновское |
движение, |
независимое or |
X {t), |
с |
5(0)*= 0 |
и </,/> = |
||||||
= |
\\x— — «\f(x)f{y)dxdyJ |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Rl R* |
|
(I) |
|
доказывается |
легко. |
Действительно, |
|||||
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
|
||||||||||
согласно |
свойству |
автомодельпости |
броуновского |
движения |
||||||||
|
SB |
_ |
для |
каждого |
X > |
0. Отсюда легко заклю- |
||||||
{X ( * ) } » |
{я. I/2X(Xi)J |
|||||||||||
чить, что |
{ф (£, |
|
»p(Xt, /Х а )\ |
для каждого |
X > |
0. Далее, |
||||||
|
|
ф=. J (f(kt, а) / (a) da |
2 |
J<p(f, а/УТ,) f (a) da. |
||||||||
|
|
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
Но |
2 j <p(f, a/YT,)f(a)da при |
X -+ <» сходятся к 2ср(t, 0) j f(a)da |
||||||||||
|
R 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R l |
равномерно no t на каждом коночном интервале п. н. Таким обра зом, утверждение (I) доказано.
Чтобы доказать (И), положим
|
|
|
X |
|
|
X |
|
|
|
F (*) = |
J f (и) dz и |
G{x) = jF (у) dy. |
|
||
|
|
|
— 00 |
|
|
О |
|
Так как f{x) |
имеет |
компактный |
носитель и нулевой заряд, т. е. |
||||
7 - 0 , то F(x) имеет компактный |
носитель и функция G(x) |
огра |
|||||
ничена. Соглисно формуле Ито |
|
|
|
|
|||
|
|
|
< |
|
|
t |
|
|
G (X (t)) = j F (X (s)) dX (s) + |
-iJ/ (X (a) ds. |
|
||||
Поэтому |
|
о |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
и |
|
|
|
и |
|
||
ТЩ j |
/ (х (*))* =ГЩ G {X (Щ) - |
- j j |
F(X (a)) dX (s) = I1 + |
I, |
|||
Ясно, |
что h |
-*■ 0 равномерно |
по |
t при |
X -*■ оо п. н. Положим |
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
( 0 - - ^ |
, 1 |
’ *’ (*(«)) <«(*)• |
|
|
Для каждого |
X > 0 |
Mx(t) — непрерывный мартингал такой, |
что |
||||
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
<м х> ( |
О |
*( *( •) ) **, |
|
||
§ 4. ПРИЛОЖЕНИЕ К БРОУНОВСКОМУ ДВИЖЕНИЮ |
145 |
В, согласно результату (I), это семейство процессов сходится при X -> оо по распределению к процессу 8F2y>(t, 0). Определим семей ство трехмерных непрерывных процессов £*(£), К> 0, равенством
Zx (t) =(м, (t), <м,> (t), -L - х (Хо).
('начала мы покажем, что семейство распределений процессов Zk плотно. Для этого, очевидно, достаточно показать, что плотно се мейство распределений процессов MK{t). Согласпо теореме 3.1 для s < t
К ([Mx(t) - Mh(s)]6) < const E {[{М%У(t) |
- <M „> (s)]3) < |
||||
M |
и |
v |
|
|
|
^ const K~3/2 j |
du j* dv f dw |
|
j" dxJ dy |
j* dz X |
|
Я * |
ks |
^ |
R l |
R l |
R ! |
|
exp ( - s i ) |
exp(— |
2 (v — w)j |
e x p f - j s u a l ) |
|
X |
l 2w) |
F\ |
Fl 2 (u— v) / |
||
~\/2nw |
~[/‘2n (v— w) |
1/2л(ц —v) |
|||
|
|||||
|
|
%t |
|
|
|
|
^ const |
Jdw |dv j" dm |
1/ 'in w ~\/2n(v — |
||
|
|
>.* |
и |
||
|
|
|
|||
F {x)2 F (уу F (z)a <
if’} ~[/‘2n {u — v)
^ const (t — s)3fi.
Следовательно, по теореме 1-4.3 мы можем заключить, что распре деления процессов Mi(t) составляют плотное семейство. Затем мы показываем, что множество предельных точек распределений про цессов ZA состоит из одной точки. Пусть Z/,.-> Z по распределе
нию |
для |
некоторой подпоследовательности |
и |
Z = (Zs (t), Z2(t), |
||||||
Z ,(t)). |
Тогда Z3 (t) — броуновское движение, |
a Z2(() = |
8F2cp(t, 0), |
|||||||
где <p(f, 0) — локальное время процесса Z,(t) |
|
в нуле. Согласно тео |
||||||||
реме 1-4.2 мы можем предполагать, что |
Z%{(t) -> Z (t) |
равномерно |
||||||||
на каждом |
компактпом |
интервале п. н. |
Тогда нетрудно доказать, |
|||||||
что |
(Z„ |
Z3) — система |
непрерывных |
мартингалов |
таких, что |
|||||
|
|
|
<zlf Zt) f = |
Z2 (t) = 8fr2(p(t, 0), <Z3, Z3>t = t |
|
|||||
<Zlt Z3>t - |
Иш ( M x, |
= |
lira ( - |
^ |
j |
F (X{s)) dxj = 0, |
||||
так как |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(s)) ds -*-2Fcp (t, 0) = |
0 |
по |
распределению. |
||||
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
10 С. Ватанабэ, H. Икэда |
|
|
|
|
|
|
|
|||