Материал: Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

§ 4. ТЕОРЕМА ДЛЯ ОДНОМЕРНОЙ ПРОЕКЦИИ

361

b (X) = | 2 аП (я)/2 + ^ (х) z j для ж е R*\{0}.

Следуя (4.5), положим

а+ (г) =

max а (х),

а- (г) =

min а (ж),

 

|.х|=/2Г

 

|3Cl='/5r

6+ ( r )=

max_Z>(;r),

b~(r)=

min_6(a:)

 

\ x \ = Y i r

 

|oc\=V^2r

для r e (0, oo). Легко видеть, что эти функции являются локально липшицевыми и а* (г) > 0 для г е (0, ос), Пусть r+ = {rf ) и г — = (г7) — минимальные диффузионные процессы, порожденные опе­ раторами

 

а + (г)( ^ 5

+

ь + (г)^

)

и

а~ (г)( т | з

+ ь"< г> -£ )*

соответственно. Положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

е+ (г) =

exp j 2b+ (u)du,

с~ (г) =

exp J 2Ь~ (и) du ■

и

 

 

i

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s+ (г) ==

f

du,

S- (г) =

f —~

du

 

 

 

w

 

Jc+(u)

w

J c~ (и)

 

 

для r e (0, ос). Согласно допущенному выше

 

 

 

 

 

S+ (г) =

s~ (г) =

- ( 4 - i ) ( i / r i_1- i ) ,

d >

 

— log—,

 

 

 

 

d =

2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для

r e (0, 1). Поэтому

s+ (0—) = s~(0—) = —°°. Согласно теореме

3.2,

если е+ и е~ — моменты

взрывов для

(г+(£)) и

(r~(t)), соот­

ветственно, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рт {е ь = оо} =

1

ИЛИ

Pf (е+ < оо} =

1

для

г S

(0, оо)

в зависимости от того

 

(и)/а+ (и)]

dudr = о

 

 

< о;

 

00J[1/с+(г)]J[с+

г

 

или

 

1

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

также

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PV {е~ = оо} =

1

или

Р ~ {е~ < о о } =

1

для

г е= (0, оо)

3G2

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

в зависимости от того

 

 

 

 

 

 

 

 

00

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

J [1/с—(г)] j [с~ (и)/а~ (и)] dudr =

оо

или

<

о о .

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь Р ?

и Р 7 —

вероятностпые

законы r+ = ( r +(t))

с г+(0) — г и

г~ = (г~ (t))

с г~ (0) = г, соответственпо. Согласно теореме 4.1, можно

предположить, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max r~ (s) ^

max |X (s) \2/2^

max г '•(х), п. н.

 

о

 

 

0< s< t

0<s<t

 

 

 

 

и поэтому

е+ < е < е-

п. п. Следовательно,

имеем

следующий ре­

зультат.

 

4.2. (Хасьминекий [175]). Пусть Рх вероятностный

Т е о р е м а

закон реш ения X = {X{t))

с Х(0) =

ж уравнения

(4.1).

 

(I) Если

00

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j" 1/с1' (г) j [с+ (и)/а 'г (и)] dudr =■

оо,

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

то Рх(е = оо) =

1

для

всехх е R*.

 

 

 

 

 

(II) Если

00

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J 1/с-

(г)

(' [с- (м)/а~ (u)] dudr •< оог

 

 

 

 

1

 

 

i

 

 

 

 

 

 

то Р*(е < оо) =

1

Зля

всеях е Rd.

 

 

 

 

 

§ 5. Приложения к диффузиям на римановых многообразиях

Введем сяачала некоторые необходимые понятия дифференци­ альной геометрии.

Пусть М d-мерное полное риманово многообразие и V — римапова связность (см. гл. V, § 4). С каждой парой X, Уе З? (М) свя­ зываем отображение R XY : £ (М ) Зс (М), называемое преобразова­ нием кривизны, посредством равенства

R X Y =

^[х, г ]—(VxVr

Vrvx).

(5.1)

В локальных координатах

(я‘, я2, ..., х?)

 

 

RXYZ = XtY*ZhRdig.dhY

(5.2)

где X = Х''3„ Г = Y% и Z = Z'dj

j ; к тому же,*)’

 

{Ra^k, дО — Rijhi и Rijhi = gihRhjiiix

(5.3)

*) <•, •>—скалярное произведение в каждом касательном пространстве.

§ 5. ДИФФУЗИЯ НА РИМАНОВЫХ МНОГООБРАЗИЯХ

363

Где RjM было определено в гл. V, § 5 равенством

п 1т - ь 4#} - dt UM + (1Л ) !Л ) - UM (Л)).

Плоское сечение %в точке х ^ М есть двумерное подпространство ТХ(М). Пусть g — плоское сечение в точке х и пусть X, У е ТХ(М) — ортонормированный базис для Секционная кривизна К{%) для g определяется так:

 

 

 

 

Я ( 6 ) = < Д « У ,

х>.

 

 

 

 

 

Можно показать, что К (|) зависит

от g и не зависит

от

частного

выбора X и У. В локальных координатах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K(l) = X‘r Y hX‘Rm,

 

 

 

 

 

если X = Х(<?„ У =

У'д, и {X, У) — ортонормированы. Для X е £ (М)

такого,

что 11ХН=

У <Х, Х> = 1,

кривизна Риччи

р(Х) направления

X определяется равенством

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р(Х)= 2 х ({{Х,уо)),

 

 

 

 

 

где {X,

У2, .... Yd — ортонормированный

базис

в

ТХ(М) для каж­

дого х и {{X, У4}} — плоское сечение, порожденное

(векторными по­

лями) X и Yi. р(Х)

не

зависит от

выбора

(У2, У$,

Уа). В ло­

кальных координатах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р(Х) = Х*Х*Ду

и

Ru = R hm,

 

 

 

 

где Х = Х‘д{ с 11X11 =

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О п р е д е л е н и е

5.1. М называется пространством постоянной

кривизны, если К( |) не

зависит

ни

от выбора

плоского сечения g

в каждой ж е М, ни от точки*)

i s l .

 

 

 

 

 

 

 

 

О п р е д е л е н и е

5.2. Пусть ц : 1 -*■ М — гладкая кривая, у назы­

вается геодезической, если касательные векторы

у* =

-^

парал­

лельны

вдоль у;

в

локальных

координатах у

=

 

*Y*(i) , . . .

•••>yd( 0 ) — геодезическая тогда и только тогда, когда

 

 

 

 

i V

m

. I

 

f

dt

e

v’

/

 

 

 

 

(5.4)

 

 

it*

 

dt

~

 

 

 

 

 

 

Следующие утверждения являются следствием теорем существо­

вания и единственности для дифференциального уравнения

(5.4) **);

для каждых х ^ М

а Х ^ Т х(М) существует единственный открытый

интервал / ( X ) в R *,

который содержит 0

и такой, что

такая,

что

(I)

существует

геодезическая

кривая

у: J(X )-* M

1(0) = 1 и у* (0) = X;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*) Согласно теореме Шура, из

первого

свойства

следует

второе,

если

только

3 ([7]).

 

[176].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

**)

См., например,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

364

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

 

(II) если я < 0 < 6

и с: (a,

b)-*- М — такая геодезическая

кри­

вая,

что с(0) = а: и

с*(0) = .Х,

то (a, b)<^J(X) и c(t) = f(t)

для

(а,

Ъ .

 

 

 

О п р е д е л е н и е 5.3. Вышеописапная геодезическая кривая if обозначается через Цх- Мы полагаем

/ \ Г,(М ) = { Х е Щ ) ; 1 е / ( Х ) }

/ \ и определяем экспоненциальное отображение Тх(М)-*-М равенством

expX = ifjr(l).

(5.5)’

Оно также обозначается через exp* X. Ясно, что tX = fx (г). Положим

r0 = rXt (М) = max (г: существует шар в ТХ(>(М) радиуса г описанный около 0 на котором схрХ() — диффеоморфизм).

Если М — односвязное пространство

постоянной кривизны с,

то г0

задается равенством

 

 

fя / / с ,

с > 0,

(Ь,Ь)

 

с < 0 .

Сформулируем также следующее предложение, известное как тео­ рема Мейера. Если нижняя граница кривизны Риччи не меньше

чем *) (d — 1)а2 > 0,

то М — компактно и его диаметр по превосхо­

дит я/я. Более того,

фундаментальная группа многообразия М ко­

нечна ([7] и [125]).

0i_1) — сферические

полярные

координаты

Пусть £ = ( 0 ‘, в2, ....

на сфере в Г*о(М). Набор

(r = d(x0, х), 0‘,

0г, ...,

0i_1) индуциру­

ет локальные координаты

в окрестности U точки

ж0,

называемые

геодезическими полярными координатами, посредством

экспонен­

циального отображения

(г, % >-* exp^rg.

 

 

 

Относительно этих локальных координат римапова метрика при­ нимает вид

где (|«(г, 0\ 0s, .... Q1- 1 )- сфере S(xa; r) = i x : d{xa, ж) = рами имеет следующий вид:

,2

1

д = £ ,

dr*

VdetG

- риманова метрика на геодезической

!г,

Оператор Лапласа — Бельт-

 

d- 1

Л (gi} Y detG—.V

+

У

 

1/detG

30l г

d&J

 

 

 

(5.7)

ГДe 6 - ( f t ) ([176]).

*) Мы предполагаем, что a > 0.

§ 5. ДИФФУЗИЯ НА РИМАНОВЫХ МНОГООБРАЗИЯХ

365

Пусть k — якобиан отображения ехр^.

Тогда

 

^ l n / l + ^

i = | : ln

/ S i t e .

(5.8)

К тому же, если М — пространство постоянной кривизны с, то

 

Jr In / d e t G =

J - In A, 0 < r < r0 (c),

(5.9)

где

 

 

 

 

 

c > 0 ,

 

Л = A (r, c) =

 

c = 0,

 

 

 

c < 0 .

 

Следующая лемма играет важную роль в наших дальнейших обсуж­

дениях.

 

 

 

 

 

удовлетворяет условию

Л е м м а 5.1. Пусть кривизна Риччи р(Х)

 

( r f - l ) f t < p ( X ) ,

Х<=Тх{М)% |X I =

1,

 

а секционная

кривизна К{%)

такова,

что

Х ( £ ) < а

для

всякого

плоского сечения £. Тогда

 

 

 

 

 

 

(I)

 

 

 

 

 

 

 

 

Jr

In h <

J- In A (r, b)

 

r e= (0, r*o (M ))t

 

Jr

1 п Л >

Jr In Л(г, а

)

-

г е ( 0 , г о( 4

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

( И )

/I ( г ) < Л (г, Ь)/гй- г,

r e ( 0 ,

r*o (А/)),

 

 

 

 

 

 

h(r)^A(r,a)lrd~l,

г е ( 0 , г о(«)).

 

 

Для доказательства см. [7], с. 253—256 и [34].

U<=-M,

называ­

Вообще, координатное отображение ср: U -* И*,

ется нормальным координатным отображением в точке * 1=Ф - ‘ (0), если прообразы лучей, проходящих через 0 <= И1*, являются геодези­ ческими. Нормальная координатная окрестность N, область опреде­ ления нормального координатного отображения ф, имеет то свойст­

во, что каждую

точку y ^ N можно соединить с ф“ ‘ (0) единствен­

ной геодезической в N. В качестве следствия леммы 5.1 имеем сле­

дующее

Если кривизна Риччи р

удовлетворяет условию

С л е д с т в и е .

p ( X ) > ( d —1)с,

Х<^Тх(М),

11X11 =

1,

то объем

нормального

координатного шара В(х0,

г) не

превосходит объема

нормального

координатного шара того же размера в простой пространственной форме постоянной кривизны с.