Материал: Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы

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

§ 7. ТЕОРЕМЫ АППРОКСИМАЦИИ

391

Поэтому

 

 

k'^°

йб+б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. Cy ( 6 - 6 , 6))ds +

 

 

 

 

 

 

йб-Ьб

 

 

^

.

.

+

2

щ {w (Щ)

f

(s, w) (Bi ((к + 1) 6, w) — Bi (s, w)) —

 

fe==0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

-MO- C7-39)

Легко видеть, что

 

 

 

 

 

 

Tin И

=

n

щ (ы>

<й+1)в

 

 

Bi (я, w)) -

2

j

[Bl(s,w) (В36 ((к + 1) 6, и?) -

 

 

k—П

.'V .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

йб+6

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

б'-б

 

 

 

— Су(б — б, 6)]ds = 2

Mu>(fc6))

J

[^6(s19h^t6w) ( 5 H ^'_ S ’ 9h6-i-6w)

 

 

 

'•-=<>

 

0

Вкг^ о ) ) - с и {8 - 6 ,6 ) } d s

 

 

 

 

 

 

 

является {ZTn)-мартипгалом, где

ЗГп = $ { пА. 1)'e+6‘ Следовательно,

Е\ sup

l/itO H = Е\

max

h n H < c ss£ И'Пт(Г)-1

12] ==

Lo<i<T

 

J

1.0 <n<m(T)—l

J

 

 

 

™m-i Г

_ Д г 6 .

. _

6, 0ft?+6«>) _

= C33

2

2?[uiM fc6))’ ( J

[Bi (s, 0 ^ ) [Bi (6 -

 

 

 

Bi (s, eh6+6w)) -

Cij (6 — 6, 6)} dsj

 

 

 

 

 

 

6-6

 

 

 

 

 

<

c3im (T) E

j

(i?6 (s, w) (Bi (6 — 6, w) — Bi (s, w)) —

Cij (6 — 6,

6 - 6

c34m (T) E

{Z?6 (s, w) ( B i (6 ,— 6 , w) B i (s, IP ) ) } d s j <

392

 

 

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

 

 

Также

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е\ sup

| /s(t )M <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lo«t«r

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г'

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;S~; Сз&В

sup

 

2

\

 

 

 

w)(B16((k +

l)8,w) —Bi(s,w))} ds

+

L ° ^ r \ *-»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

т (T)s 62су (6, б)2 •

(7-41)

В силу

(7.38) и леммы 7.1, имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

с* (б, б)-> 0

при

6J0

 

 

 

 

 

 

и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m (T)*824 ( 8 , 8 y ^ c 31( j 4 ( 8 , 8 ) J - + 0

 

при

б J0.

(7.42)

С другой стороны,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ « 1( 0 - 1 ?i6 1 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sup

 

2

j

4

(s,

IP) (Be (k8 +

8, IP) B}a (s, w)) ds I j 1 <

 

[ .0<t<T V fe==О

йб'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I / J

 

 

sup

m(t)

m (0-l/H +s

Bl(s, w)(B}6(k§ +

8,w) —B}6(s, w))ds\

IsSj

2

(

f

 

1о<ЫТ

 

k—Q \

 

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

J

 

m ( T ) — l

 

1б+б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\*1

 

< m (T)

2

E

J

Be (s,

IP) ( 4

( k8 +

8,

IP )

4

(s, IP ) ) dsj

 

=

 

 

h—0

 

hRГ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

-I

 

 

 

m {T fE

j . 4

(s, IP ) ( 4

(8, ip) — 4 (s, IP ) )

ds^j j<

 

 

 

Cggin (T)2 j E

 

[ 4

(s, IP ) ( 4 (6, IP)

— 4

(s, IP ) ) ds

 

 

+ E [ ( 4

(6, U>) -

4

 

(0,

IP))2 ( 4

(6,

IP)

-

4

(5,

^))2]} <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\2 /

6

 

 

 

 

 

 

 

< c 38m(T)2 \E

j

14 (s, IP)I ds]

j

|4

(s, ^)|ds

+

 

 

+ E

 

j

14

(s, w) |ds ]

( 4

(0 ,

0yiP) —

4

(0, 0ew) +

( IP7 (б )]-

 

 

. \0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 4

(б)) l2

 

'39

 

/c\2

e2 (б2 +

б2и(б))->0

при

6JO.

(7.43)

 

 

 

 

 

 

 

n(6)

6•

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этим завершается доказательство.

§ 7. ТЕОРЕМЫ АППРОКСИМАЦИИ

393

Ниже мы получим теорему аппроксимации для решений стоха­ стических дифференциальных уравнений. Подобные теоремы полу­ чили многие авторы: Макшейн [109], Вонг, Закай [22], Струн, Варадан [158], Кунита [97], Накао, Ямато [130], Малливэн [113] и Икеда, Накао, Ямато [55]. Наш результат охватывает большинство этих результатов за счет определенной унификации. Основная идея доказательства принадлежит Ш. Накао.

Пусть

i=l

н

i=l

д_

 

1,2,

 

п

=

 

 

дхi '

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— векторные поля на R1* такие, что

a ^ eC ^ R ^ )

и

опре­

Пусть

w)}6>0 — аппроксимация

виперовского

процесса,

деленная на винеровском пространстве (W^, Р).

Предполагаем, что

w)}6>о удовлетворяет предположению 7.1. Рассмотрим следую­

щие уравпепия *):

 

 

 

 

 

. dX6 (t,w) =

2 Ап (Х6(t, w)) ЛЩ (t, w) + А0(Хб(t, w)) dt(

(

,Х б (0, w) =

х

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

йХ («, и?) =

2 Ап(Х («, w))odwn (t) +

А0(Х (f, w))dt +

 

 

П=1

 

 

 

 

 

 

 

 

+

2

snm[^n> Am] (X (t, w))dt,

(7.^5)

X (0, w) =

x,

 

 

 

 

 

 

Эти уравнения эквивалентны, соответственно, интегральным урав­ нениям

 

 

 

,

*

_

 

<

 

 

Хб {t, w) — xl =

2

j On (X6 (s. ^)) Bl (s, w) ds +

j Ьг (Xe (s, w)) ds (7.44)'

 

 

n=1 о

 

 

0

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

*

 

<

 

 

 

X* (t, u > )-* ‘ =

2 f ai (X (s, w)) dwn(s) +

j Ь* (X (s, и>))ds +

 

 

 

 

n^ 10

 

0

 

 

 

r

 

d

CnmJ ой (даа1т

(X (s, w))ds,

1 = 1 * 2 ,...

d.

(7.45)'

+ 2

2

 

n,m=i a=el

 

о

 

 

 

 

 

Для любого

задаппого 2 ; e R '

решения

уравпений (7.44)

и

(7.45)

*) Пользуемся теми же обозначениями, что и в гл. V.

 

 

394

1’Л. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

единственны; мы

будем обозначать их через

Х6 = (Xs(t, х, w) ) и

X = (X(t, х,

w) ).

В дальнейшем обсуждении

общее начальное зна­

чение х произвольно, но фиксировано, что часто будет опускаться

без специального упоминания об этом.

 

 

 

 

 

 

Т е о р е м а

7.2. Для всякого Т > О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н тЕ Г sup |X(t, w) — X 6(f, IP)|4

=

0.

 

(7-46)

 

 

 

ею

Lo«f-<r

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о * ). Заметим, что согласно

(7.44)'

 

|ХЦ7, w) — X 6(s,l

IP) | < X ^ 2

 

1^6(и, w)\du +

(i — s)^

(7.47)

для всяких 0 < s <

t. Для каждого i =

1, 2, ...,

d имеем, что

 

 

XI (f, IP) -

X 1 (t, IP): =

Ht (t) + Н2(t) +

HZ+

II, (t),

(7.48)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

i

о пг (X6 (s, I P ) ) Bg (S,

I P ) ds

 

 

 

 

H i (<) =

2

 

J

 

 

 

 

 

n_1 [<]"(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

Г*

Пп (X (Sj I P ) )

dip" (s) —

 

r

 

 

d

 

*

(нп^аПга) (X (s, IP)) ds*

— S

]

 

2

 

 

 

1

J

П=г1[«]“ Сб)

 

 

 

 

n,m—i

 

[f]—(7f)

 

 

(7.49)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[f]-(6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

# .(«)= «

2

 

 

f

(X6 (s, IP )) B£ (s, IP )

ds

 

 

 

 

 

n=l

 

 

 

 

 

2

 

ij

nmC j aoA(X(s,3mC

 

 

Ct]—Сб)

Cn(X(s,

 

,iv))dwn [ s ) —

r

d

lP))ds|t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[el—СУ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a=i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.50)

r

г

 

 

 

 

 

 

r

?■

 

 

 

 

f f | = S

 

I

(X6 (s, IP)) Bg (s, IP) ds —

2

 

I tfn (X (s, IP)) dwn(s) —

 

71=1 g

 

 

 

 

 

 

 

П^1 "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

c«m i cr“3aam(X (s, u>))ds

(7.51)

И

 

 

 

 

 

n,m—l a=i

 

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#

4 (0

= J6* (X6 (s, И7))ds -

 

j bl (X (s, IP)) ds.

(7.52)

*)

В дальнейшем К, Ku К2, ... — положительные постоянные. 6 имеет те

же значение, что s в доказательстве теоремы 7.1.

 

 

 

 

§ 7, ТЕОРЕМЫ АППРОКСИМАЦИИ

395

Ясно, что

h

 

Я Г sup

|Я4 (t) N

<

Я 4 f

Е [| Х 6 (s, w ) - X

(s, w) l2] ds

 

 

 

 

 

 

 

J

 

g

 

 

 

 

Запишем

 

для

всякого

0 ^ f4 ^

T.

 

(7.53)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ht (*) =

 

я

п

(0 -

i ; я ;г2 (f) -

Я 13 (f).

 

Тогда очевидно, что

 

 

 

 

П=х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E\ sup

|Я13(*)|2| < Я 262.

 

(7.54)

 

 

 

 

 

I

n<t<T

J

 

 

 

Подобно

(7.28), получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E\ sup

|Я11(0121 < Я 3(п(б)3б)1/2.

(7.55)

Также

 

Lo«t«T

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я"2 (t) =-- ah(X ([f]- (6),

w)) (wn (t) — wn([£]- (6))) +

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

j

(ah (X (s, w)) -

aln (X({t]~ (б), w))) dw11(s) в

Я?я1 (0 +

Я?22 (t).

Подобно

(7.32)

будем иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

Я [

sup

I Я ?21 (i) |2] < Я 4 (и (б) б)1/2.

(7.56)

Что касается Я 422 (^,

то

*)

 

 

 

 

 

ЯГ

sup

|Я422(^|2] <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[

sup

Iпикб + I1

 

 

 

 

 

 

 

 

sup I

j

 

(огп {X (s, w)) аг„ (X ([s]~ (6), w))) dwn(s) <

 

О^Ыт(Т)

l

^

 

 

 

 

 

 

 

 

m(T)

E'

Г

Г

П

_

< 2

Я

 

sup

ik(o£ (X (s, y, w)) ah(y)) dwn(s)

0

 

L

Loctce’ lo

m

( T )

 

 

-6

 

] 2

<

J

y = X ( h 6 , w f ) _

 

< K 5 2 E' E

j

(oh (X (s, y, w)) — ah (y )f ds

k—0

_0

 

y = X ( h b , w ' )

m ( T ) d

 

J

 

E 1

E

j |X3(s, y, w) — ^ |2 ds

<

k = 0 3 = 1

 

 

y = X ( h 6 , w ' ) _

 

 

V

 

 

 

< Я 7 (m (Г) + 1) j

[s + s2] ds < Я 8б. (7.57)

*) E' обозначает интегрирование по го'.