Материал: Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы

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

426

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ И АППРОКСИМАЦИИ

многообразие и диффузия порождается оператором А,, где

 

A = j - \ + b.

Здесь

Д — оператор Лапласа — Бельтрами, а b — векторное поле.

Риманово расстояние р(:г, у) определяется (если х и у достаточно близки) как минимальная длина геодезической кривой от х до у . Для задапной кривой «р: [О, Т]-+ М такой, что <р (0) = х, мы хотим вычислить

Ре (ф) = Рх {w; р (X, (w), Ф (t)) < е для всех t е [0, Т)}.

Если для любых двух таких кривых ф и if

Urn р£(ф)/р£ (ф)

ejo

существует и может быть выражен в виде

т

т

exp J L (.s), ф(.s'))ds -

| L (ф (s), ф (s)) ds

_0

l>

посредством некоторой функции L(x, x) на касательном расслоении ТМ, то на вышеприведенные вопросы можно дать ответ в терминах функции L. Такую функцию физики называют функцией Опсагера — Маклупа (см. [46], [35], [59] и [138]). К сожалению, сущест­ вование такой функции L для общих многообразий еще по уста­ новлено*). Здесь мы ограничимся случаем евклидова пространства и построим функцию L.

Итак, пусть M = Rd и пусть {РА — диффузиопная мера (на W rf), порожденная оператором

 

 

 

Н ш у }

 

 

 

Мы

будем предполагать,

что

Ь %(х) е

Cf, (R d), i =

1,

2, ..., d .

Пусть Pw — d-мерпая мера

Випера (на

Wd) ,

соответствующая

на­

чальному распределению, сосредоточенному в

точке

0.

Согласно

лемме 8.1, мы знаем, что**)

 

 

 

 

 

 

 

 

^ ( М 1 т < е ) ~ с е х р

,

 

 

(9.1)

 

 

 

 

к

J

 

 

 

где

Xi — первое собственное

значение задачи

отыскания

собствен­

ных значений в D = е R': Ы < 1), задаваемой посредством

 

 

} 4 - Аф +

Яф =

0,

 

 

 

(9.2)

 

I

ф |эп =

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*) И. Такахапш получил в этом направлении некоторые результаты

(ча­

стное сообщение). См. замечания в конце этого параграфа.

 

 

 

**) II гг |С, - - m ax |гг (г) w < Wa

§ 9. МЕРА ТРУБЧАТОЙ ОБЛАСТИ

427

 

с = ф , ( 0 ) ( ф l (x)dx,

ф|(лг) — нормированная

собствеппая функция,

 

D

 

 

 

 

Г > 0

и

произвольны,

но фикси­

соответствующая Х|. Далее,

рованы.

9.1.

 

Пусть

ф:

[О,

.TJ-^R1— гладкая кривая*)

та­

Т е о р е м а

 

кая, что ф(0) = ж. Тогда

(записывая Ь(х) = (Ь*(х), Ь2(х),

..., bd(x)))

Px (w: ||щ— ф |г < р) ~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

 

 

 

Т

 

-1

 

 

 

— у J («)) — ф(s)|2ds — у j (diVЪ (s)) ds Pw (||м?||г <

е) ~

 

О

т

 

 

 

 

 

D

т

-*

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

J (ф(s)) — ф(-9)l2 ds — -J j ( div b) (ф(*)) *

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

о

при

е|0.

(9.3)

 

 

 

<1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь

(div Ь (х) =

2

дх%

Ь1(х).

 

 

 

 

 

 

С л е д с т в и е .

~

 

Онсагера Маклупа L(x, х) задается,

Функция

с точностью до постоянного слагаемого, равенством

 

 

 

 

L (х, х) = ---- 1-1 х Ь(х) |2---- (div b) (х).

 

(9-4)

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Посредством

преобразования

сноса,

рас­

смотренного в и. 4.1 гл. IY, получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Г

 

 

 

Рх (В) = Ew \охр

 

j* b (х +

w(.?)) dw (s)

£ j* |b (x + w(s)) |2 ds

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' B >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9.5)

для

(W1') . Аналогично **),

 

 

 

 

 

P W(B) =

 

 

 

 

-y|^(s)| 2dsj:

(w; [w + Ф — x]<= B)j.

^expj^— |ф(«)йн;(«)

= E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9.6)

*)

Достаточно предположить, что cp e С2(Г0, T]

определяется

равенством

**)

Для

wе Wd и

г е К ,

»

+ * е

[гс + х\ (г) ■= w(t) +

х.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

428

ГЛ. VI. ТИОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ II АППРОКСИМАЦИИ

 

Комбинируя (9.5) и (9.6), получаем

 

 

 

 

 

Рх (||ы> — ф1|т <

е) — Е*

 

— J Ф (s) dw (s) — у j I cp (s) I2 ds +

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

О

1

 

1

T

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

+ § b (w { s ) + (p(s))d[w(s) + <f(s)] — Y Jlb(ti;(s) + cp(s))|2ds

: (Hlr <

e .

О

 

 

 

 

 

 

o

 

 

J

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(9.7)

Если w удовлетворяет неравенству lli£>llT< e ,

то*)

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

т

ф(s) ds

 

 

 

 

j* ф (s) dw (s)

=

ф (T) w(Т) \w(s)

< Лхе,

 

 

о

 

 

 

 

 

«

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

т

(s)) ф(s) ds

 

 

 

 

J b (w(s) + ф(s)) ф(s) ds J b

< А2е

 

 

 

 

X

 

 

 

 

X

 

 

С-4-е.

 

 

 

 

J |b(w(s) +

Ф(s)) I2 ds — j

|b (s)) |2 ds

 

 

Отсюда немедленно получаем, что

 

 

 

 

 

ехр

 

г

 

 

 

 

 

+4-+4i)ej <

 

 

4“jl4>(*)—Иф(*))!**—

 

(A i

 

 

< Р .т (|н>—фЦт<е)\Е

J^exp

j

b (w (s) + ф(s))dw (s)j:| w|T < ejj

<

 

<

exp

—4-j Iф(*) “

(ф(s)) I2ds + (Л 1 + A2 + As) ej*

(9-8)

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

j

 

Следовательно, достаточно показать, что

 

 

 

 

Ew J4xp

b (iv (s) +

ф(s)) dw(s) + -у J(div b) (s)) dsjj|w|r < ej

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

e|0.

(9.9)

*) Ль Л2, ... и Ku K2l ...—положительные постоянные, не зависящие от е.

 

 

 

 

§ 9. МЕРА ТРУБЧАТОЙ ОБЛАСТИ

 

 

 

429

Имеем *)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J Ь (w(s) +

ф(s)) dw (s) + ~ I* (div b) (ф (s)) ds =

J b (s)) dw(s) +

 

0

£

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

d

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

d

T

 

2

) b)(sf (s))w’ (s)d w 1 (s) + т J ( divb)((p(s))ds+

2

J Ф*(®iw )dw *(s),

i.?=l 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф* (s, u>) =

bl (W (s) + Ф (S)) -

V (Ф (s)) _

2

Ь)(ф (s)) v9 (s).

(9.10)

Так как

 

 

 

 

 

 

 

j=i

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л4е,

если

||и>Цт<е,

 

 

 

 

f Мф (s))dw (s)

 

 

то (9.9) эквивалентно тому, что

 

 

 

 

 

 

 

 

Ew Гexp ( 2

J b)(ф(s)) w?(s) dw*(s) +

 

 

 

 

 

 

 

L

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

•> T

 

 

 

\

 

 

 

+ •

 

( d i v f c ) ^(s))ds +

2

j

Ф(s,;

w) dw{ (s)|

l N T < e j - ^ l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при e|0.

(9.11)

Заметим, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

j* ь*»(ф( * ) ) ( * ) dwi (s)+т

J <div b) ^(s))ds=

 

 

 

*’i=1 о

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

d

Г

Г

(

s) +

 

Sydsl -

 

d

т

 

 

2

1 b*i (Ф (*)) I"’''(s)

i

 

2

f bi (Ф (*)) d%1(s)%

где

 

’•j=1 о

 

 

 

 

 

J

U = i

о

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V1{t) =

j

W ? (s) 0 dw1(s).

 

 

 

 

Вообще,

если

случайные величины Yt, Yz удовлетворяют условию

 

 

 

 

lim £ w [ecYi|||Ww||rT:< e ] < l ,

* =

1,2,

 

 

 

 

 

elo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

430

ГЛ. VI. ТЕОРЕМЫ СРАВНЕНИЯ II АППРОКСИМАЦИИ

 

для всякой действительной константы с, то

 

 

elo

Ew [exp [Ух + У2] 11 w|T <

e] <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ h ^ { E w (exp [2Yt] \II w|T<

e) Ew (exp [2YJ |||w\\T<

e)]1/2 < 1,

 

ElO

 

 

 

 

и, аналогично,

 

 

 

 

 

lim Ew (exp( -

У х -

У 2) \||w|г <

e )< 1.

 

Ho

ej.o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ew (exp [Ух + У 2] |II w|r < e) Ew (exp [ - У х -

У 2] 11|w|r <

e) >

 

^ \ E W[ex$ ri+r.]„f [ziVz2i]|,.K<.)}*_i,

и, следовательно,

 

 

 

 

lim Ew (exp [У1 + У 2] 11|w|r <

e) >

 

 

 

еЮ

 

 

 

 

 

 

> ( lim £ w ( e x p ( - y 1' - y 2)|||w

 

 

I c I n

 

 

 

 

Итак, имеем

 

 

 

 

 

lim Ew (exp [Уx +

У2] |Ци; «г <

г) = 1.

 

 

£i0

 

 

 

 

Этот результат легко можно распространить па произвольное число

случайных величин: если

У(, У2, ...,

У„

удовлетворяют

условию

lim Ew (exp [сУ11| w;|т <

е ) < 1

 

eio

 

 

 

 

для всякой действительной копстапты с и i = 1, 2,

то

lim Ew (exp [Ух +

У 2 + . . . +

У„]| |и;|т < е) = 1.

 

ею

 

 

 

 

С учетом этого факта замечаем, что соотношение (9.11) будет сле­ довать, если мы покажем, что для всякой действительной постоян­ ной с и г, / = 1, 2, ..., d

lim Ew

^•(ф(5) ) ^ И

lk l!r <

 

(9.12)

ею

 

 

 

 

и

 

 

 

 

lim

Ф4 (s, w) dwl (s)

Iw||r<

<

(9.13)

ею