38-布朗运动再续


基本性质

  • 布朗运动是一个实值随机过程

  • 独立增量:

    相互独立。

  • 高斯增量: 若 (s,t\geq0),则

    服从方差为 (t) 的正态分布。

  • 连续性: 以概率 (1),映射

    是连续的。

  • 嗯……这是否意味着,我们需要使用一个 -代数,使得事件“ 连续”是可测的?

  • 假设 是所有关于 的函数组成的集合,并使用使每个 都成为可测随机变量的最小 -域……这样会失败吗?

基本性质

  • 平移不变性:

    是布朗运动吗?

  • 布朗缩放: 固定 ,则

    也就是说,二者具有相同的分布。

  • 另一种刻画: 是联合高斯过程,并且

    几乎必然连续。

定义布朗运动

  • 可以为任意有限组时刻的 值定义联合分布。

  • 可以验证相容性,再利用柯尔莫哥洛夫定理把它延拓到可数集合。这给出了由柱集生成的 -域 上的测度。

  • 但这还不足以得到几乎必然连续性。

  • 可以相当容易地在二进有理数上联合定义布朗运动,并断言它几乎必然以唯一方式延拓为一条连续路径。

  • 我们可以使用柯尔莫哥洛夫连续性定理(见下一页)。

  • 使用类似的估计还可以证明赫尔德连续性,参见习题集。

  • 可以推广到更高维:令每个坐标都是相互独立的布朗运动。

连续性定理

  • 柯尔莫哥洛夫连续性定理: 假设

    ,则以概率 ,存在常数 ,使得对所有

    都有

    这里 表示二进有理数集合。

  • 证明思路: 先考察所有 的整数倍处的取值,再考察所有 的整数倍处的取值,然后是所有 的整数倍,依此类推。

  • 在每个阶段,我们都可以画出过程的一个良好分段线性近似。在第 步,近似在上确界范数(或某种其他赫尔德范数)下改变了多少?能否说明它很可能不会改变太多?能否说明这列近似在适当的赋范空间中几乎必然是柯西列?

连续性定理的证明

  • 柯尔莫哥洛夫连续性定理: 假设

    ,则以概率 ,存在常数 ,使得对所有 ,都有

  • 取自 Durrett(Pemantle)的论证:

    Missing \left or extra \right G_n= \left\\{ |X(i/2^n)-X((i-1)/2^n)| \leq C|q-r|^\lambda, \quad 0<i\leq2^n \right\\}.

  • 切比雪夫不等式给出

    因而,若

一些容易得到的结论

  • 对任意 ,布朗运动都是赫尔德连续的(在定理中取 )。

  • 布朗运动几乎必然处处不可微。

  • 布朗运动几乎必然不是利普希茨连续的。

  • 柯尔莫哥洛夫–琴佐夫定理也适用于高维情形(指数需要相应调整)。由此可以构造从 的几乎必然连续函数。

提纲

  • 回顾

  • 马尔可夫性质、布卢门撒尔 0–1 律

关于 -代数的进一步思考

  • 注意右连续性:

  • 允许我们对未来作一次“无穷小的窥视”。

马尔可夫性质

  • ,且 有界并且关于 可测,则对所有 ,都有

    右端的含义是:先定义函数

    再在 处取值。

  • 证明思路: 先对某些简单函数 (它们只依赖有限多个时刻的取值)证明该结论,再用测度论中的单调类定理把结论推广到一般情形。

展望

  • 期望等价定理: 若 (Z) 有界且可测,则对所有 (sgeq0) 和 (xinmathbb{R}^d),都有

    [
    mathbb{E}_x(Zmidmathcal{F}_s^+)

    mathbb{E}_x(Zmidmathcal{F}_s^{mathrm{o}}).
    ]

  • 证明思路: 先考虑

    [
    Z=sum_{i=1}^{m}f_m(B(t_m))
    ]

    的情形,其中各个 (f_m) 都有界且可测。在这种情形下,结论相当明显。然后使用与马尔可夫性质证明中相同的测度论方法,把结论推广到一般的 (Z)。

  • 观察: 若 (Zinmathcal{F}_s^+),则

    [
    Z=mathbb{E}_x(Zmidmathcal{F}_s^{mathrm{o}}).
    ]

    因此,(mathcal{F}_s^+) 与 (mathcal{F}_s^{mathrm{o}}) 仅相差零测集。

布卢门撒尔 0–1 律

  • [
    Ainmathcal{F}_0^+,
    ]

    [
    mathbb{P}(A)in{0,1}.
    ]

    这里 (mathbb{P}) 是从固定值 (x) 出发、初始时刻为 (0) 的布朗运动的概率律。

  • 从未来的无穷小邻域中,你得不到任何信息。

  • 证明: 若 (Ainmathcal{F}_0^+),则前一定理给出

    [
    mathbf{1}_A

    mathbb{E}_x(mathbf{1}_Amidmathcal{F}_0^+)

    mathbb{E}_x(mathbf{1}_Amidmathcal{F}_0^{mathrm{o}})

    mathbb{P}_x(A),
    qquad mathbb{P}_x ext{-几乎必然}.
    ]

更多观察

  • [
    au=inf{tgeq0:B_t>0},
    ]

    [
    mathbb{P}_0( au=0)=1.
    ]

  • [
    T_0=inf{t>0:B_t=0},
    ]

    [
    mathbb{P}_0(T_0=0)=1.
    ]

  • 若 (B_t) 是从 (0) 出发的布朗运动,则由

    [
    X_0=0,
    qquad
    X_t=tB(1/t)
    ]

    定义的过程也是从 (0) 出发的布朗运动。可以通过检验:当 (s<t) 时,

    [
    mathbb{E}(X_sX_t)

    st,mathbb{E}!left(B(1/s)B(1/t)

ight)

s.
]

然后还需检查它在 (0) 处的连续性。

连续鞅

  • 关于连续鞅,我们能说些什么?

  • 它们是否看起来都有点像布朗运动?


文章作者: Gustavo
版权声明: 本博客所有文章除特別声明外,均采用 CC BY-NC 4.0 许可协议。转载请注明来源 Gustavo !
评论
  目录