книги / Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы
..pdf§ 4. н е в ы р о ж д е н н ы й д и ф ф у з и и |
2G1 |
Является линейным пространством, образованным всеми полилиней ными (мультилипсйными) отображениями и:
Г, (Л/)* х Тх (Л/)* Х |
- Х Г Д(М)* X Тх (М) х Т х (М) Х - - - х Т х (М) R |
V |
ч |
собычными правилами сложения и умножения на число*).
Ныбор локальных координат (ж1, х2, |
хй |
вводит в ТХ(М) |
базис |
||||||
» ( y i) > ••ч |
|
J |
сопряженный с ним базис обозначается |
||||||
через (dx') x, (dx2)*, |
..., |
(dxd x. Через |
|
|
|
|
|
||
|
® |
■••® ( - ^ |
® (dxJl)* ® |
•••® (dxl(i)x |
|
|
|||
\ дх 1 / х |
|
|
\ д х р / х |
|
|
|
|
|
|
обозначим элемент и е |
Тx(M)pq такой, что |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
6V6!'1 ••• |
lq' |
|
|
|
|
|
|
|
|
!р '1 |
|
|
для всяких к,, к2, ..., |
Z,, 12, |
..., Jtj. Очевидно, |
система |
|
|
||||
|
|
|
|
® (dx^)* <g>(dx'*).x® |
|
|
|||
|
|
Ч» Ч» •••' |
/i> /2 » |
•••<jq |
-, ■■ ' 1 d, |
|
(4.1) |
образует базис пространства Tx(M)q. С™-тензорное поле типа**)
(р, q) |
есть отображение |
u: |
М э г » |
u ( x ) e |
Tx(M)q, |
компоненты |
|||||
и г л \ г - - 1у |
( х ) |
которого |
относительно базиса (4.1) принадлежат классу |
||||||||
С°° в каждой координатной окрестности. |
JV‘2'"JQ |
удовлетворяют |
|||||||||
обычному |
правилу |
при |
преобразовании координат: |
|
|||||||
|
|
|
дх |
1 дх |
2 |
дх*р д х 1 |
д х '2 |
19 |
,< |
42) |
|
|
|
|
^ ^ 4 , |
||||||||
|
~ v * d x |
h' dxh* |
д х '1' д х д х * ' 1 |
Ч'2 •'Ч |
|
||||||
Обратно, |
если |
система |
|
С°°-функций |uJ1V"!''(x)J |
определена в |
||||||
каждой координатной окрестности и удовлетворяет равенству |
(4.2), |
||||||||||
то существует |
единственное (р, |
<7 )-тензорпое |
поле, координаты ко |
||||||||
торого |
совпадают с |
ней. |
|
просто векторное поле. (О, |
^-тен |
||||||
(1, |
0)-тензорное |
поле — это |
зорное поле называется дифференциальной \-формой. Пообще (диф ференциальная) р-форма есть (0, р)-тензор, который альтернативен, т. е. компоненты удовлетворяют условию
Ио(»1)а(у...о(1р) И = sgn И u h i2...ip (х)
*) |
Тх(.]/)* — дуальное (сопряженное) пространство пространства ТХ(М). |
**) |
Мы также пазовем ого просто (р, д)-тепзорпъш нолем. |
262 ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ
для всякой перестановки *) о. Если положить dx1i f\dx^/\- ••/\dx*P =
= -j 2 sSn (CT) |
® dxa^*^® |
•••<8>dxa^v\ |
то р-форма и(x) вы- |
|
ражается в виде |
|
•••A dxh' = |
|
|
иИ = |
|
|
||
|
= Р- |
2 |
uhh...i |
{x)dx^f\dx^f\---f\dxlv. |
|
|
il< i2< " < iP |
|
|
Внешним произведением аД р р-формы а |
и д-формы [5 является |
|||
(р + (7 ) -форма, определенная равенством |
|
(“ ЛР) И = “ A 1ft r . . f t p (■») Р»р ы Л р + s . . . f c p A . , И dx't/Xdx'sД ... Д<£г"рН«. (4.3)
Внешней производной da р-формы а является (р + 1)-форма, опре деленная равенством
(da) (х) = JL Oi и ..л |
(х) dx^dx^ Д ... ДЛрЧ |
(4.4) |
С/Х 1 - |
* |
|
Аффинной связностью V мы называем правило, которое каждо му Х^Зс(М) ставит в соответствие линейное отображение Vx; Ж(М) Ж(М) со следующими свойствами:
(I)Vxy билинейна по X и У;
(И) |
^ ix+ sr — /^лг + |
(4.5) |
(III)V .,(/r)= /V xy + (X /)F **).
Оператор V* называется ковариантпым дифференцированием относительно X. Система фупкций (Г]Л(,г)) определяется в любой координатной окрестности равенством
Гу (х) |
называются компонентами |
связности |
V. в |
любой системе |
|||
локальных |
координат |
V*y можно |
выразить |
следующим |
образом: |
||
|
|
VA-У = |
(х) Y* (х) (х) + X i(х) ± |
У" (*)] ± , |
(4.6) |
||
где X = |
Xх (х) — и Y — Y l(x)— . |
Компоненты |
связности удов- |
||||
|
|
д х 1 |
д х ' |
|
|
|
|
*) Такого рода свойство, очевидно, не зависит от выбора координат. Ана |
|||||||
логично можно определить понятие симметрического тензора. |
равенством |
||||||
**) Для |
f e F ( M ) |
и A s X(Л/) |
f X s X ( M ) |
определяется |
(/A )g = JX(g) для всякого g e f ( М).
§ 4. НКВЫРОЖДКНПЫК ДИФФУЗИИ |
263 |
|
летворяют следующему правилу преобразования при замене коор динат:
|
|
js ft |
<>ХР 0 x q (lx 1* J ,r |
(l2X r |
t)xh |
|
|
(4.7) |
|
|
|
^ |
ex'- d x 3 <)x’ |
Vq |
d x i d x 1 0 x r |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
Обратно, любая система гладких функций |
Г и- (х), |
определенная в |
|||||||
каждой координатной окрестности |
и удовлетворяющая правилу (4.7), |
||||||||
Определяет аффинную связпость посредством равенства |
(4.6). |
||||||||
Для |
заданного |
тензорного |
поля |
и (х) — (“ J'j2" Jp(x)J |
типа |
||||
(р, д) |
тензорное |
поле |
(Ум) (.>:) = |
|
(т)| |
типа |
(р, |
q + 1) |
определяется равепством
-w+j-
(4 .8 )
где индексы I и т в и занимают соответственно места £« и /». По средством правила преобразования (4.7) легко убедиться, что
Уи(х) — тензорное поле; ^и(х) называется ковариантной производ
ной тензорного поля и(х). Для Х = Х ’ - А е З ? ( М ) |
(р, д)-тензор- |
||
|
|
дхг |
|
пое иоле Vхи, определенное равенством |
|
||
|
lP = |
X ku b lr - ] v |
|
|
q |
3Ui"3q'h |
|
называется |
ковариантной производной тензорного поля и(х) по на |
||
правлению X. Заметим, что если |
u = Y <s£(M), то |
Ули совпадает |
|
С ИСХОДНЫМ VJEF . |
|
кривая в М |
|
Пусть*) |
с: I э t >-» c(t) е М — (кусочно) гладкая |
и и (t) = {иу1.*"jp (О)— тензорное поле вдоль с, т. е. u(t) е ТС(г>(М %
для ( е / и t-*u(t) является (кусочпо) гладким отображением; u(t) называется параллельным вдоль с (относительно связности V)t если
d e h {t)
£ - ; £ : . £ « > + 2 г й (м ч )и*;;,
d t
р-1
*) I обозначает интервал в R1.
264 |
ГЛ. Л". ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ |
|
||||||||
13 частности, тензорное поле и(х) |
параллельно вдоль кривой с тогда |
|||||||||
и только тогда, |
когда |
(Vc(f)u) |
(с(/))^: = |
|
(с ( 0 ) ^ р ) |
= |
||||
г е / . Для U, t, <= /, |
u(t,) определяется но u(t0 единственным |
|||||||||
образом |
как |
решение уравнения |
(4.9), и |
мы |
говорим, что |
u(t,) |
||||
получается .из |
u(t„) |
параллельным |
переносом |
вдоль кривой |
c(t). |
|||||
Рассмотрим |
многообразие |
М |
с |
аффинной связностью |
V = |
|||||
= |Г}л (•£)!• |
Пусть |
GL(M) — расслоепие |
линейных реперов. |
Для |
||||||
каждого |
r^GL(M) |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
/ / г = |
|х = |
^ |
|
(х) е У |
|
(Ш <= RdJ |
(4.10) |
является линейным подпространством пространства Tr(GL(M)),
которое, |
очевидно, не |
зависит |
от |
выбора локальных координат |
(х‘, <?•). |
Касательный |
вектор X |
в |
II, называется горизонтальным. |
Аффинную связность можно также определить как правило, кото
рое каждому |
r^GL(M) ставит в соответствие |
линейное |
подпро |
||
странство |
II, |
пространства |
Tr(GL(M)) (см. Номизу [136]); |
IIтна |
|
зывается |
горизонтальным |
подпространством. |
Пусть %е |
ТХ(М); |
|
T,(GL(M)) называется |
горизонтальным лифтом вектора |
§, если |
§ горизонтально, я (г) = х и |
(Лт)г| = |. Если задано |
г такое, что |
|
п(г) — х, то |
| единственно. |
Для заданного Х<=£(М) |
существует |
единственное |
X е X(GL(M)) |
такое, что X, — горизонтальный лифт |
Хя(г) для всякого r^GL(M). X называется горизонтальным лифтом
векторного поля X. В локальных координатах
|
|
|
X = |
X* (х) ± |
- ТУ(х) X' (х) el ± , |
(4.11) |
|||||
если Х ^ Х Ч х ) —.. |
Для заданной гладкой кривой с: I э t |
c(t) s |
|||||||||
|
|
У ' дх' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s M |
гладкая |
кривая |
с: / |
э |
£ >-*•c(t)^GL(M) |
|
называется горизон |
||||
тальным лифтом |
кривой |
с, |
если |
(I) - j f (t) |
горизонтально |
и (II) |
|||||
n(c(t)) = |
c(t) |
для |
( е / . Очевидно, |
если задано |
г = (х, е = [е,, е2, ... |
||||||
. . ., |
еД), |
где |
х — начальная точка |
кривой с, |
то |
существует |
и един |
ствен горизонтальный лифт с, начинающийся в г. Действительно,
c{t) = (c(t), |
e(t) = [e,(l), e2(t), ..., |
е(,(/)]), где ef(£)s Гс(()(М) |
полу |
|||
чатся из е, параллельным |
переносом вдоль кривой с. |
Для каждого |
||||
j = 1, 2, ... ,d существует единственное векторное поле Г |
е ! {GL(М)) |
|||||
такое, |
что |
(£j) , — горизонтальный |
лифт вектора е}<=Тх(М) |
для |
||
всякого |
г = (х, е = \е„ е2, |
..., еД). В системе локальных координат |
||||
(я1, ej) |
Г, можно выразить так: |
|
|
|
||
|
|
г |
i о |
TI7 h г о |
|
(4.12) |
|
|
L}~ e}d x i ~ T",eiepr f |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
|
|
|
265 |
|||||
{Г|, С2, . |
. |
называется |
системой канонических горизонтальных |
||||||||||
векторных полей или базисных векторных полей ([7] и [136]). |
|
||||||||||||
Пусть и (х) = |
{и)1]2 |
|
— (Pi |
Я |
-тензорное |
поле. |
Определим |
||||||
систему |
гладких |
функций |
Fu (г) = |
{.F V 4 "\р.^ (г)| па |
GL(M) |
ра |
|||||||
венством |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и (х) = |
F |
|
|
(г) е{ |
® е, |
® |
® |
<?,• ® е1} ® <?'2 ® |
® |
<?’® |
(4.13) |
||
для г = (х, |
е = |
[е,, е2, |
..., е,(]), |
где |
|
= |
. ..,£*] |
является |
сопряженным (дуальным) с е базисом. В системе локальных ко ординат (я*,еи) можпо записать
|
№ |
|
> |
(г) = |
и(Хр у |
; м |
* |
■••е'% ч ;> . .. /;/\ |
|
(4.14) |
|||||||
|
и 1 \ П ~ Ч |
|
|
|
i p s — lq |
i , J 2 |
) q |
кд n2 |
|
«p |
|
|
|||||
где |
(/j) — обратная к |
|
(e)) матрица. Fu(r) = |
|/ги^2' ^''(г)| называется |
|||||||||||||
скаляризацией |
тензорного |
поля |
|
и(х) |
или |
системой |
ком- |
||||||||||
понентов тензорного |
поля и(х), |
прочитанных |
в репере |
е. |
F .W |
||||||||||||
является GL(d, JX)-эквивариантным в том смысле, что |
|
|
|
||||||||||||||
|
F 'iV |
]р(r) = |
Е |
12* |
|
|
|
|
. аУЬ'лЬ1* •••Ь'.ч |
(4.15) |
|||||||
|
|
|
3 q ' |
' |
|
11 'Л - |
|
|
|
|
ftp ^ |
J2 |
|
>ч |
|
||
для всякого |
|
а = |
(aj) ^GL(d, R); |
(&j) — обратная |
к |
(aj) |
матри |
||||||||||
ца. |
Обратпо, |
всякая |
GTj{d, |
Н)-эквивариантная |
система |
F(r) — |
|||||||||||
= {F\Fz "\р (г)1 |
гладких |
функций |
па |
GL(M) |
задается как |
F = Fu |
|||||||||||
{ |
h*2‘"3q |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для некоторого одиозиампо определенного тензорного ноля и. |
|||||||||||||||||
П р е д л о ж е н и е |
4.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4-16) |
для всяких |
i,, |
г2, |
.. •, |
ip, |
jt, h, |
•••, |
h u m — 1, |
2, ..., |
d, |
где |
{£,„} — |
||||||
система канонических горизонтальных векторных полей. |
|
|
|||||||||||||||
Доказательство предоставляется читателю. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Для аффинной связности |
V = |
|Гу| Гу = |
Г у — |
|
являются |
||||||||||||
компонентами |
тензора |
Т типа |
(1.2). |
Т называется |
тензором кру |
чения. Естественное определение тензора кручения Т дается ра
венством |
Y) = VAY _ V YX - [ X , Y], |
X, Y e £ (M ) . |
|
||||
|
Т(Х, |
|
|||||
Аффинная связность |
V = [Гу] |
называется связностью без круче |
|||||
ния или симметричной связностью, если |
тензор кручения |
равсп |
|||||
|
Iylt |
T»/I |
|
|
|
|
|
|
ij = |
1 И* |
класса С“ |
называется римановым многообра |
|||
Многообразие |
М |
||||||
зием, |
если на |
М |
задано тензорное поле |
g = (ga) типа (0, |
2) та |
||
кое, |
что |
|
|
|
|
|
|
(I) g симметрично, т. е. ga(x) = ga(x) ;
266 |
ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООГ.РАЗИЯХ |
|
(И) |
g положительно определено, т. е. g>,{x) |
> 0 для всех х |
и |^0 eR '*).
Тензорное поле g называется фундаментальным тензорным по лем или римановой метрикой (тензорным полем). Оно определяет скалярное произведение на каждом касательном пространстве ТХ(М) посредством
<£, '»!> = Я у(*)бУ .£ = V |
и *1 ” ^ ( ^ ) х- |
<4-17) |
Аффинная связность V = {Гу} называется совместимой с римановой метрикой g, если скалярное произведение сохраняется при парал лельном переносе касательных векторов, т. е. для каждой гладкой
кривой |
c(t) и касательных |
векторов V (t)—: |
и 1]’ (4) —- в |
с(1) |
|
из равенств |
|
дх1 |
Ох1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
d |
(/) |
0 и ^ + Г ] , ( ( с ( 0 ) ^ т / ! (0 = |
0 |
|
# +г|»И<>) |
dt s" (f) |
||||
следует, |
что |
|
|
|
|
£ (* u (* (0 )5 ‘ (f)V (f)) = 0.
Отсюда легко |
заключить, что |
v совместима с |
g тогда |
и |
только |
тогда, когда |
|
|
|
|
|
А ёи = |
ёцТ'м + ё\Л) |
Для всех г, у, /с = |
1, 2. . . . , |
d. |
(4.18) |
о хн |
|
|
|
|
|
Совместимая с g аффинная связность пе единственна (см. пижеслсдующее предложение 4.3), по если мы предположим допол нительно, что она симметричпа, то такая связность будет един ственной. Действительно, из (4.18) вместе с соотношением
Гу = Гд следует, что
Гу = |/ ‘Д + — — Ц ghm. (4.19)
Эта связпость называется римановой связностью или связностью
Леви-Чивита: |
{ / j] называются символами. Кристоффеля. |
равен |
||
Пусть 0(М ) — подмногообразие |
GL(M) , |
определенное |
||
ством |
|
|
|
|
0( М )= {г = (х, а) е GL(M); е — ортопормальный базис ТХ(М) }. (4.20) |
||||
В системе |
локальных координат |
(хг, е}) |
многообразия |
GL(M) |
r . e O (f) тогда и только тогда, когда |
|
|
|
|
|
ёые\е) = |
8У, |
|
(4.21) |
*) Свойства (I) и (II), очевидно, не зависят от выбора координат.
|
§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
267 |
|
я л и , эквивалентно, |
S |
е1Л = gy, |
(4.22) |
|
d |
|
|
где (giS — обратная л (£,,) |
матрица. Эквивалентность |
соотноше |
нии (4.21) и (4.22) легко проверяется следующим образом. Поло
жим е = (ej) |
и |
G = (ga) . Тогда |
|
|
|
|
|
||||
(4.21) |
<^ e *G e = I ^ e * |
GuzGme = / -w (Gl/ie) * = |
|
|
|||||||
= (Gl/2e |
) |
-*=> G>/2ee*G1/2= / |
ee* = |
G -I/2G~1/2 = |
^ |
(4.22). |
|||||
Ортогональная |
группа 0(d) |
действует |
па |
0(М), и |
0 ( М ) — глав |
||||||
ное расслоение над |
М со структурной группой 0(d); |
0(М) |
назы |
||||||||
вается расслоением |
ортонормальных реперов на М. Пусть v — аф |
||||||||||
финная связность, совместимая с g, а с: [я, |
Ь] -*• М — гладкая кри |
||||||||||
вая в |
М. |
Если |
г = (с(0), |
е ) е О ( 1 ) , |
то |
горизонтальный |
лифт |
||||
c(t) = (c(t), |
e(t)) |
кривой c(t) принадлежит 0(М), т. к. e(t) — орто- |
нормальный репер в c(t). Аналогично, горизонтальное векторпое по ле X векторного поля Х^Х(М), суженное на 0(М), является век
торным нолем на О (М) |
и канонические |
горизонтальные векторные |
|||||||
поля Lm, m = 1, 2, .. ., d, |
являются векторными нолями на |
0(М). |
|||||||
Пусть |
М — рнманово |
о |
многообразие |
и |
V = |
(Гу)— аффипная |
|||
связность, |
совместимая |
римановон метрикой |
g. |
Связность |
V |
||||
позволяет нам «катить» |
М вдоль кривой |
j (t) в |
Rd, |
с тем |
чтобы |
||||
получить |
кривую с{1) в |
М в качестве следа кривой f(t). |
Интуи |
||||||
тивно, бесконечно малое перемещение кривой c{t) |
совпадает с |
бес |
|||||||
конечно малым перемещением кривой Ч(t) |
в касательном простран |
||||||||
стве, которое можно идентифицировать |
с |
R* посредством |
выбора |
ортопормального репера, а бесконечно малое перемещение репера задается посредством связности, т. е. параллельного переноса вдоль
кривой |
c(t). |
Точнее, |
пусть |
Y: (0, оо) з |
t y ( t ) е |
Rri — гладкая |
кривая |
в Rd. Пусть |
г = (х, |
е )е 0(М) , и |
определим |
кривую c(t) = |
|
—(с(1), |
е(1)) |
в 0(М) |
посредством равенств |
|
V. <?(*) = О, |
(4.23) |
||
С (() |
' ' |
|
|
с |
(0) = |
х , |
|
е |
(0) = |
е . |
|
В локальных координатах
i — 1, 2, . . . , d,
(4.24)
г, а.= 1, 2, . . . , d.
268 |
ГЛ. Л'. ДИФФУЗИ01ШЫК ПРОЦЕССЫ и л МНОГООБРАЗИЯХ |
Уравнение (4.23) можно переписать так:
1 # < о - г . (? < о ) $ « > .
(4.25)
| с (0) = г,
где {ZTt, Е2, ..., Ed — система канонических горизонтальных век торных полей. Кривая c(l) — n(c(t)) в М зависит от выбора на чального репера е в х; эту кривую мы обозначим так: c(f) = = c(f, г, 'f), г — (х, е). Немедленно получается, что
c(t, Tar, 1f) =c(f , г, ay), f e [ 0, оо), a e O ( d ) , |
(4.26) |
где кривая ау в R'1определяется равенством
И ) ( 0 = «Т(0- |
(4-27> |
Теперь пусть w(t) — (wa(t) ) — каноническая реализация d-мер- оIого вииеровского процесса. Стохастическое исчисление позволяет нам определить в М случайную кривую X(t) аналогичным образом. Пусть r(t) = (r(t, г, и?))— решение стохастического дифференци ального уравпения
dr(t) = Lx (r(t)) о dwa(t),
(4.28)
г (0) = г.
r(t, г, w) — поток диффеоморфизмов на 0(М), соответствующий каноническим горизонтальным векторным нолям Е„ Ег, ..., Ел и векторному нолю сноса*) Го355 0. В локальных координатах (4.28) эквивалентно следующему:
|
|dXl (f) = |
e1a ( 0 od«jCt(0. |
|
|
|
г |
= 1,2, . . . , d , |
|
||||||
|
1 d 4 ( 0 - ~ |
r L ( X (t))e!Ut)°dXm(t), |
i , a |
= i,2, . . . , d , |
( *' |
|||||||||
где |
r(t) = (X*(t), <?a(0)- |
To, |
что |
|
решение |
r(t) = |
(X:(t), |
ela (t)) |
||||||
принадлежит O(M), |
если только |
r ( 0 ) e O ( I ) , |
очевидно, |
так как |
||||||||||
|
— векторное |
поле |
на |
О(М). Конечно, |
можно также |
непосред |
||||||||
ственно проверить, что d ( ^ X ( O K ( 0 4 ( 0 ) = o |
с |
применением |
||||||||||||
соотношения (4.18). Теперь случайная кривая |
X(t) = (X'(t)) |
на М |
||||||||||||
определяется |
равенством |
X(t)= я[г(£)]. |
Согласно |
(4.26) |
имеем |
|||||||||
(записывая X(t) = (X(t, г, и>))) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
X (t, Tur, w) = |
X (t, г, aw) для |
t~^ 0, |
а е |
О (d) |
и |
ше=\У/. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.30) |
Но |
aw= (aw(t) ) — другой d-мерпый |
виперовский процесс, |
и поэто |
|||||||||||
му |
вероятностный |
закон |
Х(*, |
Tar, |
w) |
не зависит |
от |
a е |
0(d). |
*) 13 стохастическом дифференциальном уравнении (1.1) векторное поле
Ло называется векторным полем сноса.
§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
269 |
Другими словами, вероятностный закон Х(*, г, w) |
зависит только |
от х = п(г). Мы обозначаем этот закон через Рх. Строго марковское свойство системы {Рх} легко выводится из аналогичного свойства для г(-, г, w).
З а м е ч а н и е 4.1. Конечно, r(f, г, w) можно определить как Поток диффеоморфизмов на GL(M) для любой аффинной связпости, но его проекция на М в общем случае не является строго марков ской системой, так как не всегда верно, что закон я[г(-, г, и?)] зависит только от х — п(г). По этой причине мы ограничились аф финной связностью, совместимой с g и потоком диффеоморфизмов на О(М).
Таким образом, мы имеем диффузию {Рх) па М. Мы теперь покажем, что эта диффузия совпадает с Л-диффузионным процес сом, где дифференциальный оператор А задается равенством
А = ±-Ам + Ь. |
(4.31) |
Здесь Ам — оператор Лапласа — Бельтрами на Л/, задаваемый равенством *)
Адif = Л ' Ч Н/* = gl |
<rf |
Ai IА Л1 |
(4.32) |
с:х1д х ' |
()хV |
а b = Ьг (х) — : — векторное поле, задаваемое равенством
д х 1
Ь' = у Г Ч 1 т \ ) - Г ) „ „ ) . |
(4.33) |
Действительно, рассматривая f(r) = f(x) для г = (х, е), получаем
/ ( X |
(#)) — / ( X ( 0 ) ) = / (Г (< )) - / (Г ( 0 ) ) = |
|
,( |
|
|
t |
г |
I |
|
= |
f ( L j ) (г (s)) о d,S (.9) = |
f LJ (r (s))dwa(.9) + |
i - j |
2 A* (В Д (r(s))ds. |
|
0 |
II |
0 |
a L |
Следовательно, достаточно показать, что
d
у2 ^ a ( l j ) = A f .
а—i
Заметим, что оператор А, задаваемый |
равенством (4.31), можно |
также записать в виде |
|
А |
l> d xh ' |
д х гдх* |
*) |
риманова связпость. |
270 ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ
Согласно предложению 4.1
L 'a (Т'а/) ^ |
v /)а — (Д У v/)aa = (V jV j/ ) ваСа* |
Поэтому |
|
2 2а (2 а/) |
= 2 (V;V;/) ciei = |
а-^ 1 |
a^i |
всилу (4.22). Ниже подытоживаются вышеприведенные результаты.
Те о р е м а 4.2. Пусть М — риманово многообразие с аффинной связностью v, которая совместима с римановой метрикой g, и
пусть Lt, L2, ..., JEd— система канонических горизонтальных век торных полей. Рассмотрим стохастическое дифференциальное урав нение (4.28) на О(М). Решение определяет поток диффеоморфиз мов r(t) = (r(t, г, w)) на 0(М), и его проекция X(t) = n(r(t)) определяет диффузионный процесс па М, соответствующий
дифференциальному |
оператору Л, задаваемому |
равенством (4.31). |
||||||
О п р е д е л е н и е |
4.1. Процесс |
r(t) |
из теоремы 4.2 называется |
|||||
горизонтальным лифтом .4-диффузии X (t). |
Л-диффузия |
|
X (t) |
|||||
О п р е д е л е н и е |
4.2. В |
случае А = Ам/2 |
|
|||||
называется броуновским движением на М. |
броуновского |
|
дви |
|||||
Таким образом, горизонтальный лифт1 r(t) |
|
|||||||
жения X(t) на |
М строится |
посредством римановой связности. Те |
||||||
перь мы докажем следующее |
(I) |
Для |
всякого |
векторного |
|
поля |
||
П р е д л о ж е н и е |
4.3. |
|
||||||
на рим-ановом многообразии М существует аффинная |
||||||||
связность V = |
(Гу] |
на Л7, |
совместимая с римановой метрикой g, |
|||||
такая, что выполняется (4.33). |
|
|
|
|
|
|||
(II). Две |
аффинные |
связности |
V = |
(Г?;) и V' = |
(Гу ), |
|||
совместимые с римановой метрикой g, удовлетворяют условию |
(4.34) |
|||||||
/Т ‘,;=g»Tii |
для |
всех |
i = 1,2, |
. .., d |
|
тогда и только тогда, когда
/1 |
__ |
т ' п |
i— 1,2, |
|
Г i n |
— |
* |
it.j |
|
где (Гу) и \Тi}} являются |
|
тензорами |
||
V и V' соответственно. |
(I) |
Определим |
||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
..., d,
кручения
(4.35)
связностей
|
|
г}* = (Д} + |
7^-i (b}bh- g }hbi), |
|
|
где |
bi = gnb}. Далее, так |
как b)bk — gjhbl являются |
компонентами |
||
(1, |
2)-тензора, то |
V = |
(Гр,) |
удовлетворяет правилу (4.7) и по |
|
этому определяет |
аффинную |
связность ([188]). Она |
удовлетворяет |