книги / Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы
..pdf§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
271 |
условию (4.18), так как
gmqTlp gpmXiq = —j gpq — gmq (;p ) — gpm{/g ) ■
— JZTl (gmq&l bp— gmqglpbm+ gpmbfbq — gpmglqb ) =
= — J=2\ (glqbp— bqg,p + g,pbq— g;qb,) = 0.
'Гак же
4*№(Ь*1 - г}*) = - j — g ' ^ ^ - g , ^ ) =
(П) Спачала мы отметил! следующее тождество для любой аф финной связности (Г]*}, совместимой с g: если [Т)и1 — тензор кручения и S}k = gimgjnTmh, то
|
rj/i = {/л! +~пT}k+ -j (Sjh + |
|
|
(4.36) |
||||||||||
Действительно, в силу |
|
(4.18) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
<>hg-V— g A |
— g>mTl:} —0, |
|
|
|
|
|||||||
|
|
< ) х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
j g«h — gm h Tjs |
|
tfsml jh — 0, |
|
|
|
|
||||
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— ~ ^ g jl t + gm hi'Tj + /ТдпГГь = 0. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Поэтому, согласно |
(4.19), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I i i |
\ J s f д |
|
|
0 |
|
d |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
(^ft 8у -r ~ i 8sk - |
^ &*) - |
|
|
|
|
|
|
||||||
= 4 gisgm}(IT. - |
n ) |
+ \ g isgmh(г™ - |
г™) + i. (r|tj + rj„) = |
|||||||||||
= — Y (SJ><+ s h) + 4 |
( Г'Ь' + |
rjft) = |
— \ (s )h + |
$!<]) + |
rjk — ~ |
T)h. |
||||||||
г1'ем |
самым (4.36) |
доказано. Так |
как |
g1 7 )к = |
0, |
то |
(4.34) |
вы |
||||||
полняется в том и только в том случае, если |
|
|
|
|
||||||||||
|
g’kSjk = |
gjkS’jlh |
для всех |
г = |
1, 2, |
|
|
|
|
|||||
т. е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
gi"gimg;n (тптк- |
Т'£) = gim(Tnmn - |
T’Z ) |
= 0 , |
i = 1, 2, . . . , |
d. |
|||||||||
Наконец, это эквивалентно следующему: |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
gbigin {Tin - |
7’mn) = |
{Tin - |
|
Til) = |
0, к = |
1, 2, ... , d. |
|
272 |
ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ |
|
|||
Отсюда легко убеждаемся, |
что соответствие |
между V = |
(Г]/,} |
||
и -Ъ, |
определенное |
равенством |
(4.33), является |
биекцией, |
если |
d = 2, |
тогда как при |
d > 2 оно |
является много-однозначпой |
сюръ |
|
екцией. |
|
|
и А — дифферен |
||
Пусть М — дифференцируемое многообразие |
циальный оператор второго порядка на М, выражаемый в локаль ных координатах в виде
Aj (г) = 1 |
(х) - f L , (х) + |
V (х) М- (*), |
/ е F (М), |
(4.37) |
* |
дхгох* |
Ох1 |
|
|
где {а’3{х)) симметрична и неотрицательно |
определена*). |
Если |
||
(а<3(х)) строго положительно определена, т. е. |
|
|
||
а<3(х)%{%} > |
0 для всех х |
и | = (| ()е= Rtf\{0>, |
(4.38) |
то оператор А называем невырожденным. Соответствующая Л-дцф- фузия также называется невырожденной. Теперь любая невырож денная диффузия на М может быть построена но теореме 4.2. Дей ствительно, пусть А — невырожденный дифференциальный опера тор. При замепе локальных координат (ai}(x)) и (Ъ\х)) преобра зуются соответственно по формулам
а11(х) = |
дхг дх1 |
|
(4.39) |
|
а'“ ( х ) ^ |
|
|||
|
|
дхк Ох1 |
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
i)xhaxl |
(4.40) |
|
|
|
|
||
Из (4.39) следует, |
что |
(а,3(х) ) — тензорное |
поле типа |
(2, 0), и |
поэтому обратная |
к нему матрица (gij(x)) |
определяет |
тензорпое |
поле тина (0, 2), которое также симметрично и положительно
определено. Таким образом, оно определяет римапову |
метрику g |
|
на М, н поэтому М — риманово многообразие. Далее, имеем |
||
|
А = \ А м + Ъ, |
(4.41) |
где b = Ь1(х) —г задается равенством |
|
|
|
дхг |
|
|
bi { x ) = h i{x) + \ g li\ii\ |
(4.42) |
Очевидно, |
Ъ— векторное поле па М. Выберем теперь |
аффинную |
связность |
V = {Г]„} на Л/, совместимую с g, такую, что**) |
Ь1( х ) = ^ тк({т1и} - Т 'тк).
*) |
Эти свойства (atj (х)) не зависят от выбора локальных координат. |
**) |
gmk — amk ,10 определению. |
§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
273 |
Ото всегда возможно в силу предложения 4.3. Л-диффузия теперь строится так же, как и в теореме 4.2.
З а м е ч а н и е 4.2. В этом построении Л-диффузии мы восполь зовались аффинной связностью. Л-диффузию можно также построить с использованием лишь римановой связности Vя. в этом случае мы
сначала |
строим |
поток диффеоморфизмов |
r(t) = (r(t, |
г, |
w) ) |
на |
|
()(М) |
как решение стохастического дифференциального |
уравнения |
|||||
|
|
|
dr(t) = Ea{r(t))°dw,‘ (t) + L0(r{t))dt, |
|
(4.43) |
||
где (£,, |
Г 2, ..., |
L<i) — система канонических горизонтальных |
век |
||||
торных нолей, соответствующая связности Vя, а векторное поле |
|||||||
сноса |
.Г,, — горизонтальный лифт (относительно связности |
Vя) |
век |
||||
торного |
поля Ъ. Тогда Л-диффузия Х(1) |
получается проектирова |
|||||
нием: X(t) = n\r(t)\ |
|
|
|
|
Исследуем, наконец, некоторые задачи, связанные с инвариант ной мерой невырожденной Л-диффузни. Для простоты будем пред полагать, что М компактно и ориентируемо. Как мы видели выше,
без потери общности можно предположить, что М — риманово |
мно |
гообразие и Л имеет вид |
|
Л = Ам + Ь, |
(4.44) |
где Дм — оператор Лапласа — Бельтрами и bsS( M) . Пусть ( P J — система диффузионных мер, определенная оператором Л (т. о.
Л-диффузия). |
Р* — вероятностная |
мера |
на*) |
W(M). Переходная |
|||||
полугруппа Т, |
Л-диффузии определяется равенством |
|
|||||||
(7 V )(z)= |
j |
Hw{t))Px{dw), |
/ е С ( М ) . |
(4.45) |
|||||
|
|
|
W(М) |
|
|
|
|
|
|
Пусть Q — область |
(т. |
е. |
связное |
открытое |
множество) |
в М, в |
|||
определим p°ipe\V(Q), |
n;e\V(M), |
равенством |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
если |
t < |
T Q {W ), |
|
|
|
|
|
|
|
если |
t > |
T Q Or), |
|
|
где т0(ш)= inf {/: |
w(t)^Q}. Мера-образ |
меры |
Px (те£1) |
при ото |
бражении р° обозначается через Р*. Эта мера является вероят
ностной мерой па W(Q). Как легко |
видеть, 1Р*1жга определяет |
|
диффузию на Q; эта диффузия называется минимальной Л-диффу- |
||
зией на Q. Переходная полугруппа этой диффузии определяется |
||
равенством **) |
|
|
(T?f)(x)= .f f(w(t))PQx(dtv)= |
f |
Hw(t))I{XQ{w >t]Px(dw), |
\V(Q) |
\V (M ) |
/ e C b(Q). (4.46) |
_______________ |
|
|
*) 'Гак как .V компактно, то W(A/) = |
W (M) — множество всех непрерыв |
ных путей (траекторий) в М.
**) Мы полагаем /(А) = 0 для / е Сь(Й). 18 с. Ватанабэ, Н. Икэда
274 |
ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ |
|
||||||
О п р е д е л е н и е |
4.3. Борелевская |
мера, р (dr) |
па М называет |
|||||
ся инвариантной мерой Л-диффузпи (Рх), если |
|
|
|
|||||
|
| ТJ (х) р (dr) = |
i/(r)p (d r) |
для |
всех |
/<=С(М). |
(4.47) |
||
|
м |
|
А/ |
|
|
|
|
|
О п р е д е л е н и е |
4.4. (I) Л-диффузия (Рх) называется симмет- |
|||||||
ризуемой, если существует борелевская мера v (dr) |
на М такая, что |
|||||||
j |
Т </(х)8 (х) v (dr) = i |
/ (г) (Ttg) (х) v (d x ) |
для |
всех |
/, g е |
С(А/), |
||
ы |
|
м |
|
|
|
|
|
(4.48) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(II)Л-диффузия {Рх} называется локально симметрируемой,
если (d*j |
симметризуема для всякой одпосвязной области Q c f , |
|||
т. е. если |
существует |
борелевская мера |
v°(dr) на |
Q такая, что |
j T?f(x)g (х) vQ(dx) = |
f/ (x) T®g(x) v° (dr) |
для вссx |
/ , g e Q, (Q). |
|
h |
s> |
|
(4.49) |
|
|
|
|
|
Ясно, что если {P*} симметризуема, то мера v в (4.48) является инвариантной мерой.
Дифференциальная 1-форма ©6 определяется по векторному нолю Ъравенством
©b — bi(x)dx\ |
(4.50) |
где Ь= Ъ1— и bi — gtjb’ в локальных координатах. В силу хоро
д х х
шо известной теоремы де Рама — Кодаира [39] он допускает сле дующее ортогональное разложение *):
ю6 = dF + б? + а, |
(4.51) |
где F^F(M), ^ — 2-форма, а а — гармоническая 1-форма. Напомним некоторые основные понятия. Внутреннее (скалярное) произведе ние определяется па совокупности АР(М) всех р-форм равенством
|
|
|
|
|
(а, р ),= |‘ <а, (J>dc, |
(4.52) |
|
|
|
|
|
м |
|
где |
а = |
2 |
■<ip |
ai1Л)»- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р = . |
. 2 |
. |
Р |
|
i dx |
|
i |
|
-<>р |
*1’*2’’*' |
|
|
|
|
|
|
|
Jpl |
|
|
=8 |
|
|
|
|
|
*) Относительно внутреннего произведения, определенного ниже равенст вом (4,о2).
|
|
§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
|
275 |
|||
й dx — элемент объема, определенный равенством |
|
|
|||||
|
|
dx = ydet (gjj(x) )dx'dx2 ... |
dx*. |
|
|
||
Оператор б: Л„(М)-> A„_,(M) |
определяется равенством |
|
|||||
(da, |
РЬ = (а, бр)Р- „ |
а е А Р-,(М ), |
ре=Лр(Л/). |
(4.53) |
|||
Лапласиан |
де |
Рама — Кодаира |
□: |
АР( М ) А Р(М) |
определяется |
||
равенством |
|
□ = _(rffi + |
Sd). |
|
|
(4.54) |
|
|
|
|
|
||||
а^Ар(М) |
называется гармонической, если |
Da — 0. |
Совокупность |
всех гармопических //-форм обозначается через 11Р(М). Известно,
что Da = 0 |
тогда |
и только |
тогда, когда |
da = 0 и 8а = 0. |
Для |
||||
/ е F(M), g |
r a |
d |
(М) |
определяется равенством |
|
||||
|
|
|
|
grad/ = gij^ - ^ |
|
(4.55) |
|||
|
|
|
|
|
|
ох' дхг |
|
|
|
и для X e J ( f ), |
div X ^ F ( M ) |
определяется равенством *) |
|
||||||
|
divX = |
-6<ex = |
47= L = ^ I (X i / Ш С ) . |
(4.56) |
|||||
|
|
|
|
|
|
У det G |
д х ‘ |
|
|
Тогда оператор Лапласа — Бельтрами |
(4.32) также задается в виде |
||||||||
|
AAf/ = div(grad/) = —bdf |
для |
f^F( M) . |
(4.57) |
|||||
Легко видеть, что р — инвариантная мера А-днффузии (Рх) тогда |
|||||||||
и только тогда, когда |
|
|
|
|
|
|
|||
|
[ Af (х) р (dx) = |
0 |
для |
всех |
/ е F (М). |
(4.58) |
|||
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительно, согласно теореме 3.1 мы знаем, что u(t, x ) — T,f(x), |
|||||||||
f^F(M), является единственным решением уравнения |
|
||||||||
|
|
|
15 = Ли(*’ х)' |
|
|
|
|||
|
|
|
I |
lim |
u(t,y) = |
f(x). |
|
|
|
|
|
|
U l 0,2/-»* |
|
|
|
|
|
К тому же мы видели в доказательстве теоремы 3.1, что Au(t,x) =
= Tt(Aj)(x). Поэтому, если выполняется |
(4.47), |
то диффорепци-* |
||
рованием но t получаем |
|
|
|
|
f Т( (Af) (х) р (dx) = 0 |
для всех |
/ е ^ (М). |
||
м |
|
|
|
|
Устремив НО, |
получаем (4.58). |
Обратно, |
если |
удовлетворяется |
•) С = (Su) и |
X = |
|
|
|
18*
270 |
ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.58), то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О = |
j (Аи) (t, х) р. (dx) = |
J Ttf (x) \x {dx). |
|
|
||||||
|
|
|
M |
|
|
|
M |
|
|
|
|
Следовательно, |
(4.47) |
выполняется для f^F(M) |
и поэтому |
выпол |
|||||||
няется и для / е |
С(М). |
Справедливо |
равенство*) |
|
|
||||||
П р е д л о же ни е |
4.4. |
|
|
||||||||
где **) |
|
(Л/, |
h)o = (/, |
A*h)t , |
U |
h = F(M), |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A*h = |
-------bdh + |
b(hu>b — |
|
Amh — div (hb). |
(4.59) |
|||||
Доказательство |
получается непосредственно |
из |
определения. |
||||||||
П р е д л о ж е н и е |
4.5. |
Инвариантная мера |
p(dx) |
А-диффузии |
существует и единственна с точностью до мультипликативной кон
станты; более того, p(dx) |
задается в |
виде |
v(x)dx, где v^F(M) |
является решением уравнения |
|
|
|
|
A*v = 0. |
|
(4.60) |
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Уравнение |
(4.58) |
эквивалентно урав |
нению Л*р = 0 в смысле распределений Шварца па М. Так как А* — эллиптический оператор, то, согласно лемме Вейля [1], любое ре шение должно иметь вид p = vdx, v^F(M) . Более того, А, — 0 является наибольшим собственным значением задачи нахождения
собственных |
значений |
( А —А)ср |
= 0; оно простое, и |
(сср„: |
c e R } — |
||
собственное |
пространство, |
где |
ср0(х) =1 . Поэтому |
Я = 0 |
является |
||
также наибольшим собственным значением задачи |
(Л* — А)ср = 0; |
||||||
оно простое, |
и |
связанное |
с ним |
собственное пространство |
задается |
||
в виде {с(р0: |
c e R | , |
где |
ср* |
можно выбрать так, |
что |
ф0 (ж' ) > 0 |
для всех х е М * * * ) . Следовательно, все инвариантные меры Л-диф
фузии |
задаются |
в виде р = ccp*dx |
для |
некоторой |
константы с > 0. |
||||||
Выберем U ( x ) ^ F ( M ) |
так, чтобы |
Л*(е~р) = 0, |
т. е. |
e~udx яв- |
|||||||
ляется инвариантной мерой. Так как |
• |
|
|
1 |
|
||||||
Л* (е~и) --------^-bd(e-u) + |
|||||||||||
+ 8(е~-ищ) = |
0, |
|
-j |
|
|
|
|
|
для |
некоторых |
|
то е~ищ ---- ^ d(e~u) = |
|
|
|||||||||
Pi е Ао (М) и а, е |
/7, (М), т. е. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
e~uidb= |
-i- d (e~v) + |
6Pi + |
а,, |
|
(4.61) |
|||
*) |
(/, £')„ ■- |
J / (rl g (.r) dx, |
dx |
|
"l/(let G dx1dxi ,.. dxd. |
|
|||||
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
<1*1A ' ^ ' 1 Л |
|
|
**) |
Для / e |
F (M) и a ^ A p (M), |
a |
|
a { |
f |
f\dx'p, |
||||
fa определяется равенством fa |
(fa. |
, |
|
. |
4 dx{1f\ dxi2 Д ■••Л rfxtp. |
||||||
|
|
|
|
\ |
|
|
•*/>/ |
|
|
|
***) Этот факт хорошо известен и также является следствием теория по ложительных операторов [93].
|
|
|
|
§ 4. НЕВЫРОЖДЕННЫЕ ДИФФУЗИИ |
|
277 |
|||
9Д0 |
&1 ^Л 2(М) |
и |
Й1^/7|(Л/). |
Обратно, |
если |
|
U удовлетворяет |
||
(4.61) |
с некоторыми ^ |
и ccj, то |
|
|
|
|
|||
|
|
A*(e~L) = |
8^е~го)ь-----^-d(e~l )j = |
6(6^ |
+ |
а х) == О, |
|||
и поэтому e~U(x)dx |
является инвариантной |
мерой. Формула (4.61) |
|||||||
надает разложение |
де |
Рама — Кодаира 1-формы |
е~и<аь. |
||||||
Т е о р е м а |
4.6. |
(I) |
Л-диффузия симметризуема тогда и только |
||||||
тогда, |
когда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6р — а = 0 в (4.61)*), |
|
(4.62) |
||
а это |
условие |
эквивалентно следующему. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
6^ = а1 = |
0 в (4.61). |
|
(4.63) |
|
Условие (4.62) или (4.63) эквивалентно условию, |
чтобы Ъ задава |
||||||||
лось |
в виде |
|
|
b = gradF, |
F^F(M), |
|
(4.64) |
||
|
|
|
|
|
|
и в этом случае инвариантные меры имеют вид константа X e2F(x)dx. (II) А-диффузия локально симметризуема тогда и только тогда,
когда
|
6^ = 0 |
в |
(4.51). |
|
(4.65) |
|||
Это условие эквивалентно следующему: |
|
|
|
|||||
|
dcob = |
0. |
|
|
(4.66) |
|||
|
(III) Мера cdx (константа |
с > |
0) |
является |
инвариантной |
ме |
||
рой А-диффузии тогда и только тогда, когда в |
(4.51) dF = 0; |
это |
||||||
условие эквивалентно следующему. |
|
|
|
|
|
|||
|
бсоь = |
—div Ъ= 0. |
|
(4.07) |
||||
■ва |
С л е д с т в и е . А-диффузия |
симметрична |
относительно римано- |
|||||
объема dx (т. е. симметризуема и мера v |
в |
(4.48) совпадает с |
||||||
dx) |
тогда и только тогда, когда |
она |
представляет собой броунов |
|||||
ское движение па М. |
|
U0(x)^F{M) |
определяется усло |
|||||
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . Пусть |
|||||||
виями |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f е~ио{x)dx = |
1 |
и |
Л* (е~ио) = 0. |
|
|||
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
Тогда м ерае-1 ,“('т)Фг------ единственная |
инвариантная вероятностная |
мера ^4-диффузии. Если мы введем другое внутреннее произведе ние на F(M) посредством равенства
<u, v> = [ и (х) v (х) e~v°{x)dx, |
(4.68) |
м |
|
) См. [91] и [131].
278 |
ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПА МНОГООБРАЗИЯХ |
|
|
то легко видеть, что |
|
|
|
где |
<Аи, v> = <и, |
Лу>, |
|
|
|
|
|
|
! v = 2 AMV — (Ь + |
grad U0 v. |
(4.69) |
Предположим, что Л-диффузия симметризуема. Как мы отмечали выше, мера v из (4.68) является инвариантной мерой, и поэтому, если мера v нормирована так, что она является вероятностной ме
рой, то мы должны иметь |
v (dx) = е~1oKXdx. |
Таким |
образом, |
|||||||||||
(Т,и, v> = |
<u, 7Vv> для и, v^F( M) |
в силу |
(4.48), и поэтому диф |
|||||||||||
ференцированием |
по |
t получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
ы м и , v> = |
<и, TiAv). |
|
|
|
|
||||
Устремив |
110, имеем |
<Ли, |
v> = |
<и, Лу>, |
и , |
следовательно, |
Лу = |
|||||||
= Ах для всех v^F(M), т. о. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Ь= — (fe + grad t/(,). |
|
|
|
|
(4.70) |
||||
Поэтому |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b = |
- - j |
grad U0. |
|
|
|
|
|
||
Обратно, |
если |
b = grad/<’, F^F(M), |
то |
m — dF, |
и поэтому |
|||||||||
e2Fcob= y d ( e Jf). |
Следовательно, |
U = |
—2F |
удовлетворяет |
урав |
|||||||||
нению |
(4.61) |
c 6P! = oc = 0. Поэтому e~vdx — инвариантная |
мера и |
|||||||||||
U = U a + c |
для |
некоторой |
константы |
с. |
Следовательно, |
имеем |
||||||||
Ъ— — |
j grad U0, |
и |
отсюда |
следует, что Лv = Лv, v^F(M) . А в |
||||||||||
общем |
случае Л-диффузия {Pi) |
и |
Л^диффузия |
(РЛ связаны друг |
с другом через свои переходные полугруппы Tt и Tt соответственно
.соотношением |
|
|
|
|
<Т,и, v> = <и, |
T/v), |
и, v^F(M) . |
Действительно, |
|
|
|
£ |
< TtKu, 7>> = < - ЛТ,-л, 7\v> + |
<Г(- 8и, 2Tsv} = |
|
|
= |
— <2"|-4и, Л7>> + <Г(_4н, 2 f,v > = 0 |
|
и, |
следовательно, |
( |
|
|
|
|
|
|
<7>, v> — <и, f,v> = — |
<Т( - sw, Tsv} ds = 0. |
|
|
A |
О |
|
|
|
|
Поэтому из ^4— |
Л следует, что |
<7\и, v> = <u, Ttv) |
и, следователь- |
но, Л-диффузия |
симметризуема. |
Доказательство (J) |
завершено. До- |
§ 5. СТОХАСТИЧЕСКИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС |
279 |
киантельство (II) можно провести аналогично. Наконец, мера |
dx |
ннлнется инвариантной мерой тогда и только тогда, когда функ
ции |
U |
в |
(4.61) |
постоянна, т. |
е. |
соь = бр + а |
для |
некоторых |
||
[1 е Л2 (М) и а е |
Я, (М). |
|
|
|
дать вероятност |
|||||
З а м е ч а н и е |
4.3. Представляется интересным |
|||||||||
ную |
интерпретацию |
для |
условий |
типа |
«в (4.51) |
а = 0», |
«в (4.61) |
|||
оц = 0» |
или |
«в |
(4.61) ^ 1 |
= 0». В |
этой |
связи Маиабэ 1116] получил |
следующий результат. Сначала он определил «стохастический сим
вол Кронекера» |
7(Х[0, |
f], с) |
между d — 1 цепью с |
в М и орбитой |
||
А'[0, |
i] = {X(s); |
s e [0 , |
f]> Л-диффузии X(t) |
как |
случайный про |
|
цесс. |
Затем он |
показал, |
что |
в (4.61) af = 0 |
тогда |
и только тогда, |
когда для любого d — 1 цикла с
lim I (X [0, t\, c);t = 0 и. н.
tТ ° 0
§5. Стохастический параллельный перенос
и уравнение теплопроводности для тензорных полей
Пусть М — риманово многообразие и А — оператор Лапласа— Бельтрами. Тогда, как мы видели выше, единственное решение уравнения теплопроводности
ди |
1 . |
|
(5.1) |
-т = т Аи' |
|||
11|(=0 = |
/ |
|
|
можно задать в виде |
|
х))], |
(5.2) |
u(t, x) — E[f(X(t, |
|||
где X(t, х) — броуновское движепие |
на М, |
начинающееся в х. |
Для того чтобы обобщить этот факт на случай уравнения тепло проводности для тензорных полей, Ито [71], {75] ввел понятие
стохастического параллельного переноса. Его идея состоит в сле дующем. Рассмотрим уравнение (5.1), где и и / теперь являются тензорными нолями на М, а Au = g<XiVju, где V — ковариаптпое дифференцирование относительно римановой связности. Тогда ре шение и задастся равенством
и(«,х) = £ [ /( Х ( ( ,т ) Ц |
(5.3) |
|
где / (X (£, х))* — тензор в точке |
х, получаемый |
из тензора |
/(X (t, х)) в X (t, х) параллельным |
переносом вдоль броуновской |
кривой с обращенным временем. Трудность этой процедуры состоит
и получении / (X(t, x))# в качество |
параллельпого переноса |
f(X(t, х)) вдоль броуновской кривой с |
обращенным временем. Ито |
определил его в качестве предела параллельпого переноса вдоль
кусочно геодезической кривой |
от X(t\ х) в х, |
аппроксимирующей |
броуновскую кривую с обращенным временем. |
Но, как мы видели |
|
и предыдущем параграфе, с |
использованием |
стохастического ис- |
280 |
ГЛ. V. ДИФФУЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МНОГООБРАЗИЯХ |
|
числения |
можно |
произнести параллельный перенос вдоль броунов |
ской кривой от |
х в X(t, х) в обычном смысле времени. Более- |
того, мы можем фактически реализовать идею Ито, воспользовав шись только такими параллельными переносами. Вместо перенесе
ния тензора |
в |
X(t, |
х) в |
тензор х мы переносим ортонормальный |
|||
репер |
e(t) |
в |
X(t, |
х) в |
ортонормальный репер е(1) |
в |
X(t, х) |
вдоль |
броуновской |
кривой |
и прочтем тензор в X(t, х) |
с |
использо |
ванием этого репера e(t). Этот подход принадлежит Малливэну [112]. Теперь ясно, что процесс r(t) = (X(t, х), е(1)) является го ризонтальным лифтом на О(М) броуповской кривой X(t, х), по строенной в предыдущем параграфе. Таким путем решается урав нение теплопроводности (5.1) для тензорпых полей. Модификацией математического ожидания с весом тина Фейнмана — Каца молено решить также уравнение теплопроводности для дифференциальных форм
( |
да |
1 |
_ |
а' |
(5.4> |
|
0 1 - |
2 |
- |
||
la|t=o = |
/. |
|
|
|
|
где □ — лапласиан де Рама — Коданра |
(4.54). |
и О(М) — рас- |
|||
Пусть М — компактное |
риманово |
многообразие |
слоепие ортонормированных реперов над М. Пусть (Et, Ег, ..., Ed — система канонических горизонтальных векторных полей на 0(М)
относительно римановой связности |
Как и |
в предыдущем |
параграфе, поток диффеоморфизмов r(l) = (r(t, г, w)) |
па О(М) опре |
деляется посредством решения стохастического дифференциальногоуравнения
idr(t)=Za{r(t))°dw*(t),
|
\ г (0) = г. |
|
|
|
V' |
" ' |
|
r(t) определяет диффузионный процесс на О(М), |
который |
соответ- |
|||||
ствует дифференциальному оператору — Ао(мь где |
|
|
|
||||
|
До(л/) = 2 |
La (La). |
|
|
(5.G) |
||
r = (r(t)) |
называется горизонтальным броуновским движением |
на |
|||||
О(М), а |
Л0(М) — горизонтальным |
лапласианом Бохнера. |
Как |
мы |
|||
видели в предыдущем параграфе, |
проекция X(t) = л [r(f)] |
является |
|||||
броуновским движением на М. Мы пишем r(t, г, |
w) = (X(t, |
г, |
w)T |
||||
e(t, г, w)). Мы знаем, что |
Tar, w) — X(t, г, aw) |
|
|
(5.7) |
|||
и |
X(t, |
|
|
||||
|
г, aw)a |
для всякого*) |
а е 0(d). |
(5.8) |
|||
e(l, Tar, w) — e(t, |
*) См. (2.31) для определения e(t, г, гг) а.