กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

สูตรของไดน์กิน

สมการเชิงอนุพันธ์สุ่ม/ทฤษฎีบทเกี่ยวกับกระบวนการสุ่ม

ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงสุ่มสูตรของไดน์กินเป็นทฤษฎีบทที่ให้ค่าคาดหวังของฟังก์ชันเรียบ ใดๆ ที่เหมาะสม...

สูตรของไดน์กิน

ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงสุ่มสูตรของไดน์กินเป็นทฤษฎีบทที่ให้ค่าคาดหวังของฟังก์ชันเรียบ ใดๆ ที่เหมาะสม ซึ่งนำมาใช้กับกระบวนการเฟลเลอร์เวลาหยุดอาจมองได้ว่าเป็นการขยายความเชิงสุ่มของทฤษฎีบทพื้นฐาน (ข้อที่สอง) ของแคลคูลัส ชื่อของทฤษฎีบทนี้ตั้งตามชื่อของยูจีน ไดน์กินนักคณิตศาสตร์ชาวรัสเซีย

คำแถลงของทฤษฎีบท

อนุญาตX{\displaystyle X}เป็นกระบวนการ Feller ที่มีตัวสร้างอนันต์เอ{\displaystyle A}.เพื่อจุดหนึ่งx{\displaystyle x}ในปริภูมิสถานะของX{\displaystyle X}, อนุญาตพีx{\displaystyle \mathbf {P} ^{x}}แสดงถึงกฎของX{\displaystyle X}โดยพิจารณาจากข้อมูลเริ่มต้นX0=x{\displaystyle X_{0}=x}และปล่อยให้อีx{\displaystyle \mathbf {E} ^{x}}แสดงถึงความคาดหวังเกี่ยวกับพีx{\displaystyle \mathbf {P} ^{x}}จากนั้นสำหรับฟังก์ชันใดๆเอฟ{\displaystyle f}ในขอบเขตของเอ{\displaystyle A}และเวลาหยุด ใดๆτ{\displaystyle \tau }กับอี[τ]<+{\displaystyle \mathbf {E} [\tau ]<+\infty }สูตรของ Dynkinเป็นจริง: [ 1 ]

อีx[เอฟ(Xτ)]=เอฟ(x)+อีx[0τเอเอฟ(X)].{\displaystyle \mathbf {E} ^{x}[f(X_{\tau })]=f(x)+\mathbf {E} ^{x}\left[\int _{0}^{\tau }Af(X_{s})\,\mathrm {d} s\right].}

ตัวอย่าง: การแพร่กระจายของอิโตะ

อนุญาตX{\displaystyle X}เป็นอาร์n{\displaystyle \mathbf {R} ^{n}}การแพร่กระจายของอิโตที่มีค่า -valued แก้สมการเชิงอนุพันธ์สุ่ม

Xที=(Xที)ที+σ(Xที)บีที.{\displaystyle \mathrm {d} X_{t}=b(X_{t})\,\mathrm {d} t+\sigma (X_{t})\,\mathrm {d} B_{t}.}

เครื่องกำเนิดอนันต์เล็กเอ{\displaystyle A}ของX{\displaystyle X}ถูกกำหนดโดยการกระทำบนฐานรองรับแบบกะทัดรัดซี2{\displaystyle C^{2}}ฟังก์ชัน (ที่หาอนุพันธ์อันดับสองได้ และอนุพันธ์อันดับสอง ต่อเนื่อง )เอฟ:อาร์nอาร์{\displaystyle f:\mathbf {R} ^{n}\to \mathbf {R} }เช่น[ 2 ]

เอเอฟ(x)=ลิมที0อีx[เอฟ(Xที)]เอฟ(x)ที{\displaystyle Af(x)=\lim _{t\downarrow 0}{\frac {\mathbf {E} ^{x}[f(X_{t})]-f(x)}{t}}}

หรือเทียบเท่า[ 3 ]

เอเอฟ(x)=ฉันฉัน(x)เอฟxฉัน(x)+12ฉัน,เจ(σσ)ฉัน,เจ(x)2เอฟxฉันxเจ(x).{\displaystyle Af(x)=\sum _{i}b_{i}(x){\frac {\partial f}{\partial x_{i}}}(x)+{\frac {1}{2}}\sum _{i,j}{\big (}\sigma \sigma ^{\top }{\big )}_{i,j}(x){\frac {\partial ^{2}f}{\partial x_{i}\,\partial x_{j}}}(x).}

เนื่องจากเรื่องนี้X{\displaystyle X}เป็นกระบวนการ Feller สูตรของ Dynkin ใช้ได้[ 4 ] ในความเป็นจริง ถ้าτ{\displaystyle \tau }คือเวลาออกครั้งแรกของเซตที่มีขอบเขตบีอาร์n{\displaystyle B\subset \mathbf {R} ^{n}}กับอี[τ]<+{\displaystyle \mathbf {E} [\tau ]<+\infty }ดังนั้นสูตรของ Dynkin จึงใช้ได้กับทุกกรณีซี2{\displaystyle C^{2}}ฟังก์ชันเอฟ{\displaystyle f}โดยไม่ต้องสมมติว่ามีการรองรับแบบกระชับ[ 4 ]

การประยุกต์ใช้: การเคลื่อนที่แบบบราวน์ที่ออกจากลูกบอล

สามารถใช้สูตรของ Dynkin เพื่อหาเวลาที่คาดว่าจะออกจากระบบครั้งแรกได้τเค{\displaystyle \tau _{K}}ของการเคลื่อนที่แบบบราวน์บี{\displaystyle B}จากลูกบอลที่ปิดสนิทเค={xอาร์n:|x|อาร์},{\displaystyle K=\{x\in \mathbf {R} ^{n}:\,|x|\leq R\},} ซึ่งเมื่อบี{\displaystyle B}เริ่มต้นที่จุดหนึ่งเอ{\displaystyle a}ภายในของเค{\displaystyle K}กำหนดให้โดย

อีเอ[τเค]=1n(อาร์2|เอ|2).{\displaystyle \mathbf {E} ^{a}[\tau _{K}]={\frac {1}{n}}{\big (}R^{2}-|a|^{2}{\big )}.}

สิ่งนี้แสดงดังต่อไปนี้[ 5 ]กำหนดค่าจำนวนเต็มjกลยุทธ์คือการใช้สูตรของ Dynkin กับX=บี{\displaystyle X=B},τ=σเจ=นาที{เจ,τเค}{\displaystyle \tau =\sigma _{j}=\min\{j,\tau _{K}\}}และได้รับการรองรับอย่างกะทัดรัดเอฟซี2{\displaystyle f\in C^{2}}กับเอฟ(x)=|x|2{\displaystyle f(x)=|x|^{2}}บนเค{\displaystyle K}ตัวสร้างการเคลื่อนที่แบบบราวน์คือΔ/2{\displaystyle \Delta /2}, ที่ไหนΔ{\displaystyle \Delta }หมายถึงตัวดำเนินการลาปลาเซียนดังนั้น ตามสูตรของไดน์กิน

อีเอ[เอฟ(บีσเจ)]=เอฟ(เอ)+อีเอ[0σเจ12Δเอฟ(บี)]=|เอ|2+อีเอ[0σเจn]=|เอ|2+nอีเอ[σเจ].{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {E} ^{a}\left[f{\big (}B_{\sigma _{j}}{\big )}\right]&=f(a)+\mathbf {E} ^{a}\left[\int _{0}^{\sigma _{j}}{\frac {1}{2}}\Delta f(B_{s})\,\mathrm {d} s\right]\\&=|a|^{2}+\mathbf {E} ^{a}\left[\int _{0}^{\sigma _{j}}n\,\mathrm {d} s\right]=|a|^{2}+n\mathbf {E} ^{a}[\sigma _{j}].\end{aligned}}}

ดังนั้น สำหรับทุก ๆเจ{\displaystyle j},

อีเอ[σเจ]1n(อาร์2|เอ|2).{\displaystyle \mathbf {E} ^{a}[\sigma _{j}]\leq {\frac {1}{n}}{\big (}R^{2}-|a|^{2}{\big )}.}

เอาล่ะ ปล่อยให้เจ+{\displaystyle j\to +\infty }เพื่อสรุปว่าτเค=ลิมเจ+σเจ<+{\displaystyle \tau _{K}=\lim _{j\to +\infty }\sigma _{j}<+\infty }เกือบจะแน่นอนและดังนั้น อีเอ[τเค]=(อาร์2|เอ|2)/n{\displaystyle \mathbf {E} ^{a}[\tau _{K}]=(R^{2}-|a|^{2})/n} ตามที่กล่าวอ้าง

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dynkin%27s_formula&oldid=1334890953 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สูตรของไดน์กิน

ในทางคณิตศาสตร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์เชิงสุ่มสูตรของไดน์กินเป็นทฤษฎีบทที่ให้ค่าคาดหวังของฟังก์ชันเรียบ ใดๆ ที่เหมาะสม...

คำแถลงของทฤษฎีบท

อนุญาต X {\displaystyle X} เป็นกระบวนการ Feller ที่มี ตัวสร้างอนันต์ เอ {\displaystyle A} .

ตัวอย่าง: การแพร่กระจายของอิโตะ

อนุญาต X {\displaystyle X} เป็น อาร์ n {\displaystyle \mathbf {R} ^{n}} การแพร่กระจายของอิโต ที่มีค่า -valued แก้สม การเชิงอนุพันธ์สุ่ม

การประยุกต์ใช้: การเคลื่อนที่แบบบราวน์ที่ออกจากลูกบอล

สามารถใช้สูตรของ Dynkin เพื่อหาเวลาที่คาดว่าจะออกจากระบบครั้งแรกได้ τ เค {\displaystyle \tau _{K}} ของ การเคลื่อนที่แบบบราวน์ บี {\displaystyle B} จาก ลูกบอลที่ปิดสนิท เค = { x ∈ อาร์ n : | x | ≤ อาร์ } , {\displaystyle K=\{x\in \mathbf {R} ^{n}:\,|x|\leq...