40

Решение уравнений в частных производных

[5/0%]
LaTeX
Задача 40.1

Это (длинное) упражнение призвано провести вас через доказательство того, что решения уравнения (40.1) покидают ограниченные множества за конечное время п.н.

?
(1)

Предположим,

Xt=Wt+∫0tasds X_{t}=W_{t}+\int _{0}^{t} a_{s} d s

где WW — одномерное броуновское движение, а asa_{s} — согласованный процесс, ограниченный числом KK. Пусть L>K>0L>K>0 и t0>0t_{0}>0. Покажите, что существует ε>0\varepsilon >0, зависящее только от L,KL, K и t0t_{0}, такое что P(∣Xt0∣>3L)>ε\mathbb {P}\left(\left|X_{t_{0}}\right|>3 L\right)>\varepsilon.

(2)

Предположим, Xt=Mt+∫0tasdsX_{t}=M_{t}+\int_{0}^{t} a_{s} d s, где asa_{s} такое же, как в (1), а MM — непрерывный мартингал с K−1≤d⟨M⟩t/dt≤KK^{-1} \leq d\left\langle M\right\rangle_{t} / d t \leq K п.н. Используя замену времени, покажите, что существуют L,ε>0L, \varepsilon >0 такие что

P(sup⁡s≤1∣Xs∣≤L)≤1−ε \mathbb {P}\left(\sup _{s \leq 1}\left|X_{s}\right| \leq L\right) \leq 1-\varepsilon
(3)

Если теперь XX — решение (40.1), a=σσTa=\sigma \sigma^{T}, и L\mathcal{L}, заданное формулой (40.2), равномерно эллиптично, покажите, рассматривая первую координату XX, что существуют L,εL, \varepsilon такие что

Px(sup⁡s≤1∣Xs∣≤L)≤1−ε,x∈B(0,L) \mathbb {P}_{x}\left(\sup _{s \leq 1}\left|X_{s}\right| \leq L\right) \leq 1-\varepsilon , \quad x \in B(0, L)
(4)

То, что вы доказали в (3), можно переформулировать так: если (Xt,P[x])\left(X_{t}, \mathbb {P}[x]\right) — строго марковский процесс, решающий (40.1) для каждой начальной точки, и τ=inf⁡{t:Xt∉B(0,L)}\tau =\inf \left\{ t: X_{t} \notin B(0, L)\right\}, то Px(τ>1)≤1−ε\mathbb {P}_{x}\left(\tau >1\right) \leq 1-\varepsilon, где ε\varepsilon не зависит от xx. Теперь воспользуйтесь строгим марковским свойством (ср. доказательство предложения 21.2), чтобы показать Px(τ>k)≤(1−ε)k\mathbb {P}_{x}\left(\tau >k\right) \leq (1-\varepsilon )^{k}. Заключите, что τ<∞\tau <\infty, P[x]\mathbb {P}[x]-п.н., для каждой начальной точки xx.

Задача 40.2

Докажите (40.6).

?
Задача 40.3

Пусть DD — шар в Rd\mathbb {R}^{d}, и предположим, что uu — решение задачи Коши в области D×[0,t1]D \times \left[0, t_{1}\right], как описано в разделе 40.3. Покажите, что u(x,t)=Ex[f(Xt∧τD)]u(x, t)=\mathbb {E}_{x}\left[f\left(X_{t \wedge \tau_{D}}\right)\right].

?
Задача 40.4

Предположим, что ff таково, что решение uu уравнения

ut(x,t)=Lu(x,t)+q(x),u(x,0)=f(x) u_{t}(x, t)=\mathcal{L} u(x, t)+q(x), \quad u(x, 0)=f(x)

принадлежит классу C2C^{2} по xx и tt, а XX — диффузия, ассоциированная с L\mathcal{L}. Докажите, что

u(x,t)=\mean[x][f(Xt)e∫0tq(Xs)ds]. u(x, t)=\mean [x]\left[f\left(X_{t}\right) e^{\int _{0}^{t} q\left(X_{s}\right) d s}\right].
?
Задача 40.5

Предположим, что (Xt,P[x])\left(X_{t}, \mathbb {P}[x]\right) — броуновское движение на [0,b][0, b] с отражением в точках 0 и bb. Найдите разложение в ряд для p(t,x,y)p(t, x, y) — переходных плотностей процесса XX.

Указание: Повторите рассуждение для поглощающего броуновского движения из раздела 40.3, но теперь используйте граничные условия ux(0,t)=ux(b,t)=0u_{x}(0, t)=u_{x}(b, t)=0.

?