11

Броуновское движение как случайный фрактал

[13/100%]
Показать
LaTeX
Задача 11.1

Проверьте, что ss - мерная мера Хаусдорфа является внешней мерой.

?
Задача 11.2

Покажите, что dd - мерная мера Хаусдорфа ограниченного открытого множества U⊂RdU \subset \mathbb {R}^{d} конечна и положительна: 0<Hd(U)<∞0 < \mathscr {H}^{d}(U) < \infty. В частности, dim⁡U=d\operatorname {dim} U = d.

?
Задача 11.3

Пусть E⊂RdE \subset \mathbb {R}^{d}. Покажите, что хаусдорфова размерность dim⁡E\operatorname {dim} E совпадает с числами

sup⁡{α⩾0:Hα(E)=∞},sup⁡{α⩾0:Hα(E)>0}inf⁡{α⩾0:Hα(E)<∞},inf⁡{α⩾0:Hα(E)=0}. \begin{array}{cll} \sup \left\{ \alpha \geqslant 0: \mathscr {H}^{\alpha }(E) = \infty \right\} , & \sup \left\{ \alpha \geqslant 0: \mathscr {H}^{\alpha }(E) > 0\right\} \\ \inf \left\{ \alpha \geqslant 0: \mathscr {H}^{\alpha }(E) < \infty \right\} , & \inf \left\{ \alpha \geqslant 0: \mathscr {H}^{\alpha }(E) = 0\right\} . \end{array}
?
(a)
(b)
Задача 11.4

Пусть (Ej)j⩾1\left(E_{j}\right)_{j \geqslant 1} — подмножества Rd\mathbb {R}^{d} и E:=⋃j⩾1EjE: = \bigcup_{j \geqslant 1} E_{j}. Покажите, что dim⁡E=sup⁡j⩾1dim⁡Ej\operatorname {dim} E = \sup_{j \geqslant 1} \operatorname {dim} E_{j}.

?
Задача 11.5

Пусть E⊂RdE \subset \mathbb {R}^{d}. Покажите, что dim⁡(E×Rn)=dim⁡E+n\operatorname {dim}\left(E \times \mathbb {R}^{n}\right) = \operatorname {dim} E+n. Верна ли аналогичная формула для E×FE \times F, где E⊂RdE \subset \mathbb {R}^{d} и F⊂RnF \subset \mathbb {R}^{n}?

?
Задача 11.6

Пусть f:Rd→Rnf: \mathbb {R}^{d} \rightarrow \mathbb {R}^{n} — би-липшицево отображение, т.е. как ff, так и f−1f^{ - 1} липшицево непрерывны. Покажите, что dim⁡f(E)=dim⁡E\operatorname {dim} f(E) = \operatorname {dim} E. Верно ли это также для гёльдеровски непрерывного отображения с показателем γ∈(0,1)\gamma \in (0,1)?

?
Задача 11.7

Пусть CC обозначает канторов дисконтинуум, который получается, если рекурсивно удалять открытую среднюю треть любого оставшегося интервала:

[0,1]⇝[0,13]∪[23,1]⇝[0,19]∪[29,13]∪[23,79]∪[89,1]⇝… [0,1] \leadsto \left[0, \frac{1}{3}\right] \cup \left[\frac{2}{3}, 1\right] \leadsto \left[0, \frac{1}{9}\right] \cup \left[\frac{2}{9}, \frac{1}{3}\right] \cup \left[\frac{2}{3}, \frac{7}{9}\right] \cup \left[\frac{8}{9}, 1\right] \leadsto \ldots

см. напр. [232, Problem 7.12] или [236, § 2.5]. Покажите, что C=f1(C)∪f2(C)C = f_{1}(C) \cup f_{2}(C) с f1(x)=13xf_{1}(x) = \frac{1}{3} x и f2(x)=13x+23f_{2}(x) = \frac{1}{3} x+\frac{2}{3}, и dim⁡C=log⁡2/log⁡3\operatorname {dim} C = \log 2 / \log 3.

?
Задача 11.8

Пусть (Bt)t⩾0\left(B_{t}\right)_{t \geqslant 0} — BMd\mathrm{BM}^{d}. Покажите, что при λ<d\lambda < d математическое ожидание E[∣B1∣−λ]\mathbb {E}\left[\left|B_{1}\right|^{ - \lambda }\right] конечно.

?
Задача 11.9

Пусть (Bt)t⩾0\left(B_{t}\right)_{t \geqslant 0} — одномерное броуновское движение. Покажите, что

dim⁡B−1(A)⩽12+12dim⁡A п.н. для всех A∈B(R) \operatorname {dim} B^{ - 1}(A) \leqslant \frac{1}{2}+\frac{1}{2} \operatorname {dim} A \quad \text{ п.н. для всех } A \in \mathscr {B}(\mathbb {R})
?
Задача 11.10

Пусть F⊂RF \subset \mathbb {R} — непустое совершенное множество, т.е. замкнутое множество, каждая точка которого является предельной точкой FF. Покажите, что совершенное множество несчётно.

?
Задача 11.11

Пусть (Bt)t⩾0\left(B_{t}\right)_{t \geqslant 0} — BM1\mathrm{BM}^{1}, и обозначим через gtg_{t} последний ноль до момента времени t>0t > 0.

?
(a)

Используйте теорему 11.25, чтобы дать ещё одно доказательство закона арксинуса Леви (ср. теорему 6.20): P(gt<s)=2πarcsin⁡st\mathbb {P}\left(g_{t} < s\right) = \frac{2}{\pi } \arcsin \sqrt{\frac{s}{t}} для всех s∈[0,t]s \in [0, t].

(b)

Найдите условную плотность P(∣Bt∣∈dy∣gt=s)\mathbb {P}\left(\left|B_{t}\right| \in d y \mid g_{t} = s\right).

(c)

Проинтегрируйте формулу, встречающуюся в теореме 11.25, чтобы получить

2πtexp⁡(−y22t)=∫0t2πsy2π(t−s)3exp⁡(−y22(t−s))ds \sqrt{\frac{2}{\pi t}} \exp \left( - \frac{y^{2}}{2 t}\right) = \int _{0}^{t} \sqrt{\frac{2}{\pi s}} \frac{y}{\sqrt{2 \pi (t - s)^{3}}} \exp \left( - \frac{y^{2}}{2(t - s)}\right) d s

и дайте вероятностную интерпретацию этого тождества.

Задача 11.12

Покажите, что следствие 11.26 также следует из леммы 11.23.

?
Задача 11.13

Пусть (Bt)t⩾0,dt\left(B_{t}\right)_{t \geqslant 0}, d_{t} и gtg_{t} такие же, как в следствии 11.26. Определим

Lt−:=t−gt и Lt:=dt−gt L_{t}^{ - }: = t - g_{t} \quad \text{ и } \quad L_{t}: = d_{t} - g_{t}

Найдите законы распределения (Lt−,Lt),Lt−,Lt\left(L_{t}^{ - }, L_{t}\right), L_{t}^{ - }, L_{t} и LtL_{t} при условии Lt−=rL_{t}^{ - } = r.

Найдите вероятность P(Lt>r+s∣Lt−=r)\mathbb {P}\left(L_{t} > r+s \mid L_{t}^{ - } = r\right), т.е. вероятность того, что экскурсия продолжится ещё ss единиц времени, если известно, что она уже длится rr единиц времени.

?