从有界变差函数到布朗运动的二次变差

如题所述

第1个回答  2022-06-22

有界变差函数最初是Jordon为了研究傅里叶级数的收敛性而引入的。

一个函数的 total variation 被定义为: 这里的划分 是任意的。如果 是有界的,就说 在 上是有界变差的(BV)。

闭区间上的有界变差函数自然是有界的,显然闭区间上的单调函数是有界变差的。

有界变差函数的重要意义,要从一个著名的定理说起:

 Jordan分解定理断言, 有界变差函数能分解成两个单调函数的差 。因此,有界变差函数,可以理解为单调函数在分析学意义上的推广,并且有界变差函数也具有一些单调函数所具有的良好性质。

此外,有界变差函数几乎处处可导。

单调函数,在分析学上,被用来定义 。

有了有界变差函数,我们就能 将微分号 后面的函数从单调函数,扩展到有界变差函数。

 布朗运动轨道的一个重要性质就是它 并不是有界变差的 (在给定的时间 上),但它是 二次变差 的。

给定时间 ,标准布朗运动在 上的二次变差 是一个随机变量

是标准正态分布的平方,从而 , ,所以

根据切比雪夫不等式,得到 ,这是以概率收敛的。再根据Borel-Cantelli 引理,得到 , 最终得到几乎绝对的收敛性 。同时容易证明 还是 收敛到 的。于是,我们得到: 在 上的布朗运动具有有限的二次变差,并且其值为

这是后续定义随机积分的必要基础知识。 因为布朗运动不是有界变差的,所以我们不能通过经典的 积分来定义随机积分 ,处理 这个表达式就需要新的理论。(关于随机积分的定义,见: https://www.jianshu.com/p/89bcfe5c5b60 )

二次变差是布朗运动一个较为本质的特性,Levy给出的布朗运动的刻画说的就是: 从0开始的、轨道连续的鞅在 上具有二次变差 ,那么它一定就是标准布朗运动

参见:
http://individual.utoronto.ca/normand/Documents/MATH5501/Project-3/Levy_characterization_of_Brownian_motion.pdf

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