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n n z n E 2 3  

2

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g 7 Z F O  

l

σ l l

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1 4

J A υ JAu

l

‑いれ﹁

1Tl

‑ ‑ : ' h J

f

j h

r J U

ia

a

'' 'f rt ei t

t

I

ll i

<

11Lrill

L i

f

ゆ ふ 一 E D

引 お 同 引

CJ

d

1 1 A

引 く 一 + +

こ こ で 条 件 (B)を 使 う と

E[  sup  Ixn(t) ‑xn(T1 ‑50)12J 

Tl‑50<t<Tl 

( rT ¥ 

三16JV250

4N25

161¥12 

I  I  ‑

E[ sup IYn(t) 12Jds ) 

¥ T‑50  O<t<T  rTl 

+刊41¥11汚250

バ I ‑ 町

E

[

s叩up

1U7nη(t

JT150 O<t<T  こ こ で (6.36)より

E [  

sup IYn(t)12J ~ 2E[ sup Ixη( 

t )  

12J 

O<t<T  O<t<T 

+2E[ sup IXn‑l(t)12J ~ 411‑2

く + ∞

3 η 1

2

, ・

(6.43)

O<t<T  し た が っ て (6.42)

(6.43)より

I15280A42Iピ250

20JV250 

s

。 の 定 義 (6.38)式 よ り

1

,  <三

~ ‑ 10 

つ ぎ に ん を 評 価 す る. T1の 定 義 よ り N2

0が 存 在 し

( 6.44) 

ん=E[lxn(T1 ‑50) ‑x(T1 ‑50)12J 

~二

̲̲̲:.  10' 

η >Nっ

(6.45) 

最 後 lこ ん を 評 価 す る.

c

q

q u 

JU

1n

υ

mA

PI.

︐ ︐i

UQ

十 九

11 11 11 11 ll lJ

qL ゐN

¥ljU︑・l/11

c υ

 

h w c

q4

&

σ N  

2

1

一 + r f 九 九

11 11 11 11 11 1

&

E

0 0 0 0  

<

<

qd

 

y'

i 

し た が っ て

1'1. 

<三

υ 10  (6.46) 

ゆ え に (6.39)

(6.40) 

, ( 

6.44) 

, (  

6.46)から

)Il1!̲ E[ sup Ixn(t) ‑X(t)12J = 0 

叫「山 O~t 壬 T1

(6.4 7) 

が な り た つ .

95 

(3)背 理 法 に よ っ て T1

Tを 示 す . T1ヂTと し て 矛 盾 を 導 く .(2)よ り 正 数 列

n } 7

2 が 存 在 し

九 ↓

o

(η→ ∞) 

E[I

Xn ( T 1 ) 

‑x

( T 1 ) 1 2 J 三

αη

が な り た つ .

(i)正 数 九 >0が 存 在 し

T1十九三 T,

̲

̲lin}̲ 

E [  

sup 

I Y n   ( t )   1 2 J 

川 寸 Tl <t<Tl +h 

と な る こ と を 示 す . Yn (t)の 定 義 か ら 九 三 t三

T ,

こ対し

u 心)

xn (T 1 )  ‑ xn ‑ 1 ( T 1 ) 

σ ( ( s

Xn‑1(S))

一 山 日

(s

) ) ) d B ( s )   叫 ( 川 ‑ l ( S ) )‑ 川 ‑ 2 ( s ) ) ) d s

+  :   l r

(Sム川ル?グ川Z7

+  d 

b

Z

パ(い山

X

nト 山

n

‑1

1( ( ( s

S

ω ) μ

)

yU

?

η

I

(

A

S)MdS

A t  

bz 

(山一山))仇̲ l ( s ) d s

となる. し た が っ て

E [  

sup IYn(s)12J 

+ 7 E [ I Xn (T 1 )  ‑ xn ‑ 1 ( T 1 ) 1 2 J 

+ 7 E L 2 2 t l b M ‑ i ( u ) ) 一 山 n 2 (

u)) 

) d B (  

U)n 

+ 7 E  [ L J 品 叫 ? 2 2 ; 2 兵 込 J ミ ι U ; 叫 L i t J │ は b ρ ρL 0

b(

川 一

1

μ ( u ) )

b

川 一 孔

2

ω 州 川 ( u ) )

+  叫 f 包 ; 芯 2 ι 2 2 2

t

1 Z か か μ (

b

九以山

Z(u叫い

X n l ( U ) ) Y η J ω (

u

) d l u l' ' │  ]  + 叫 7 2 t │ ぷ ( b

x(山 一

2 ( u )   ) Y n l  (U)dUn 

+ 7 E   レ h

[T

J 2 ? h ; 2 ι

t

U I (

σ九 山z

μ( u

Xη

1('υ'U))y仏山川?η1

μ

A(

(

'

'υU

+ 7 E [ T 7 2 t I C M  

( 6.48) 

(6.49) 

Doobの マ ル チ ン ゲ ー ル 不 等 式 と Schwartzの 不 等 式 よ り

E [ 

sup  IYn(s)12] ~ 7E[lxn(T1) ‑xn̲1(T1)12] 

条 件 (A)より

+28E [.( I

n‑1(U))

一 山

n̲2(u))12

l

川 ‑

T1)E 

ぷ [

1b(

山 一

1(u))

一 川

η

一山

)Wdu]

+7(t一九 )M

l r :

IYn(uWdu] 

7(t ‑T1)M2

[ か い ( 吋

12du]

+ 川

2E

[ l か μ r : I

Y

U

仏州

?η1

μ

州(い川Au

)1

2d

u ] 卜 + 川判lr~ ト μt1v 〉 |MμU仇η一1バ山川州(い川州 u叫州仰)川|

Ib(u

, 

Xn‑1(U)) ‑b(u

, 

Xn‑2(u))1 ~ Mlxn‑1(U)一 九 一

2 ( u ) 1

(6.51) 

σ(u

九一1(u))一σ(u

xn‑2(u))1三MIXn‑1(U)‑xn‑2(u)1  (6.52) 

で あ る . し た が っ て (6.50),(6.51)ベ6.52)より

E [ 

sup 1仇(S) 12] 

三時

n(T1)

一 川 1 2 ]

十 ( 川 + 叫 ‑T1)

山 [ ぷ │ 仇

̲1(u)12du]

+(7(t一九)lv12

+

附 こ こ で ん >0を

η= (561v12h 

141v12h?)e7M2h2+28M2h 1 と な る よ う にj塁手.,.. 

E[IXn(T1) ‑Xn1(T1)12]三2αη+2αη1三4αn‑1

で あ る か ら, (6.50)より T1~

t

三九 +hに 対 し

E [  

SUIYn(S)12] 

Tl<S<t 

28αn‑1

(56.1¥1

2  + 

14.l¥112

2 )

1111111

+(28M2 

7 Ji!I2 

17,)  /̲ E[ sup 1 (U)12]ds

JT T<u<s 

が な り た つ 。 こ こ で 111111

Es叩 Tl<〆Tl+h1

( t )

12]で あ る.

97 

(6.54) 

(6.55) 

し た が っ て Gronwallの 不 等 式 か ら

E [  

sup 

I Y n ( s ) 1 2 ]  

T,壬st

三{28α

n ‑ 1 + 

(56M

2  + 

14J11

2

h

2 ) I I I Y n ̲ 1 1 1 1 } e ( 2 8 M

2

+ 7 M

2

h ) ( t ‑ T

t)  (6.56) 

となる.

̲.  ̲  f)O ̲  

̲ 2 8 M

2

h + 7 M

2

h

γ1'1. !oαne  ( 6.57) 

とおこと, (6.56)より

I l l Y n l l 1   =  E [   s u p   I Y n (  

s) 

1 2 ] 三 ( η‑ γ 1+ η I l l Y n

1 1 1 1 ) 

T, ~s 三 T,十 h

(6.58) 

が な り た つ . こ こ で 最 初 に 述 べ た よ う に

_li~!_ E[  SUp (t)

1 2 ]  =  l ̲

un̲ 

1 1 1

1 1 1 = 

M V V T

, 

<t<T

+ h  

f"~ 山

を示す.

ε> 0を 任 意 の 正 数 と す る . 正 数 N1を 選 ん で

%ー1

三 ; ( 1 ‑ η ) ,

η

ど N

1

が な り た つ よ う に で き る . (6.58)から

(6.59) 

I I I Y N + m l l l

γ

N

+ m 1 + η I I I Y N ,  + m ‑ 1 1 1 1  

N

, + m ‑ 1  + η ( γ

'N

+m‑ + η I I I Y N ,  + m ‑ 2 1 1 1 )  

:::;  1 N

,  + m ‑ 1  +  γ 7 7

N

+ m 2   +  72 7 1 1 I Y N

1

+ m ‑ 2 1 1 1  

<  γ

N

1(1 

+ η + η2 +

+ η m ) + η m + 1 1 1 I Y N ̲ 1 1 1 1

< 立 に

i + 4 1 L F W m + 1 1 ‑ η  

ここで

N

20が 存 在 し

4kr+1<;Fm

l ¥

T2 (6.60) 

となる. したがって

1 1

1 叫 1 1

<ム η三N1

N

(ii)最後に,

̲

l

iJCl].̲ E[ SUp 

I X n ( t )  ‑ x ( t ) 1 2 ] 

,.~山 T~t~T

+ h  

EE︐ ︐

J11 Fh u  ph v 

f

a t

を示す. (6.61)は T1の 定 義 に 矛 盾 す る こ と の な る .

(6.48),(6.49)式 が な り た っ て い る の で , 正 数 列 {S71}71‑1,2, が存在し,

6

n

η(

→∞) 

S E [ l x

n

( T

1) ‑

x ( T I )

12] 

(60M2h+ 15M2h2)E[  sup  IYn(t)12]

三丸

が な り た つ . 過 程 Xn

Xの定義より

E[ sup  X

( s )  ‑

( s )  

12] 

T1 <s<t 

三SE 

  1 [

(T1)  (T

1 2 ]  

T1:三 t~Tl+ 九

+5EL22tlL(

η

1 (

'U))

一 山 川 町

uln

5

↓ [ T 品 J 凶 ? 2 忠 J

兵芯叫巳

ι U t J ρ μ (

b川 ((

TJ♂品叫 f2 志芯凶;旦込剖主 ι~ ,I山ぷト(い仇 σ 九山 Z

+5EL72tlL(bz(U1271‑1(u))

山 ) d U n

(6.62) 

T1t三T1

+

ん (6.63)

条 件 (A)の (6.10),(6.11)に注意すれば, (6.63)から

が 導 か れ る .

E[ SUp IXn(s) ‑X(S)12] 

T1<s<t 

三 S E [ I X

η

( T

1)

x ( T

1)12

+ 川

2L E [ T 芯

IXn‑lCU)

ーの)

12ds 

+M2LE[T 忠│九一

1( 'U)

ーの

)12ds

20hM2E[  SUp  IYn(U)'12] 

T1u~TI+ 九

SM2h2E[  SUp  IYn('U)12]

, 九三

t

T1

+

(6.64) 

T1uT1+

E[ SUp  IXn‑l('U)  X('U)12] 

Tl <u<s 

2E[  SUp  IYn('U)12] + 2E[ SUp IXn('U)  X('U)12]

, 

T1uT1+17  TI <U<S 

T~ ~ T

+

九 99 

であるから, (6.64)より

E [  

sup  IXnl(U)‑X(U)12J 

T1<us

三 5 E [ 1

Xn (T1) ‑ X (T1) 

1 2 J  + 

40Ji12 

[ t   E [ ̲   S ~lp_

IX(U) ‑X (U12Jds 

JTI  T1us

10NJ2h 

( t   E [  

sup  IXn(u) ‑X(v.)12Jds 

JT Tl <U<S 

(40M2 h 

10M2 

h ?  + 

20M2

九 十

5M2h2)E[ sup  IYn(t)12

TltTl+

三九 +

(40M2 

10M2h) 

[ t   E [  

sup  IXn(u) ‑X(U)12Jds

, 

JT1  T1Us

T~ ~ T

+

九.

し た がって Gronwa11の不等式より

E[ sup IXn(s) ‑X(S)12J ~ 6ne(40M2h+l0M2h2)

,  九三

t

三九十九

T1st

ゆ え に

lim E[  sup  Ixn(t) ‑X(t)12J = O. 

n → TI~t 三 T1+h

が 導 か れ , こ れ は T1の 定 義 に 矛 盾 す る .

Chapter 7 

結 論

7 . 1   要約

以 上 , 本 論 文 で は 確 率 微 分 方 程 式 の 解 の 係 数 に 関 す る 安 定 性 と 解 の 逐 次 近 似 解 の 収 束 に 関 す る 理 論 的 研 究 に つ い て の 考 察 を 行 っ て き た.要 約 す る と 以 下 の 通 り で あ る .

ま ず 第 1章 で は 序 論 と し て white noise型 の 確 率 過 程 の 項 を 含 む 微 分 方 程 式 に 生 じ る 問 題 点 、 に つ い て 論 じ た . そ こ で は 通 常 の 常 微 分 方 程 式 の 方 法 に 替 わ る 新 し い 解 析 方 法 の 必 要 性 を 明 ら か に し た.伊 藤 に よ る ブ ラ ウ ン 運 動 lこ 関 す る 積 分 概 念 、 の 直 観 的 定 義 を 与 え , そ れ に 基 づ く 確 率 微 分 方 程 式 に つ い て 論 じ , な ら び に 本 論 文 の 目 的 お よ び 構 成 に つ い て 述 べ た .

第 2章 で は 以 後 の 章 の 基 礎 と す る た め に , 連 続 な 確 率 過 程 の 定 義 を 与 え , そ の 基 本 事 項 に つ い て 述 べ た . さ ら に 確 率 過 程 の 時 間 的 発 展 を 記 述 す る の に 都 合 の よ い あ る Borel集 合 体 の 族 に 適 合 し た 確 率 過 程 の 概 念 を 述 べ た.確 率 過 程 の 理 論 で 基 本 と な る ブ ラ ウ ン 運 動 に 基 づ く 確 率 積 分 の 定 義 を 与 え , そ の 基 本 公 式 で あ る 伊 藤 公 式 に つ い て 論 じ た . 伊 藤 積 分 と 異 な る 種 類 の 確 率 積 分 で あ る Stra.tonovich積 分 と の 関 係 に つ い て も 述 べ た.

第 3章 で は 確 率 微 分 方 程 式 に 関 し 以 後 の 章 で 必 要 と な る 事 項 を 総 合 的 に 解 説 し た.まず 確 率 微 分 方 程 式 の 解 に 関 し て、弱 い 解 と 強 い 解 の 概 念 、 を 導 入 し 両 者 の 関 係 に つ い て 論 じ た. 解 の 一 意 性 に つ い て も , 道 ご と の一意性と法員IJの 意 味 で の一 意性の概念、を定義しその相互 関 係 に つ い て 述 べ た.本 論 文 で は 主 と し て 強 い 解 の 道 ご と の 一 意 的 存 在 の も と で 理 論 を 展 開 し た.そ の た め 強 い 解 の 道 ご と の 一 意 的 存 在 の よ く知 ら れ た 十 分 条 件 を 述 べ た. 一次 元 確 率 微 分 方 程 式 に 対 す る 比 較 定 理 に つ い て そ の 概 略 を 述 べ た.確 率 微 分 方 程 式 の 解 は 一 般 に , 爆 発 時 間 と よ ば 、 れ る ラ ン ダ ム な 時 間 ま で 存 在 す る.本 論 文 で は 爆 発 時 間 は つ ね に 無 限 大 と な る 場 合 の み を 考 察 した. しか し 一 般 に 有 限 時 間 で 爆 発 がおこ る か 否 か は 重 要 な 問 題 で , そ れ に 対 す る 判 定 法 に つ い て も 述 べ た.確 率 微 分 方 程 式 の 解 を 通 常 の 積 分 と 確 率 積 分

101 

の 項 を 用 い て 求 積 法 で も と め る こ と は一般 に 困 難 で あ る . そ こ で い く つ か 古 典 的 な 解 法 を 総 合 的 に 解 説 し た .

第 4章 で は 確 率 微 分 方 程 式 に お い て , 係 数 が 各 々 適 当 な 意 味 で 収 束 す る と き 解 の 安 定 性 の 十 分 条 件 を 確 立 し た .Stroock‑Var.adhanは 確 率 微 分 方 程 式 の 解 の 安 定 性 を 111artingale problenlの 枠 内 で 議 論 し て お り , 法 員IJの 意 味 で の 安 定 性 (weak stability ) を 考 察 し て い

る . こ れ に 対 し 我 々 は 解 の 道 ご と の 意 味 で の 安 定 性 (strong stability ) に 関 す る 十 分 条 件 を 導 い た . ま ず 最 初 に Ljapunov関 数 列 の 存 在 に よ っ て 解 の 安 定 性 の 問 題 を 定 式 化 し た . 具 体 的 例 に 対 し Lja.punov関 数 列 を 構 成 し , 必 要 な 条 件 を 満 た す こ と を 確 か め た . Gihma.n‑ Skorohodに よ っ て 示 さ れ た 結 果 の 拡 張 に な っ て い る こ と を 明 ら か に し た . 一 般 に 具 体 的 例 に 対 し Ljapunov関 数 列 が 必 要 な 条 件 を み た す こ と を 示 す の は 容 易 で な い こ と を 考 慮 し , さ ら に 係 数 の 収 束 条 件 を 弱 め る た め に 問 題 を 再 定 式 化 し て , 主 要 な 結 果 を 確 立 し た . これ を 応 用 し て 非 線 形 フ ィ ル タ ー の 安 定 性 に つ い て 研 究 し , シ ス テ ム が 確 率 微 分 方 程 式 で 表 さ れ る 場 合 そ の 解 が 安 定 で あ れ ば フ ィ ル タ ー も 安 定 で あ る こ と を 論 じ た .

第 5章 で は , 確 率 微 分 方 程 式 の Picardの 逐 次 近 似 解 に つ い て 研 究 し た . 確 率 微 分 方 程 式 の 係 数 が 連 続 で あ れ ば 道 ご と の 一 意 性 を 示 す だ け で , 強 い 解 の 一 意 的 存 在 が わ か る . よ く 知 ら れ た 十 分 条 件 は Lipschitz条 件 で あ る . こ の 場 合 は 伊 藤 に よ って Picardの 逐 次 近 似 の 方 法 で 直 接 に 証 明 さ れ た . 一 方 過 去 20年 間 に 道 ご と の 一 意 性 を 保 証 す る 多 く の 条 件 が 求 め ら れ た . し か し そ れ ら の 条 件 の 中 で 逐 次 近 似 解 が 真 の 解 に L2収 束 す る こ と が 示 さ れ た 例 は わ ず か で あ る . 本 論 文 で は 確 率 微 分 方 程 式 の 強 い 解 の 一 意 的 存 在 を 保 証 し , さ ら に 逐 次 近 似 解 が 真 の 解 に L2収 束 す る い く つ か の 異 な っ た 条 件 に つ い て 考 察 し た . 一般 化 さ れ た Osgood条 件 や 南 雲 条 件 の 一 般 化 で あ る Ka.lllkeの 条 件 を 満 た す 場 合 に 逐 次 近 似 解 が 収 束 す る こ と を 示 し た . さ ら に Krasnosel 'skii‑E reinや Brauerが 導 入 し た ク ラ ス に つ い て も 同 様 の 結 果 が 成 立 す る こ と を 明 ら か に し た . 即 ち 常 微 分 方 程 式 の 一 意 性 を 保 証 す る 多 く の 条 件 の 下 で Picardの 逐 次 近 似 解 は 収 束 す る こ と が 明 ら か に な っ た .

第 6章 で は , 確 率 微 分 方 程 式 の Newton法 に よ る 逐 次 近 似 解 の 収 束 条 件 に つ い て 研 究 し た . 常 微 分 方 程 式 の 初 期 値 問 題 の 逐 次 近 似 解 を 構 成 す る Chaplygin法 に 注 目 し , こ れ を 確 率 微 分 方 程 式 に 適 用 し た . さ ら に こ の 方 法 に よ る 逐 次 近 似 解 が Ba.nach空 間 上 の あ る 確 率 作 用 素 に 対 す る Newton法 に 他 な ら ぬ こ と を 明 ら か に し た . 時 間 に 関 し て 局 所 的 収 束 条 件 を 求 め , 近 似 誤 差 ( 収 束 速 度 ) の 評 価 式 を 導 い た . さ ら に 時 間 に 関 し て 大 域 的 収 束 の た め の 必 要 十 分 条 件 を 確 立 し た .

7 . 2   問題点と今後の課題

本 論 文 で 考 察 し て き た 逐 次 近 似 解 法 に 関 し て は , ま だ 多 く の 問 題 点 や 課 題 が 残 さ れ て い る . 要 約 す る と 以 下 の 通 り で あ る .

l . 道 ご と の 意 味 で の 解 の 安 定 性 に 関 す る 結 果 を 応 用 し て 非 線 形 フ ィ ル タ ー の 安 定 性 を 考 察 し た 際 , 通 信 機 構 を 表 す 確 率 過 程 Ftを 系 過 程 Xtだ け の 関 数 と 仮 定 し た . 確 率 過 程 Ftは 観 測 に も と づ く フ ィ ー ド パ ッ ク を 含 む こ と も あ る の で , こ の と き 非 線 形 フ ィ

ル タ ー の 安 定 性 の 確 立 が 残 さ れ た 問 題 で あ る .

2.常 微 分 方 程 式 の一意 性 を 保 証 す る 多 く の 条 件 の 下 で Picardの 逐 次 近 似 解 が 収 束 す る こ と が 明 か と な っ た . し か し 確 率 微 分 方 程 式 に 特 有 の 条 件 の 場 合 , 特 に α

三 i

HddeI  条 件 の 場 合 に は 第 5章 の 手 法 は 有 効 で な く 新 し い 手 法 の 開 発 が 必 要 で あ る . さ ら

に α>jmde17条 件 の 場 合 に は Piωdの 逐 次 近 似 解 が 収 束 し な い 可 能 性 も あ り , 難 し い 問 題 で わ か っ て い な い .

3.確 率 微 分 方 程 式 の Newton法 に よ る 逐 次 近 似 解 の 収 東 条 件 に 関 す る 研 究 は 始 ま ったば か り で あ る . Lipschitz条 件 の 場 合 を 除 い て わ か っ て い な い .Lipschitz条 件 を 弱 め る こ と は 今 後 の 課 題 で あ る . 本 論 文 で の Newton法 は 1次 収 束 す る . こ の 点 に 関 し て は, Banach空 間 上 の 確 率 作 用 素 に Newton法 を 適 用 し た Bharucha‑ReidとKannan の 結 果 も 同 様 で 逐 次 近 似 解 は 1次 収 束 す る . しかし Newton法 は 本 来 2次 収 束 す る の が そ の 特 徴 で あ る か ら , 今 後 誤 差 評 価 の 改 良 が 望 ま れ る .

4.一 般 に , あ る Hilbert空 間 に 値 を と る 確 率 微 分 方 程 式 の 逐 次 近 似 解 の 収 東 条 件 を 論 ず る こ と が で き る . 無 限 次 元 空 間 上 の 確 率 微 分 方 程 式 に 対 す る 関 心 が 高 ま っ て い る の で , こ の よ う な 場 合 の Pica.rd法 や Newton法 の 収 束 条 件 の 研 究 は 今 後 の 課 題 で あ る .

5.確 率 微 分 方 程 式 の Newton法 に よ る 逐 次 近 似 解 の 電 子 計 算 機 に よ る 数 値 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン も 考 え ら れ る . 解 を 数 値 的 に 求 め る た め の一 手 法 と し て の NewLon法 の 興 味 深 い 問 題 で あ り 今 後 の 研 究 が 望 ま れ る .

103 

ドキュメント内 確率微分方程式の逐次近似解に関する研究 (ページ 98-114)

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