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古川
引 お 同 引
CJ
﹁
一︐d
1 1 A 吐
引 く 一 + +
E
こ こ で 条 件 (B)を 使 う と
E[ sup Ixn(t) ‑xn(T1 ‑50)12J
Tl‑50<t<Tl
( rTl ¥
三16JV250
+
4N250+
161¥12I I ‑
E[ sup IYn(t) 12Jds )¥ J Tl ‑50 O<t<T / rTl
+刊41¥11汚250
バ I ‑ 町
E[
s叩upル
1U仇7nη(tJT1一50 O<t<T こ こ で (6.36)より
E [
sup IYn(t)12J ~ 2E[ sup Ixη(t )
12JO<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
+
20JV250s
。 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.
cu ︐d
qu
z
q u
司JU
1n
u
ぐυ
mA
トPI.
︐︐︐ ︐ 円i
E ハUQU
勺ん
十 九
11 11 11 11 ll lJ
qL ゐN
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川 山
︑ 二
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勺
&
σ N
お
2
1一 + r f 九 九
11 11 11 11 11 1 勺
&
E
N0 0 0 0
<
一
<
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{α
n } 7
凶 ,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 [
supI Y n ( t ) 1 2 J
=0
川 寸山 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 )
叫 σ ( ( s ,
Xn‑1(S))一 山 日
(s) ) ) d B ( s ) 叫 ( 川 ‑ l ( S ) )‑ 川 ‑ 2 ( s ) ) ) d s
+ : l r
九山(い仏Sム川ル?グ川Z叫7+ d
b九 以
Zパ(い山
,X
九nト 山n → ‑ 一
‑11( ( バ 巾 ( い s
Sけ ω 州 州 州 州 ) リ 以 μ 川
)胤 胤
yU払 胤 川 仏
?巾 川
ηベ
Iか ( い 山
A州
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 ? 忠 2 2 ; 2 兵 忠 込 J ミ ι U ; 叫 L i t J │ は b 山 ρ ρ か L 0 似
b(川 一
1バ μ 州 州 ( い u 叫 川 州 刈 ) リ ) ト 一 →
b川 一 孔
2バ 州 山 州 ω 州 川 ( u 吋 州 い ) リ )
+ 叫 f 包 ; 芯 2 ι 2 2 2
t山 1 Z か か μ ( 仇
b九以山 似
バZ山山(いu叫い机川, X n ‑ l ( U ) ) Y 仇 川 η 山 J 山 川 ω 州 州 (
u吋 川 い 刷 ) 仇 d l ベ u イ 叶 l 円 ' ' │ ] + 叫 7 2 t │ ぷ ( b
x(山 一2 ( u ) ) Y n ‑ l (U)dUn
+ 7 E レ h 凶
[TJ ♂ 2 品 ? 包 h ; 芯 品 2 主 ι
t刈 ル U I ぷ │ 心 ば か ( い 仇
σ九 山zバ μ( い 仇 u
仏,
X九η一
汁1山州州州(叫'υ吋'U,州い州州川)州け州州胤)y仏山川?寸η1什μ
A(山い(
,'
'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
山
n‑1(U))一 山
n̲2(u))12ぬ l
川 ‑
T1)Eぷ [
1b(山 一
1(u))一 川
η一山
)Wdu]+7(t一九 )M
判 l r :
IYn(uWdu]+
7(t ‑T1)M2E[ か い ( 吋
12du]+ 川
2旬E[ l か μ r : I
協Y
U仏州
?巾η1ベ μ
州(い川Au吋
)1向
匂2d仇 ベ u ] ん 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く 1 と な る よ う にj塁手.,..E[IXn(T1) ‑Xnー1(T1)12]三2αη+2αηー1三4αn‑1
で あ る か ら, (6.50)より T1~
t
三九 +hに 対 しE [
SUp IYn(S)12]Tl<S<t
三
28αn‑1+
(56.1¥12 +
14.l¥112ん2 )
111仇‑1111+(28M2
+
7 Ji!I217,) /̲ E[ sup 1仇 (U)12]ds
JT1 T1 <u<s
が な り た つ 。 こ こ で 111伊111
=
Es叩 Tl<〆Tl+h1伊( t )
12]で あ る.97
(6.54)
(6.55)
し た が っ て Gronwallの 不 等 式 か ら
E [
supI Y n ( s ) 1 2 ]
T,壬s壬t
三{28α
n ‑ 1 +
(56M2 +
14J112
h2 ) I I I Y n ̲ 1 1 1 1 } e ( 2 8 M
2+ 7 M
2h ) ( t ‑ T
t) (6.56)となる.
̲. ̲ f)O ̲
̲ 2 8 M
2h + 7 M
2h
2γ1'1. = !‑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
ー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 仇(t)
1 2 ] = l ̲
un̲1 1 1
仇1 1 1 =
0Mづ V V T
,
<t<T1+ 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
三γ
N, + m ‑ 1 + η I I I Y N , + m ‑ 1 1 1 1
<γ
N, + m ‑ 1 + η ( γ
'N, +m‑ 2 + 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
2> 0が 存 在 し4kr+1<;Fm
三l ¥
T2 (6.60)となる. したがって
1 1
1 叫 1 1
<ム η三N1+
N2(ii)最後に,
̲
l
iJC‑l].̲ E[ SUpI X n ( t ) ‑ x ( t ) 1 2 ]
= 0,.~山 T,~t~T,
+ h
︑︑EE︐ ︐
J11ム Fh u ph v
〆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↓o
η(→∞)
S E [ l x
n( T
1) ‑x ( T I )
12]十(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 1 Xn
( s ) ‑
X( s )
12]T1 <s<t
三SE
1 [
X n (T1) ‑ X (T1 )1 2 ]
T1:三 t~Tl+ 九
+5EL22tlL(
山
η‑ 1 (
'U))一 山 川 町
uln+
5E↓ [ T 品 J 凶 ? 2 忠 J
兵芯叫巳包 ι U t J │ ば 乙 ρ か μ ( 例
b川 ((+
5 E [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)
T1三t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]T1壬u~TI+ 九
+
SM2h2E[ SUp IYn('U)12], 九三
t三
T1+
九 (6.64)T1壬u三T1+九
E[ SUp IXn‑l('U) ‑ X('U)12]
Tl <u<s
2E[ SUp IYn('U)12] + 2E[ SUp IXn('U) ‑ X('U)12]
,
T1三u三T1+17, TI <U<S
T1 ~ S ~ T1
+
九 99であるから, (6.64)より
E [
sup IXnーl(U)‑X(U)12JT1<u三s
三 5 E [ 1
Xn (T1) ‑ X (T1)1 2 J +
40Ji12[ t E [ ̲ S ~lp_
IXn (U) ‑X (U) 12JdsJTI T1三u三s
10NJ2h
( t E [
sup IXn(u) ‑X(v.)12JdsJT1 Tl <U<S
+
(40M2 h+
10M2h ? +
20M2九 十
5M2h2)E[ sup IYn(t)12JTl三t三Tl+九
三九 +
(40M2+
10M2h)[ t E [
sup IXn(u) ‑X(U)12Jds,
JT1 T1壬U壬s
T1 ~ t ~ T1
+
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
T1壬s壬t
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 Bra,uer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