книги из ГПНТБ / Липцер Р.Ш. Статистика случайных процессов. Нелинейная фильтрация и смежные вопросы
.pdf§ 2] ОСНОВНЫЕ НЕРАВЕНСТВА 67
неравенства'. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Р {sup |
|
(* |
xr |
|
Мх£, |
( 3 . 6 ) |
|
|
<<г |
I sup |
х ,> |
М |
|
|
|
|
|
|
9 < Г |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
Р {inf xt ^ . — Я} < |
— Мѵ0 + |
J |
хтdP. |
(3.7) |
||
|
|
/ |
|
|
f inf ХІ^ ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если |
X — неотрицательный |
субмартингал |
с |
Шхрт< о о для |
|||
1 < |
р < °о, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M [ s u p ^ f < ( - ^ - r )PM4 . |
|
|
(3.8) |
|||
(а, |
Если |
ßr (a, Ь) — число |
пересечений (снизу |
вверх) |
интервала |
|||
Ь) субмартингалом X = (xt, £Гt), |
t ^ T , то |
|
|
|
||||
|
|
Mßr (а, b) ^ |
МI |
|
Мх І + |
|
|
(3.9) |
|
|
• |
|
< |
|
|
||
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Поскольку траектории |
xt, |
0, непре |
||||
рывны справа, то события |
|
|
|
|
|
{inf xt ^ — Я,} == {inf xr r^T
— А} и {sup xt ^ |
A} = {sup xr ^ A} |
t^T |
r<T |
принадлежат EF (r — рациональные числа). С учетом этого за мечания неравенства (3.6) — (3.9) легко получаются из соответ ствующих неравенств для случая дискретного времени, рас смотренных в предыдущей главе.
С л е д с т в и е |
1. |
Если |
X = |
(xt, SFt), t ^ O , — субмартингал |
||
{или супермартингал) с непрерывными справа |
траекториями, |
|||||
то для каждого t > |
0 (Р-п. н.) |
существует лу_ — lirnxs. |
||||
Действительно, |
если |
бы |
с |
положительной |
S^t |
|
вероятностью |
||||||
этот предел не |
существовал, |
|
то тогда (ср. с рассуждениями, |
использованными при доказательстве теоремы 2.6) для некото
рых |
а < b Mßj(a, |
Ь) = |
оо. Но |
это противоречит оценке (3.9). |
||
С л е д с т в и е |
2. |
Пусть |
X = (xt, &~t), t ^ |
0, — мартингал |
||
с xt = M ( l\S rt), Mi l l |
< оо, |
а семейство {9~t), |
0, непрерывно |
|||
справа. Тогда у процесса xt, |
|
0, существует модификация Xt, |
||||
f^ O , с траекториями, |
Р-п. н. непрерывными |
справа и имею |
||||
щими предел слева (в каждой точке t > 0). |
|
|||||
Действительно, |
из |
теоремы |
1.5 следует, что для каждого |
|||
t |
0 существует |
|
|
|
|
|
|
хг+ = Нш М (S |0%) = |
М (I IF t+) = М (I \ P t) = |
||||
|
sit |
|
|
|
|
|
Поэтому, если положить xt = xt+, то получим модификацию, непрерывную Р-п. н. справа. В силу предыдущего следствия
з*
68 |
МАРТИНГАЛЫ (НЕПРЕРЫВНОЕ ВРЕМЯ) |
|
|
[ГЛ. 3 |
||||
процесс |
xt,. |
О, |
имеет для каждого / > 0 |
пределы слева |
||||
xt- — lim xs (Р-п. н.). |
|
|
|
|
|
|
||
s^t |
|
3.3. |
Пусть |
X = (xt,@~t), |
О,— субмартин |
|||
2. Т е о р е м а |
||||||||
гал с непрерывными справа |
траекториями xt, |
|
0, |
такой, что |
||||
|
|
|
|
sup Мх+ < оо. |
|
|
(3.10) |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
Тогда с |
вероятностью |
1 существует \\mxt ( = x ) |
и |
МлА < оо. |
||||
Доказательство |
следует |
t-> ОО |
|
с |
помощью |
|||
из неравенства (3.9) |
рассуждений, использованных при доказательстве теоремы 2.6. 3. Аналогично случаю дискретного времени вводится поня тие потенциала П = (я/, @~t), t ^ 0, — неотрицательного супер мартингала с lim Мя*=0 — и доказывается следующий результат.
|
|
t |
оо |
(разложение |
Рисса). Если супермартингал |
|||
Т е о р е м а |
3.4 |
|||||||
X = |
{xt, &~t), |
t ^ O , |
с |
непрерывными справа траекториями xt, |
||||
|
0, |
мажорируется |
некоторым |
субмартингалом |
Y = (Уа @~t)> |
|||
П = |
0, |
то найдутся мартингал M = |
(mt, @~t), t ^ O , |
и потенциал |
||||
(я,, &~t), |
0, |
такие, что для |
каждого t ^ O |
|
||||
|
|
|
|
xt = mt + nt |
|
(Р-п. н.). |
(3.11) |
Разложение (3.11) единственно (с точностью до стохастической эквивалентности).
4. Т е о р е м а 3.5. Пусть X — (xt,H~), t ^ O , — супермартин гал, с непрерывными справа траекториями, такой, что для не которой случайной величины г) с М | т] | < оо
|
|
xt > U {y \\^t), |
t ^ O , |
Р-п. н. |
|
|
|
|||
Тогда, если |
х |
и о — марковские |
моменты и P (0 ^ t ) ~ 1, |
то |
||||||
|
|
|
ха> Щ х х \д-а). |
|
|
(3.12) |
||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Для |
каждого |
п — 1, |
2 , . . . свяжем |
||||||
с моментом т м. м., |
т„ — т„(ш), |
полагая |
|
|
|
|
||||
Н = -|г на {со: -^=-!<т(со) < ^ - } , |
6 = 1 , 2 , . . . , |
|
||||||||
и тге((о) = + ° ° |
на |
(со: т(со) = |
оо}. |
Аналогично |
определим |
и |
||||
моменты ап, п = 1,2, |
... Будем предполагать, |
что Р (а„<лг„)=1 |
||||||||
для каждого |
п = 1, |
2, ... |
(в противном случае |
вместо ап надо |
||||||
рассмотреть |
оп Л т„). |
|
|
|
|
|
|
|
||
Пр теореме |
2.12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хоа > М ( х Ха\0-аа) |
(Р-п. н.), |
п== 1, |
2, ... |
|
§ 2] |
ОСНОВНЫЕ НЕРАВЕНСТВА |
69 |
|
|
Возьмем |
множество |
Тогда, поскольку Ѳ~а <=дга , |
|
то А ^ З г „п, |
и из предыдущего |
неравенства |
получаем |
|
J x0n d P > |
J AtndP. |
(3.13) |
|
А |
А |
|
Заметим |
теперь, что случайные величины |
п = 1, 2, . .. ) |
и (xT/j, п = 1, 2, . . . ) равномерно интегрируемы (лемма 3.1) и
т„(со) I т(со), а„(со) j а (со) для всех со. Поэтому, совершая в (3.13) предельный переход при /г—>оо, найдем (теорема 1.3), что
|
|
|
I |
х0 dP ^ |
I |
х%dP. |
|
(3.14) |
|
|
|
А |
|
А |
|
|
|
Поэтому |
М [хх \ЗГ0] |
(Р-п. н.). |
|
|
|
|||
З а м е ч а н и е |
1. Из доказанной теоремы 3.5 видно, что |
|||||||
неравенство |
(3.12) сохраняет свою |
силу для |
супермартингалов |
|||||
с непрерывными |
траекториями |
X = (xt,£Ft), |
0 ^ / ^ 7 '< о о , и |
|||||
м. м. т и о таких, |
что Р (а ^ т ^ |
Т) — 1. |
0,—неотрицательный |
|||||
З а м е ч а н и е |
2. |
Если X — (xt, ^ ) , t ^ |
||||||
супермартингал |
и xt = |
0, то л^ = |
0 ({t ^ |
т}, Р-п. н.). |
5.Проведенное выше доказательство показывает, что если
супермартингал |
X = |
(xt, $Ft), |
|
0, |
есть |
равномерно |
интегри |
|
||||||||||
руемый мартингал, то неравенство (3.12) обращается в равен |
|
|||||||||||||||||
ство. Чтобы это утверждение |
сделать |
по своей форме |
анало |
|
||||||||||||||
гичным соответствующему утверждению (теорема 2.9) для дис |
|
|||||||||||||||||
кретного времени, введем такое определение. |
|
0, |
назы |
|
||||||||||||||
О п р е д е л е н и е |
2. |
Мартингал |
X = |
{xt, |
t), |
|
|
|||||||||||
вается регулярным, если существует интегрируемая случайная |
|
|||||||||||||||||
величина т] (М I |
tj | < |
сэо) такая, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
xt = |
М (л |£Г(), |
|
0 (Р-п. |
н.). |
|
|
|
|
|
|||||||
Как и в теореме 2.7, можно показать, что регулярность |
|
|||||||||||||||||
мартингала X — {xt, ЗГt), |
|
0, |
эквивалентна требованию равно |
|
||||||||||||||
мерной интегрируемости семейства случайных величин (xt, |
0). |
|
||||||||||||||||
Т е о р е м а |
3.6. |
Пусть |
X = |
(xt, |
SFt), |
0, — регулярный |
|
|||||||||||
мартингал с непрерывными справа траекториями. Тогда, если х |
|
|||||||||||||||||
и а — марковские |
моменты и Р ( с г ^ т )= 1 , то |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
ха=Ы\{хх \д~а) |
(Р-п. н.). |
|
|
|
(3.15) |
|
|||||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о |
следует |
из проведенного выше дока |
|
|||||||||||||||
зательства теоремы 3.5, если учесть, что для регулярного мар |
|
|||||||||||||||||
тингала |
семейства |
|
случайных величин |
{х0п, п = |
1, |
2, |
...} |
и |
|
|||||||||
{хп, п = |
1, |
2, . . . ) равномерно |
интегрируемы. |
|
X — (xt, @~t), |
|
||||||||||||
З а м е ч а н и е |
1. |
Поскольку |
для |
мартингала |
его |
|||||||||||||
0, |
|
mt = |
N[xt = const, |
то |
для |
непрерывности |
|
справа |
||||||||||
траекторий |
(в соответствии |
с теоремой |
3.1) |
достаточно |
требо |
|
||||||||||||
вать лишь |
непрерывности справа |
семейства |
і), |
|
|
Более |
^ |
70 |
МАРТИНГАЛЫ (НЕПРЕРЫВНОЕ ВРЕМЯ) |
[ГЛ. 3 |
|
|
точно, в этом случае существует |
мартингал Y = (yt, |
t), f^O, |
|||
такой, что его |
траектории yt, |
0, |
непрерывны |
справа и |
|
P { x t = y t) = L t > О- |
|
теоремы 3.6 |
остается |
||
З а м е ч а н и е |
2. |
Утверждение (3.15) |
|||
справедливым для |
мартингалов |
X = (xt, OFt) с непрерывными |
справа траекториями, заданных на конечном временном интер
вале |
Г < |
°о, |
и марковских моментов т и а таких, что |
|||
Р ( а < т < |
Т )= 1. |
Если в условиях |
теоремы 3.6 не требовать, |
|||
З а м е ч а н и е |
3. |
|||||
чтобы Р ( а ^ т ) — 1, |
то |
утверждение |
(3.15) заменится |
на сле |
||
дующее: |
|
Хслт = |
M(xt |^~а) |
(Р-П. Н.) |
(3.16) |
|
|
|
(ср. с (2.25)). Отсюда, в частности, вытекает, что «остановлен
ный» процесс X* = |
(xtAx, Ѳ~t), |
0, |
также будет мартингалом. |
||||
Для доказательства (3.16) заметим, |
что согласно (2.25) |
||||||
|
^ A |
t n= M (x TJ ^ o n) |
|
(Р-П. H.) |
|||
для всех k ^ n . |
Отсюда |
в силу |
равномерной интегрируемости |
||||
величин |
{xTfe, k = \ , |
2, . . . j при |
k —>oo |
получаем, что |
|||
|
|
|
Хоп лт = М (лг-сI $ Г |
|
|||
Полагая |
теперь |
п-> оо, |
приходим |
к |
требуемому равенству |
||
(3.16). |
|
|
|
|
|
|
|
§3. Разложение Дуба — Мейера для супермартингалов
1.В настоящем параграфе рассматривается аналог те ремы 2.13 (разложение Дуба) в случае непрерывного времени.
Введем предварительно необходимые понятия.
О п р е д е л е н и е |
3. |
Супермартингал |
Х — {х1, |
SFt), |
0, |
|||||||||||
с непрерывными справа траекториями лу= лу(со), |
/ ^ 0 , |
при |
||||||||||||||
надлежит |
классу |
D, |
если |
семейство |
|
случайных величин |
||||||||||
(хх, т е і ) , |
где |
Z — совокупность |
марковских |
моментов |
т с |
|||||||||||
Р (т < |
оо) = 1, равномерно |
интегрируемо. |
|
X — (xt, |
@~t), |
|
|
|||||||||
О п р е д е л е н и е |
4. |
Супермартингал |
|
0, |
0, |
|||||||||||
с непрерывными |
справа |
траекториями |
xt = |
xt {a), |
t > |
при |
||||||||||
надлежит |
классу |
DL, |
если |
для любого |
а, |
0 ^ а < оо, |
семей |
|||||||||
ство случайных велич-ин (хх, т е 3"й), где |
|
— совокупность |
мар |
|||||||||||||
ковских моментов т с Р ( т ^ а ) = 1 , |
равномерно |
интегрируемо. |
||||||||||||||
Ясно, что класс |
DL э |
D. |
Следующая |
теорема дает |
крите |
|||||||||||
рии принадлежности классам D и DL. |
|
X = |
(xt, |
t), |
t ^ 0 , |
|||||||||||
Т е о р е м а |
3.7. |
1) |
Всякий мартингал |
|||||||||||||
с непрерывными справа траекториями принадлежит классу DL. |
||||||||||||||||
2) Всякий равномерно интегрируемый мартингал X ~ { X t, @~t), |
||||||||||||||||
t ^ 0 , |
с |
непрерывными |
справа |
траекториями |
принадлежит |
|||||||||||
классу |
D. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 3] |
|
РАЗЛОЖ ЕНИЕ |
ДУБА - |
МЕЙЕРА ДЛЯ СУПЕРМАРТИНГАЛОВ |
|
71 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
3) |
|
Всякий отрицательный |
супермартингал X = |
(xt, &~t), |
О, |
||||||||||||||||
с непрерывными справа траекториями принадлежит классу DL. |
|
||||||||||||||||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Пусть |
Р ( т ^ а ) = 1 , |
а < |
оо. |
Тогда, |
|
|||||||||||||||
согласно замечанию 2 к теореме |
3.6, |
хх = Ш {ха \@~х) |
(Р-п. н.). |
|
|||||||||||||||||
Но семейство (х%, |
t g I J |
таких случайных величин равномерно |
|
||||||||||||||||||
интегрируемо, |
что |
доказывается |
так |
|
же, |
как |
импликация |
|
|||||||||||||
(А)=Ф(В) в теореме 2.7. Аналогично доказывается и второе |
|
||||||||||||||||||||
утверждение. Докажем последнее утверждение. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Пусть |
Р ( т ^ а ) = 1 . |
Тогда, |
|
согласно |
замечанию |
1 |
к |
тео |
|
||||||||||||
реме 3.5, для %> |
О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
{ |
I хт I dP = |
— |
|
[ |
|
хт dP < |
— |
I |
|
xadP |
|
|
|
||||||
|
(K l > 4 |
|
|
|
|
{|<|>М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
и также |
M | хх | ^ |
М | ха |. |
Поэтому |
по |
|
неравенству |
Чебышева |
|
|||||||||||||
|
|
|
7Р{[хт | > Я } < М [xt | < M | x a |. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Значит, Р {\хх I > |
А,}—> 0, |
Х->оо, |
и, |
следовательно, |
|
|
|
|
|||||||||||||
sup |
|
I х%I dP ^ |
sup |
— |
|
[ |
|
xadP |
О, |
|
X—>оо. |
|
|||||||||
Т5Е*а { К і> м |
|
|
■ т" г< |
|
{ К ‘|>4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Теорема доказана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2. |
|
О п р е д е л е н и е |
5. |
Пусть |
(Q, |
Р) — вероятностное |
|||||||||||||||
пространство |
и F — |
|
|
0, — неубывающее семейство |
не |
|
|||||||||||||||
прерывных справа сг-подалгебр |
|
|
Непрерывный |
справа |
слу |
|
|||||||||||||||
чайный |
процесс |
At, |
|
0, |
называется |
|
возрастающим, |
если |
|
||||||||||||
величины At являются ^-измеримыми, |
Д-,— 0 и As ^ |
At, s ^ t , |
|
||||||||||||||||||
Р-п. н. Возрастающий процесс |
A = |
(At, |
@~t), |
0, |
|
называется |
|
||||||||||||||
натуральным возрастающим процессом, если для всякого огра |
|
||||||||||||||||||||
ниченного положительного мартингала Y — (yt, SXt), |
|
|
0, |
имею |
|
||||||||||||||||
щего |
пределы |
слева, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
м / У.-< м ,= = м УвА , |
|
|
|
|
|
(З.і7) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Возрастающий процесс At, |
|
0, |
называется интегрируемым, |
|
|||||||||||||||||
если |
М Ам < оо. |
|
Интегрируемый |
возрастающий |
процесс |
|
|||||||||||||||
Л е м м а |
3.2. |
|
|
||||||||||||||||||
A = {At, £Tt), |
0, является натуральным |
тогда и только тогда, |
|
||||||||||||||||||
когда |
для всякого |
непрерывного |
справа |
и имеющего пределы |
|
||||||||||||||||
слева |
ограниченного |
мартингала |
Y — (yt, |
9~t), |
t ^ O , |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
М ( |
y s d A s = |
M ^ |
y s- d A s |
|
|
|
|
(3.18) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
ö |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для любого Т > 0.
72 |
|
МАРТИНГАЛЫ (НЕПРЕРЫВНОЕ ВРЕМЯ) |
[ГЛ. 3 |
|||||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Покажем |
сначала, что |
для всякого |
|||||||
возрастающего процесса |
А — (At, STj), |
/ ^ 0 , |
с Л0 = |
О, МЛТО< оо |
||||||
и мартингала |
Y — [уи |
&~t), |
t ^ |
О, |
имеющегося |
непрерывные |
||||
справа траектории, |
т |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
М I |
ys dAs = ЬЛутАт. |
|
(3.19) |
|||||
|
|
|
ö |
|
|
|
|
|
|
|
Положим |
C;(co) = inf{s: |
|
(со) > 0 |
и |
воспользуемся тем, что |
|||||
(для почти всех со) интеграл |
Лебега — Стилтьеса можно свести |
|||||||||
к интегралу |
Лебега (гл. |
1, |
§ 1): |
|
|
|
|
|
||
Т |
|
А Т (“ > |
|
|
|
те |
|
|
|
|
I |
ys dAs = J |
ус^ {а) dt — I |
ус^ |
t < |
dt, |
|||||
6 |
|
o |
|
|
|
о |
|
|
|
|
где, согласно |
следствию |
леммы |
1.8, |
ус (и) |
является ^"^-изме |
|||||
римой величиной. Но Р-п. н. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
{t: t < |
Ат(со)} = |
{t: |
ct (со) < |
Т}. |
|
Поэтому
ТСО
I Us dAs — I ус^((й)^ . (ф)< ц dt,
оо
ипо теореме Фубини
Тсо
М J |
ys dAs — J М |
((0) ^ : Ct (ш) < 7'|] dt. |
о |
о |
|
Зафиксируем некоторое 0 и заметим, что случайный момент т (со) = ct (со) является марковским. Тогда, поскольку событие {со: т(со) < Т) е (лемма 1.7), а Y ~ ( y t, £Tf), Г ^ О ,— мартингал, то (замечание 2 к теореме 3.6)
М \ У і (а)Х {С: C t (а) < Г}] = М f Ух (а)Х{а: т (а) < Г)] =
М F{a: т(ш) <Г}М( Ут I ^х)] ~ М [^{а: т(а) < Г}^г]‘
Следовательно,
Тоо
М J ys dAs = J М {X щ<т]ут) dt =
оо
М м X{С: ct {a>)<T) dt — МутА7
Таким образом, (3.19) доказано.
§ 31 |
РАЗЛОЖ ЕНИЕ |
ДУБА - МЕЙЕРА ДЛЯ |
СУПЕРМАРТИНГАЛОВ |
73 |
|||||||
Поэтому, |
если |
(3.18) |
выполнено |
для |
любого |
Т > 0, |
то |
||||
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М J ysdAs — MijjAj-, откуда, |
переходя к пределу при 7 -* |
оо, |
|||||||||
о |
|
что процесс А = (Аи &~t) |
удовлетворяет |
равенству |
|||||||
получаем, |
|||||||||||
(3.17). |
|
|
|
|
|
|
Тогда, поскольку |
|
|
||
Обратно, пусть выполнено (3.19). |
|
|
|||||||||
|
ОО |
|
|
|
ОО |
|
00 |
|
|
||
|
М j |
ys dAs — ЬАА^у^, |
то. |
М j |
yadAa = |
М [ ys. d A s. |
|
||||
|
о |
|
|
|
|
о |
|
б |
|
|
|
Пусть |
теперь |
у] = |
ys_%{s<T] + |
УтТц>ту Процесс Y* — (y*s, ^ ) , |
|||||||
s ^ O , |
как |
нетрудно проверить*), |
является |
мартингалом |
(не |
||||||
прерывным |
справа, |
ограниченным), |
и равенство |
|
|
мI у ; < М , = М
оо
превращается в равенство (3.18), что и требовалось доказать. Сформулируем теперь аналог теоремы 2.13 (разложение Дуба), ограничившись сначала лишь неотрицательными супер
мартингалами, являющимися потенциалами.
Т е о р е м а 3.8 (разложение |
Дуба — Мейера). Пусть непре |
||||||
рывный справа |
потенциал П = |
(щ, @~t), |
0 ^ t < o o , |
принадле |
|||
жит классу D. |
Тогда существует интегрируемый возрастающий |
||||||
процесс А — (At, |
@~t)> |
такой, |
что |
|
|
||
^ = |
М ( т и ^ ) - Д „ |
|
0 |
(Р-п. н.). |
(3.20) |
||
В разложении |
(3.20) |
процесс |
At, |
0, моокет |
быть взят |
натуральным.
Разложение (3.20) с натуральным возрастающим процессом
единственно. |
Для |
каждого |
п = 0, |
1, ... |
последо |
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
||||||
вательность (яг.2-л, У^-гТ), |
і = |
О, Г, . . . , |
образует |
потенциал |
||
(с дискретным временем |
0, |
2~п, 2 -2 ~ п, ...) . |
Согласно след |
|||
ствию 1 теоремы 2.13 для |
каждого п |
|
|
|
||
к і.2~п = М[Аоо(п)\3-і'2- п } - А і,2-п(п), |
г = 0 , 1 , . . . , |
(3.200 |
*) Более общий результат такого характера содержится в лемме 3.3.
74 |
МАРТИНГАЛЫ (НЕПРЕРЫВНОЕ ВРЕМЯ) |
[ГЛ. 3 |
где величины Л/-2-л(я) являются ^ (._1) 2-я-измеримыми обра зуют возрастающий процесс и
Лоо (п) = Пт Л..2_л(я). |
(3.21) |
і->оо |
|
Предположим сейчас, что величины {Л0О(«), о = 0, 1, .. .} равномерно интегрируемы (ниже будет показано, что для этого необходимо и достаточно, чтобы потенциал я принадлежал классу D). Тогда, согласно тео-реме 1.7, можно найти такую последовательность целых чисел пь я2, . . . —> оо и интегрируе мую функцию Лм, что для всякой ограниченной случайной величины I
|
|
|
|
|
lim МЛ,* (я,) £=N14*1. |
|
|
|
(3.22) |
||||
|
|
|
|
|
t-> оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначим /Л; непрерывную справа модификацию М(Л00 \3?~t), |
|||||||||||||
существующую в силу следствия 2 теоремы 3.2. |
|
|
|||||||||||
Пусть |
r ^ s |
являются |
числами |
вида |
|
і-2 ~ п, і — 0, |
1, ... |
||||||
Тогда Лг (я) |
Л5 (я), что вместе |
с (3.20) дает |
|
|
|||||||||
|
|
М [Л , (я) \ Т Г\ - |
яг < |
М [А,, (я) I .Г8] - ns. |
|
(3.23) |
|||||||
Отсюда при |
я = |
я(-—>оо получаем, |
что |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
тг — nr ^ . m s — я5. |
|
|
|
(3.24) |
||||
Положим |
At = mt — nt. |
Эта |
функция |
Р-п. н. непрерывна |
|||||||||
справа, и поскольку |
согласно (3.24) |
она не убывает на двоично |
|||||||||||
рациональной последовательности, то At |
является |
возрастаю |
|||||||||||
щим |
процессом. |
|
(Р-п. н.), t->oо, |
|
|
mt = М (Л | |
t) -> |
||||||
Далее, |
я*->0 |
а |
|
||||||||||
-> М(Лте |£Г00) = |
Л00, |
t —> оо. |
Поэтому |
Р-п. н. lim Л* |
совпадает |
||||||||
с ранее введенной величиной Лте. |
|
|
|
t оо |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
Покажем |
теперь, |
что процесс |
Лг, ^ ^ 0 , |
|
является |
натураль |
|||||||
ным. |
Пусть |
Y = {уи |
|
0 ,— ограниченный неотрицатель |
|||||||||
ный |
мартингал, |
имеющий |
Р-п. |
н. |
пределы |
слева yt_ = \\m ys |
|||||||
в каждой |
точке |
t > |
0. |
|
|
|
|
|
|
|
s^t |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Поскольку процесс At, |
0, |
непрерывен |
справа, |
то по тео |
|||||||||
реме Лебега о мажорируемой сходимости |
(теорема |
1.4) |
|
||||||||||
|
|
оо |
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
I ysdAs = |
lim V |
М [г/Ь2-«(Л |
~ ' ~ |
— Л ,2-„)1. |
(3.25) |
||||||
|
|
J |
|
|
rt-»oo |
|
|
‘ ' |
|
|
|
§ 3] |
РАЗЛОЖЕНИЕ ДУБА — МЕЙЕРА ДЛЯ СУПЕРМАРТИНГАЛОВ |
75 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я’і.2-”' измеримы, |
поэтому |
|
|
|
|
|
||||||||
|
'~п(Аг +!)-2~п - Л |.2 - )] = |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
II |
|
2 |
|9і.г- "^ |
(А/ +1)-2 - |
|
•2~" 1 |
2_и)_ |
|
|
|||||
|
|
|
|
ОО |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
|
V |
М |9і •2“" ^ |
((/?г(і+1)>2~п — Я(і+1)-2-я) ~ |
|
|
||||||||
|
|
— |
і=0 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
— (jn ,.2_« |
я г,2- |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
2 -)] = |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
= І м |
\Уі-2- |
п М |
9—я — |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
(=0 |
|
|
' Я(і+І)- |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
' ^ ^ [ у і-2~п(А^ +\).2-п(П) |
А і2-п (л))]. |
(3.26) |
|||||||||
|
Заметим |
теперь, |
что А(.+^ 2- п&~1-2~п-измеримы, |
а |
значит, |
|||||||||||
|
М [уі-2~п/^{і+\)-2-'г(ПЦ= ^ |
[^(і+І)-2_п^(і +1)-2_/г]- |
(3.27) |
|||||||||||||
Из (3.25) — (3.27) |
находим, |
что |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
( ys_ dAs = lim М [Лю(я) уJ . |
|
(3.28) |
|||||||||
|
Согласно (3.22) |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Hm m |
A M y J - m |
A ^ y J . |
|
|
(3.29) |
||||||
|
|
|
|
|
П--> оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из |
сопоставления (3.28) и (3.29) заключаем, что |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М j |
ys- d A ^ M A ^ y ^ , |
|
|
|
(3.30) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
At, |
|
|
|
|
|
|
т. е. построенный процесс |
0, |
натуральный. |
|
|
||||||||||||
Предположим |
теперь, |
что есть |
еще одно |
разложение щ = |
||||||||||||
= М (В^ I &-t) — Bt |
с |
|
натуральным |
возрастающим |
процессом |
|||||||||||
(Bt, |
t^ O ) . |
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
И |
|
|
|
ПІ'2~П~ |
М {Вдд j |
|
В і 2~П |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М j |
ysdBs = M B 00y00, |
|
|
|
(3.31) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
Y — {уt, |
|
@~t), |
|
t ^ 0, — неотрицательный |
ограниченный |
||||||||||
мартингал |
с |
|
существующими пределами |
слева yt_ — l\mys. |
||||||||||||
Возьмем, |
в |
|
частности, |
некоторый |
ограниченный |
|
S ^ t |
|||||||||
|
мартинга |
76 МАРТИНГАЛЫ (НЕПРЕРЫВНОЕ ВРЕМЯ) [ГЛ. 3
(ß , 2-п , £Г |
г), |
/ = |
0,1, . . . . |
и образуем мартингал (с непрерыв |
||
ным временем) У = |
(//*, |
t), |
0, полагая yt = |
2- n, / • 2 |
||
< ( / + l ) ' 2 ~ ' \ |
Тогда из |
(3.31) вытекает, что |
|
|||
|
00 |
|
|
|
|
|
|
м 2 У(і-\).2 - п [ В і . 2 - п ~ В ( і - І).2- /г| = |
(3.32) |
||||
В теореме |
2.14 |
было |
показано, что из |
(3.32) вытекает |
/F. .-«-измеримость величии В[і+ху2-п. Поэтому, сравнивая два разложения:
П і-2~п = |
^ [ A J n ) I |
|
А іш2- п (fi), |
||
Я(.2-я = |
M [ß00(«)| ^,.2-я] — В ІЛ-„(П), |
||||
видим, что в силу единственности разложения Дуба |
|||||
Аіѣ2-п(п) = В 1ѣ2- п ( п ) , |
і = 0, |
1, |
. . . |
(Р-п. н.). |
|
Следовательно, |
Ах (п) = |
В00(п) |
и |
А00 = |
В0о (Р-п. н.). Но |
Щ = м [A^ Iff't) —At = М [ß^ \9~t] — Bt, откуда получаем: At= B t
(Р-п. н.) |
для всех / ^ 0 . |
|
доказательства |
надо еще |
устано |
||||
Для |
полного завершения |
||||||||
вить, что для |
равномерной |
интегрируемости |
последователь |
||||||
ности {А^іп), |
п — 0, 1, ...} |
необходимо и |
достаточно, |
чтобы |
|||||
потенциал я = |
(я*, /7Д), |
0, принадлежал классу О. |
|
||||||
Если семейство (Л^Дя), |
п = 0, |
1, |
. . .} равномерно интегри |
||||||
руемо, то, как |
было установлено, |
nt — М [Л ^ \SFt\ — At. Следо |
|||||||
вательно, ят < М [Лс)0\&"х]. |
|
т е ! ) |
равномерно |
интегрируемо |
|||||
Но семейство {М[Л00|^ ‘Т], |
(теорема 3.7), поэтому таким же свойством обладает и семей
ство {ят, т е |
Т}, |
т. |
е. потенциал |
я |
принадлежит классу D. |
|||||
Обратно, |
пусть |
л е й |
Тогда |
согласно |
разложению Дуба |
|||||
для каждого |
п — 0, |
1, ... |
Р-п. и. |
|
|
|
|
|
||
Пі.2~п“ |
М [ |
I |
i-2~n) |
^ і-2~п(rt)- |
(3.33) |
|||||
Поскольку Л(/+)).2-„(п) |
/УС.^„-измеримы, |
то |
для |
каждого |
||||||
К > 0 момент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ = |
inf Ь ' 2 : |
Л(г.+1^2_га(ц) > я} |
(3.34) |
|||||
(т„,я = °о, если множество |
{•} |
в (3.34) пусто) |
будет |
марков |
||||||
ским относительно семейства {/УС.2_„, |
/ = 0, |
1, |
...J. |
|
||||||
Ясно, что (со: |
Ао0(п)>К} — {со: т„іЯ<оо}, |
и в силу |
(3.33) |
л “ М К » ІЗД„, J - К ,, («) |
(Р-п. к.). (3.35) |