مساحة فيينا الكلاسيكية

نوربرت وينر

في الرياضيات ، يُعرف فضاء وينر الكلاسيكي بأنه مجموعة جميع الدوال المتصلة على مجال معين (عادةً ما يكون فترة جزئية من خط الأعداد الحقيقية )، والتي تأخذ قيمًا في فضاء متري (عادةً ما يكون فضاءً إقليديًا ذا أبعاد n ). يُعد فضاء وينر الكلاسيكي مفيدًا في دراسة العمليات العشوائية التي تكون مسارات عيناتِها دوالًا متصلة. وقد سُمي هذا الفضاء نسبةً إلى عالم الرياضيات الأمريكي نوربرت وينر .

تعريف

يعتبرهـRن{\displaystyle E\subseteq \mathbb {R} ^{n}}وفضاء متري(م،د){\displaystyle (M,d)}فضاء وينر الكلاسيكيج(هـ،م){\displaystyle C(E,M)}هو فضاء جميع الدوال المتصلةو:هـم.{\displaystyle f:E\to M.}أي لكل ثابتتهـ،{\displaystyle t\in E,}

د(و(s)،و(ت))0{\displaystyle d(f(s),f(t))\to 0}مثل|s-ت|0.{\displaystyle |st|\to 0.}

في جميع التطبيقات تقريبًا، يأخذ المرءهـ=[0،تي]{\displaystyle E=[0,T]}أوهـ=R+=[0،+){\displaystyle E=\mathbb {R} _{+}=[0,+\infty )}وم=Rن{\displaystyle M=\mathbb {R} ^{n}}بالنسبة للبعضنشمال.{\displaystyle n\in \mathbb {N} .}للاختصار، اكتبج{\displaystyle C}لج([0،تي])؛{\displaystyle C([0,T]);}هذا فضاء متجهي . اكتبج0{\displaystyle C_{0}}للفضاء الخطي الجزئي الذي يتكون فقط من تلك الدوال التي تأخذ القيمة صفر عند الحد الأدنى للمجموعةهـ.{\displaystyle E.}يشير العديد من المؤلفين إلىج0{\displaystyle C_{0}}باعتبارها "مساحة فيينا الكلاسيكية".

خصائص فضاء وينر الكلاسيكي

طوبولوجيا منتظمة

الفضاء المتجهيج{\displaystyle C}يمكن تجهيزها بالمعيار الموحد

و:=رشفةت[0،تي]|و(ت)|{\displaystyle \|f\|:=\sup _{t\in [0,\,T]}|f(t)|}

تحويله إلى فضاء متجهي معياري (في الواقع فضاء باناخ لأن[0،تي]{\displaystyle [0,T]}(مضغوط). هذا المعيار يُنشئ مقياسًا علىج{\displaystyle C}بالطريقة المعتادة:د(و،ز):=و-ز{\displaystyle d(f,g):=\|fg\|}إن الطوبولوجيا المولدة بواسطة المجموعات المفتوحة في هذا المقياس هي طوبولوجيا التقارب المنتظم على[0،تي]،{\displaystyle [0,T],}أو الطوبولوجيا الموحدة .

التفكير في المجال[0،تي]{\displaystyle [0,T]}باعتباره "وقتًا" ونطاقًاRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}باعتبارها "مساحة"، فإن النظرة البديهية للطوبولوجيا المنتظمة هي أن دالتين تكونان "متقاربتين" إذا استطعنا "تحريك المساحة قليلاً" والحصول على الرسم البياني لـو{\displaystyle f}أن تقع فوق الرسم البياني لـز{\displaystyle g}، مع إبقاء الزمن ثابتًا. قارن هذا بطوبولوجيا سكوروهود ، التي تسمح لنا "بالتلاعب" بكل من المكان والزمان.

إذا نظرنا إلى المجال الأكثر عموميةR+{\displaystyle \mathbb {R} _{+}}مع

و:=رشفةت0|و(ت)|،{\displaystyle \|f\|:=\sup _{t\geq 0}|f(t)|,}

عندئذٍ، لم يعد فضاء وينر فضاءً باناخياً، ولكن يمكن تحويله إلى واحد إذا تم تعريف فضاء وينر في ظل القيد الإضافي.

ليمss-1|و(s)|=0.{\displaystyle \lim \limits _{s\to \infty }s^{-1}|f(s)|=0.}

قابلية الفصل والاكتمال

فيما يتعلق بالمقياس الموحد،ج{\displaystyle C}هو فضاء قابل للفصل وفضاء كامل في آن واحد :

  • إن قابلية الفصل هي نتيجة لنظرية ستون-ويرستراس ؛
  • إن الاكتمال هو نتيجة لحقيقة أن النهاية المنتظمة لتسلسل من الدوال المتصلة هي نفسها متصلة.

بما أنه قابل للفصل وكامل في آن واحد،ج{\displaystyle C}هو فضاء بولندي .

الضيق في فضاء فينر الكلاسيكي

تذكر أن معامل الاستمرارية لدالة ماو:[0،تي]Rن{\displaystyle f:[0,T]\to \mathbb {R} ^{n}}يتم تعريفها بواسطة

ωو(دلتا):=رشفة{|و(s)-و(ت)|:s،ت[0،تي]،|s-ت|دلتا}.{\displaystyle \omega _{f}(\delta ):=\sup \left\{|f(s)-f(t)|:s,t\in [0,T],\,|st|\leq \delta \right\}.}

هذا التعريف منطقي حتى لوو{\displaystyle f}ليست متصلة، ويمكن إثبات ذلك.و{\displaystyle f}تكون الدالة متصلة إذا وفقط إذا كان معامل اتصالها يؤول إلى الصفر عندمادلتا0:{\displaystyle \delta \to 0:}

وجωو(دلتا)0 مثل دلتا0{\displaystyle f\in C\iff \omega _{f}(\delta )\to 0{\text{ as }}\delta \to 0}.

بتطبيق نظرية أرزيلا-أسكولي ، يمكن إثبات أن متتالية(μن)ن=1{\displaystyle (\mu _{n})_{n=1}^{\infty }}مقاييس الاحتمالية على فضاء وينر الكلاسيكيج{\displaystyle C}تكون الحالة ضيقة إذا وفقط إذا تحققت الشروط التالية:

ليمأليم سوبنμن{وج:|و(0)|أ}=0،{\displaystyle \lim _{a\to \infty }\limsup _{n\to \infty }\mu _{n}\{f\in C:|f(0)|\geq a\}=0,}و
ليمدلتا0ليم سوبنμن{وج:ωو(دلتا)ε}=0{\displaystyle \lim _{\delta \to 0}\limsup _{n\to \infty}\mu _{n}\{f\in C:\omega _{f}(\delta )\geq \varepsilon \}=0}للجميعε>0.{\displaystyle \varepsilon >0.}

مقياس فيينا الكلاسيكي

يوجد مقياس "قياسي" بشأنج0،{\displaystyle C_{0},}يُعرف باسم مقياس وينر الكلاسيكي (أو ببساطة مقياس وينر ). يحتوي مقياس وينر على (على الأقل) وصفين متكافئين:

إذا عرّفنا الحركة البراونية بأنها عملية ماركوف عشوائيةب:[0،تي]×ΩRن،{\displaystyle B:[0,T]\times \Omega \to \mathbb {R} ^{n},}بدءاً من نقطة الأصل، مع مسارات متصلة بشكل شبه مؤكد وزيادات مستقلة

بت-بsشمالoرمأل(0،|ت-s|)،{\displaystyle B_{t}-B_{s}\sim \,\mathrm {Normal} \left(0,|ts|\right),}

ثم مقياس فيينا الكلاسيكيγ{\displaystyle \gamma }هو قانون العمليةب.{\displaystyle B.}

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام بناء فضاء وينر المجرد ، والذي يكون فيه مقياس وينر الكلاسيكيγ{\displaystyle \gamma }هو تحويل مقياس مجموعة أسطوانات غاوسية المتعارف عليه إلى مقياس رادوني على فضاء كاميرون-مارتن هيلبرت المقابل لـج0.{\displaystyle C_{0}.}

مقياس وينر الكلاسيكي هو مقياس غاوسي : على وجه الخصوص، هو مقياس احتمالية موجب تمامًا .

بالنظر إلى مقياس وينر الكلاسيكيγ{\displaystyle \gamma }علىج0،{\displaystyle C_{0},}مقياس المنتجγن×γ{\displaystyle \gamma ^{n}\times \gamma }هو مقياس احتمالي علىج{\displaystyle C}، أينγن{\displaystyle \gamma ^{n}}يرمز إلى المقياس الغاوسي القياسي علىRن.{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}.}

خرائط إحداثيات مقياس وينر

بالنسبة للعملية العشوائية{Xت،ت[0،تي]}:(Ω،F،P)(م،ب){\displaystyle \{X_{t},t\in [0,T]\}:(\Omega ,{\mathcal {F}},P)\to (M,{\mathcal {B}})}ومساحة الدالةمهـ{هـم}{\displaystyle M^{E}\equiv \{E\to M\}}من جميع الوظائف منهـ{\displaystyle E}لم{\displaystyle M}ينظر المرء إلى الخريطةφ:Ωمهـ{\displaystyle \varphi :\Omega \to M^{E}} . يمكن بعد ذلك تحديد خرائط الإحداثيات أو النسخ المتعارف عليهاYت:مهـم{\displaystyle Y_{t}:M^{E}\to M}محدد بواسطةYت(ω)=ω(ت){\displaystyle Y_{t}(\omega )=\omega (t)}. ال{Yت،تهـ}{\displaystyle \{Y_{t},t\in E\}}تشكيل عملية أخرى. لـم=R{\displaystyle M=\mathbb {R} }وهـ=R+{\displaystyle E=\mathbb {R} _{+}}إذن ، يُعد مقياس وينر هو المقياس الفريد علىج0(R+،R){\displaystyle C_{0}(\mathbb {R} _{+},\mathbb {R} )}بحيث تكون عملية الإحداثيات حركة براونية. [ 1 ]

الفضاءات الجزئية لفضاء وينر

يتركحج0([0،R]){\displaystyle H\subset C_{0}([0,R])}ليكن فضاء هيلبرت مضمنًا بشكل مستمر ، وليكنγ{\displaystyle \gamma }فليكن مقياس وينر إذنγ(ح)=0{\displaystyle \gamma (H)=0}وقد أثبت ذلك سموليانوف وأوغلانوف عام 1973، وفي العام نفسه أثبته غيركين بشكل مستقل. [ 2 ] [ 3 ] ومع ذلك، يوجد فضاء هيلبرتحج0([0،R]){\displaystyle H\subset C_{0}([0,R])}بطوبولوجيا أضعف بحيثγ(ح)=1{\displaystyle \gamma (H)=1}وقد أثبت ذلك أوغلانوف في عام 1993. [ 4 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ ريفوز، دانيال. يور مارك (1999). مارتينجال المستمر والحركة البراونية . Grundlehren der mathematischen Wissenschaften. المجلد.  293. سبرينغر. ص 33 – 37. 
  2. سموليانوف، أوليغ ج.؛ أوغلانوف، أليكسي ف. (1973). "كل فضاء جزئي هيلبرت من فضاء وينر له قياس صفري". ملاحظات رياضية . 14 (3): 772-774 . doi : 10.1007/BF01147453 .
  3. جيركين، مالغورزاتا (1973). "بنية غير هيلبرتية لمقياس وينر". كولوق. ماث . 28 : 145-146 . doi : 10.4064/cm-28-1-145-146 .
  4. أوغلانوف، أليكسي ف. (1992). "حوامل هيلبرت لقياس وينر". ملاحظات رياضية . 51 (6): 589-592 . doi : 10.1007/BF01263304 .