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带奇异系数的McKean-Vlasov随机微分方程解的存在性

2021-11-07李钰静

关键词:抛物扩散系数正则

李钰静,马 丽,2*

(1.海南师范大学 数学与统计学院,海南 海口 571158;2.海南师范大学 海南省数学研究中心,海南 海口 571158)

设(Ω,F,P)是完备概率空间,(Ft)t≥0是其上满足通常条件的适应流。P(Rd)是可测空间(Rd,B(Rd))上所有概率测度组成的集合,且赋予弱收敛拓扑。考虑Rd上分布依赖的随机微分方程(也称作McKean-Vlasov随机微分方程):

McKean-Vlasov 随机微分方程是系数依赖于分布的随机微分方程,也被称为分布依赖的随机微分方程或者平均场随机微分方程。该模型首先由Vlasov在文献[1]中提出,对于粒子间存在“弱相互作用”的多粒子系统,粒子间的相互作用可以有效地用平均场来刻画。文献[2]提出了用McKean-Vlasov 随机微分方程来刻画Boltzmann方程。文献[3]得到McKean-Vlasov随机微分方程解的分布刚好是一类Fokker-Planck偏微分方程的广义解。文献[4]通过非线性Fokker-Planck 方程广义解的唯一性得到相应的McKean-Vlasov 随机微分方程弱解的唯一性。反之,通过研究McKean-Vlasov随机微分方程解的性质可以研究Fokker-Planck偏微分方程的广义解。本文将研究McKean-Vlasov随机微分方程(1)弱解的存在性。

关于McKean-Vlasov 随机微分方程解的存在唯一性,目前的文献基本上是在扩散系数σσT满足一致椭圆(即非退化)条件下研究的。文献[3]在扩散系数一致非退化、有界、Hölder 连续、飘移系数可积的条件下,利用Zvonkin变换,通过偏微分方程解的正则性得到了强解和弱解的存在性,再由逐轨道唯一性得到强解和弱解唯一性。文献[5]考虑了有共同噪声的分布依赖的随机微分方程,在系数有界连续和初值p阶矩存在的条件下得到了弱解的存在唯一性。文献[6]研究了由α平稳过程驱动的随机微分方程,当漂移系数有界可测且关于测度利普希茨连续、关于第一个分量Hölder连续时,得到了弱解的唯一性,再由逐轨道唯一性得到了强解的存在唯一性。当系数不依赖于分布时,文献[7]在随机微分方程的扩散系数一致椭圆和Hölder连续的条件下,利用Zvonkin变换方法,通过偏微分方程解的存在唯一性及最大正则估计,得到随机微分方程解的存在性,再由逐轨道唯一性得到解唯一性。

当扩散系数σσT不满足一致椭圆条件时,目前没有文献研究方程(1)解的存在唯一性。当扩散系数和漂移系数不依赖于分布时,文献[8]给出在非一致椭圆条件下,偏微分方程利普希茨弱解的某些正则性仍成立,然后由Prokhorov定理和Skorokhod表示定理得到弱解的存在性。

因此,本文考虑一般情况下偏微分方程解的正则性从而得到McKean-Vlasov随机微分方程解的存在性。本文对系数的要求如下:

(H1)扩散系数退化对每个t,x,μ→σ(t,x,μ)是弱连续的,对所有t≥0,x,y∈Rd,μ∈P(Rd),存在c0≥1,γ∈(0,1]使得

其中||⋅||HS表示矩阵希尔伯特-史密特范数。

漂移系数b满足以下两个条件之一。

(H2)对每个(t,x,μ) →b(t,x,μ)是弱连续,对一些(p,q) ∈J1,κ0> 0,

由文献[3]知(H3)可以推出(H2)。

下面给出本文的主要结果。

本文内容安排如下:第1节介绍符号和引理;第2节介绍二阶抛物方程解的正则性;第3节给出定理1的证明。本文推广了文献[3]和[7]的结果。

1 符号和定义

则称随机过程X满足Krylov估计的X的集合。

2 二阶抛物方程在(T)空间中解的正则估计

考虑R+×Rd上的二阶抛物偏微分方程

定义

由式(11)两边同时乘上ζz(x)可得

由ηz(s)的定义和(Ha)条件知ηz(s) ≥ε> 0,并由文献[12]定理13.3.10得对任意α∈[0,2),存在常数C=C(α,d,p,c,T,λ) > 0,使得对所有z∈Rd,

因此,由文献[11]引理4.1和文献[12]推论13.3.11得,对任意α∈[0,2),存在常数N> 0,有

证明的方法与文献[7]定理3.1的类似,详见附录。

3 主要结果及其证明

在证明定理1之前,需要以下引理。

由链式法则易得

然后由文献[14]引理2.7和式(32)得式(27)。

下面给出定理1的证明。

4 附录

当q

证毕。

定理2.2证明 由标准连续方法[17]知,只需证明先验估计式(25)即可。下面将分为三步进行证明。

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