布朗運動的強馬可夫性(strong Markov property of Brownian motion)
布朗運動 B_t 在每個「固定」時刻都是無記憶的:給定 B_t,未來的增量 B_(t+s) - B_t 是一個獨立於過去的全新布朗運動。深層的問題是:當這個時刻由過程本身選定——一個隨機停時 tau,例如 B 首次擊中水平 a 的時刻——這種重啟是否仍然成立。強馬可夫性給出肯定答案,而它正是布朗路徑幾乎所有精細結果背後唯一的引擎:反射原理、首達律、漂程理論(excursion theory)以及位勢理論,全都歸結為在巧妙選定的 tau 處重啟。
精確地說,設 tau 是相對於右連續、完備化的布朗濾過的停時,F_tau 為 tau 之前的 σ-代數。在 {tau < infinity} 上定義 tau 之後的過程 W_s = B_(tau+s) - B_tau。強馬可夫性說 W 是一個標準布朗運動,且獨立於 F_tau。證明用的是離散化論證:用取有限或可數多個值的停時 tau_n 從上方逼近 tau,此時一般(固定時刻)馬可夫性可直接套用;再讓 tau_n 遞減到 tau,並利用路徑的幾乎必然連續性取極限。樣本路徑的連續性正是讓極限乾淨的關鍵——這也是為何布朗運動這個具連續路徑的費勒過程自動具強馬可夫性。
重要性:固定時刻的馬可夫性確實較弱,且存在「不」具強馬可夫性的馬可夫過程,因此這是須被證得、而非假設的定理。對布朗運動而言,其回報極大。把 tau 之後的路徑反射(之所以合法,是因為它是一個全新的對稱布朗運動)便得到 P(max_(u<=t) B_u >= a) = 2 P(B_t >= a)。在擊中之後重啟,是離開零點之漂程的遞迴結構、以及過程在每次穿越水平時更新的基礎。沒有強形式,所有這些隨機時刻的論證都將失效。
設 tau = inf{ t : B_t = a },其中 a > 0。由強馬可夫性,W_s = B_(tau+s) - a 是一個獨立於 F_tau 的全新布朗運動。因為 W 對稱,在 tau 之後將其反射不改變聯合分布律——這一行正是把強馬可夫性轉化為反射原理的關鍵。
在隨機擊中時刻 tau 重啟,再利用對稱性,正是反射原理的核心。
固定時刻的馬可夫性本身並不能給出隨機時刻的版本;布朗運動是從其連續(費勒)路徑「賺得」強形式的,且所用的停時必須相對於右連續濾過。