高等鞅論

Burkholder-Davis-Gundy 不等式(BDG inequalities)

/ Burkholder = BURK-holder; Gundy = GUN-dee /

Burkholder-Davis-Gundy(BDG)不等式指出:對鞅而言,移動最大值的大小與二次變差平方根的大小在每個 L^p 範數中可比:控制其一便控制另一,至多差一個只依賴 p 的普適常數。它們是鞅論的主動差不等式——把對二次變差 [M] 的界(往往可算,因它是平方增量的逐路徑和)轉換為對極大函數 sup |M| 的界、反之亦然的工具。它們支撐隨機積分的 L^p 理論與 SDE 解的動差估計。

陳述:對每個 p 屬於 (0, infinity),存在只依賴 p 的普適常數 c_p, C_p > 0,使得對每個 M_0 = 0 的 cadlag 局部鞅 M 與每個停時 T,c_p E[ [M]_T^{p/2} ] <= E[ (sup_{t <= T} |M_t|)^p ] <= C_p E[ [M]_T^{p/2} ]。換言之,極大函數的 p 次動差被夾在二次變差的 (p/2) 次動差的常數倍之間。連續鞅情形可用 [M] = <M>(兩者吻合),故不等式可以角括號表述。其驚人之處在於 p 的範圍:不同於需要 p > 1 的杜布極大不等式,BDG 對所有 p > 0 成立,包含杜布不等式失效的困難小 p(與 p = 1)區——這正是 Davis 那一半,p = 1 情形即 Davis 定理。

為何重要:在隨機積分中,[integral H dM]_t = integral H^2 d[M]_t,故 BDG 立即以 integral H^2 d[M] 的 L^{p/2} 範數界定隨機積分的 L^p 範數——這是證明積分連續性、H^p 鞅空間完備性、以及 SDE 存在唯一性與動差界(在 BDG 步驟後用 Gronwall)的主力估計。誠實之處:常數 c_p, C_p 雖普適但不為 1(這是雙邊比較而非恆等式——僅在 p = 2 時,當 M^2 - [M] 為鞅,才坍縮為精確恆等式 E[M_T^2] = E([M]_T));最佳常數在某些區間已知(Burkholder 的工作),對大 p 約如 sqrt(p) 增長;且 BDG 需要二次變差 [M],故它確實是關於鞅(或局部鞅)的陳述,而非任意過程。

對相對於布朗運動的隨機積分 X_t = integral_0^t H_s dB_s,有 [X]_t = integral_0^t H_s^2 ds,故 BDG 給出 E[ sup_{s <= t} |X_s|^p ] <= C_p E[ (integral_0^t H_s^2 ds)^{p/2} ]。這一個不等式正是 SDE 存在唯一性證明中 Gronwall 論證與其解動差估計的養料。

BDG 把對積分二次變差的界轉化為對整條移動最大值的界,且對每個 p > 0 皆然。

BDG 是帶普適常數的雙邊比較,而非恆等式;僅在 p = 2 時成為精確等式 E[M_T^2] = E([M]_T),且與杜布不等式不同,它關鍵地對所有 p > 0(含 p = 1,即 Davis 情形)成立。

又稱
BDG inequalitiesBDG inequalityBurkholder-Gundy inequalitiesBDG 不等式