Ray-Knight 定理(Ray-Knight theorems)
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固定一條布朗路徑,把它的局部時 L_t^a 不看作時間 t 的函數,而看作「水平」a 的函數——剖面 a -> L_t^a 記錄路徑在每個高度附近所花的時間。Ray-Knight 定理給出驚人的陳述:這個隨機剖面,作為空間變數 a 的過程,本身是一個可辨認的擴散:一個平方貝索過程。它們把關於布朗局部時的問題,轉化為關於平方貝索過程的乾淨陳述。
兩個典型版本。第一 Ray-Knight:在 tau_1 = inf{ t : B_t = 1 }(首次擊中水平 1,B_0 = 0)停止。那麼局部時剖面 a -> L_(tau_1)^a,當 a 從 1 降到 0 時,是一個從 0 出發、維度 2 的平方貝索過程(BESQ(2));在 0 以下延續,對 a < 0 它是 BESQ(0)(在 0 處被吸收)。第二 Ray-Knight:在反局部時 tau_l = inf{ t : L_t^0 > l }(0 處局部時首次超過 l 時)停止。那麼 a -> L_(tau_l)^a,對 a >= 0,是一個從 l 出發的 BESQ(0),在擊中 0 時被吸收。維度 delta 的平方貝索過程解 dZ = delta dt + 2 sqrt(Z) dB,且是 delta 維布朗運動徑向部分的平方(對整數 delta);從 delta 維徑向運動到局部時剖面的變數變換,正是這些定理的內涵,可透過漂程理論或平方貝索律的可加性來證明。
重要性:Ray-Knight 定理是局部時與貝索過程之間的精確字典,且是艱難計算的引擎——總局部時的分布、局部時的上確界、以及與隨機樹的深刻連結(透過 布朗漂程 = 正規化 BESQ)、與連續隨機樹(CRT)、以及與高斯自由場的連結(Dynkin 同構,其中局部時的平方與高斯場的平方配對)。誠實的提醒:這些是關於「特定」停止規則(擊中某水平,或反局部時)的定理,而平方貝索過程的維度隨規則與區域而變(起點之上為 2,之下為 0);不附上確切停時與維度記帳就引用「局部時是平方貝索」是沒有意義的。它們需要強馬可夫性與前述已建立的局部時連續性。
讓布朗運動從 0 出發直到首次擊中 1。對 0 與 1 之間每個高度 a,畫出路徑在 a 附近所花的總時間。第一 Ray-Knight 定理說這張圖是一個 BESQ(2) 樣本——恰好是沿高度軸讀取的 2 維布朗運動長度的平方。
沿「水平」(而非時間)讀取的局部時是一個平方貝索過程——維度取決於停止規則與區域。
平方貝索的維度並非普適:它取決於確切的停時(擊中某水平 vs 反局部時)以及你在起點之上或之下;二者都要說明,否則定理是空的。