弱解(weak solution)
dX = b(X) dt + sigma(X) dB 的弱解放寬了強解的要求:你不必使用別人交給你的布朗運動,而被允許同時建構機率空間、濾過、布朗運動 B 與過程 X,使得 (X, B) 滿足該 SDE。你不需把 X 做成預先給定的 B 的函數。它回答的問題是:當不存在逐路徑定義的解時,我們仍能否建出具正確擴散動態的過程?答案常是肯定的,而弱解往往就足夠了,因為許多問題只依賴 X 的分布。
形式上,弱解是一個四元組 (Omega, F, P, (F_t)) 連同其上的適應過程 (X_t, B_t),其中 B 是 (F_t)-布朗運動,且 X 幾乎必然滿足該積分方程。關鍵的放寬在於:同一 SDE 可在不同空間上有弱解,被固定的只是 X 的分布(其有限維分布/其在路徑空間上的分布)。弱存在可在遠比強存在溫和的假設下證得——例如用鞅問題方法(斯特魯克-瓦拉丹):以 X_0 = x 起始的連續過程 X 是弱解,當且僅當對所有光滑測試函數 f,f(X_t) - f(X_0) - integral_0^t L f(X_s) ds 是鞅,其中 L 是擴散生成元。也可用吉爾薩諾夫定理(以變測度改變漂移)或斯科羅霍德存在定理(僅需係數連續有界的緊性/極限論證)來建構弱解。
每當你只關心分布時,弱解就是恰當的對象:計算 E[g(X_T)]、為衍生品定價、把擴散刻畫為馬可夫過程。對應的唯一性概念是分布唯一性(任兩個弱解有相同分布),它弱於逐路徑唯一性。誠實的重點——由雅馬達-渡邊定理精確化——是:弱存在加逐路徑唯一性合起來迫使強解存在;但僅有弱存在則不然,存在有弱解且分布唯一卻完全沒有強解的 SDE(又是田中方程)。
田中方程 dX_t = sign(X_t) dB_t 有弱解:取任一布朗運動 W_t 並令 X = W;則 beta_t = integral_0^t sign(W_s) dW_s 自身是布朗運動(李維刻畫),且 (W, beta) 解此 SDE。其分布唯一(即布朗的),但因 B 無法由 X 復原,故不存在強解。
田中方程:具弱解與分布唯一性卻無強解的典型 SDE。
弱解只固定分布,而非給定雜訊的逐路徑函數;其唯一性是分布唯一性,而非逐路徑唯一性。弱解的存在本身並不給出強解。