李普希茨條件下的存在唯一性定理(existence-and-uniqueness theorem under Lipschitz conditions)
這是 SDE 的基礎適定性定理:它給出對係數 b 與 sigma 乾淨可驗的條件,在此之下方程 dX = b(X) dt + sigma(X) dB 對每個初始條件都有唯一強解。它是 ODE 中皮卡德-林德洛夫定理的隨機對應物,也是你每次寫下新 SDE 想知道它確實定義了一個過程時首先援引的結果。
假設是全局李普希茨條件與線性增長條件。李普希茨:存在常數 K 使對所有 x, y 有 |b(x) - b(y)| + |sigma(x) - sigma(y)| <= K |x - y|。線性增長:|b(x)| + |sigma(x)| <= K(1 + |x|)。在此之下(並有平方可積、獨立的初始條件),存在唯一的連續適應過程 X_t 解該積分方程,它是強解,且有有限動差:E[sup_{s <= T} |X_s|^2] < infinity。證明是隨機情形的皮卡德迭代:令 X^(n+1)_t = X_0 + integral_0^t b(X^(n)_s) ds + integral_0^t sigma(X^(n)_s) dB_s,用柯西-施瓦茲界估漂移項、用伊藤等距 E[(integral sigma dB)^2] = E[integral sigma^2 ds] 估擴散項,得連續迭代間的 L^2 距離,再用格朗沃不等式得到壓縮;極限解此 SDE,唯一性由同一估計得出。線性增長正是防止解在有限時間內爆炸到無窮(無爆炸)的條件。
為何重要與條件在何處起作用:全局李普希茨買到存在與逐路徑唯一性(因而由雅馬達-渡邊得唯一強解),線性增長買到無爆炸與有限動差。誠實的提醒是真實的。去掉李普希茨可能失去唯一性(確定性的 dx/dt = sqrt(|x|) 且 x_0 = 0 已有許多解)。去掉線性增長解可能在有限時間爆炸(dX = X^2 dt 爆炸)。許多重要 SDE——幾何布朗運動(全局李普希茨,沒問題),但 CIR/貝索(平方根擴散,僅局部赫爾德)或具超線性漂移的 SDE——落在定理確切假設之外,需要更精細的工具:局部李普希茨加李雅普諾夫函數證無爆炸,或雅馬達-渡邊平方根條件證逐路徑唯一性。
幾何布朗運動 dX = mu X dt + sigma X dB 有 b(x) = mu x 與 sigma(x) = sigma x,兩者皆以常數 max(|mu|, |sigma|) 全局李普希茨且線性增長,故定理直接適用,給出所有動差有限的唯一強解。相對地,dX = X^2 dt 違反線性增長,其解在有限時間內爆炸。
李普希茨給出唯一性,線性增長防止爆炸——去掉任一個都會破壞結論。
線性增長並非可有可無:沒有它解可能在有限時間爆炸(dX = X^2 dt)。而此處的李普希茨是全局的;僅局部李普希茨需額外的無爆炸(李雅普諾夫)論證才能把解延拓到所有時間。