二次共變差(quadratic covariation [M, N])
當兩個鞅(或半鞅)M 與 N 一同演化時,二次共變差 [M, N] 衡量它們的增量如何協同移動——是單一過程 [M] 的交叉變差對應。它告訴你兩個隨機積分子是否相關,驅動多維伊藤公式與伊藤乘積規則中的交叉項,並對布朗運動化約為熟悉的瞬時相關。它是那個使鞅空間具有類內積結構的雙線性括號。
以極化或直接定義:[M, N]_t 是當 [0,t] 分割網目趨於 0 時,sum (M_{t_{i+1}} - M_{t_i})(N_{t_{i+1}} - N_{t_i}) 的依機率極限;等價地 [M, N] = (1/4)([M+N] - [M-N])。它雙線性且對稱,[M, M] = [M],並滿足分部積分/乘積規則 M_t N_t = M_0 N_0 + integral M_{s-} dN_s + integral N_{s-} dM_s + [M, N]_t,這正是伊藤乘積規則——括號就是超出那兩個看似普通的積分之外的額外項。其跳躍為 Delta[M, N]_t = (Delta M_t)(Delta N_t),故對連續過程 [M, N] 連續。可料對應 <M, N>(可料共變差,由杜布-邁耶套用於交叉項)是 [M, N] 的可料補償子,並在兩過程皆連續時與之重合。
為何重要:在多維伊藤公式 d f(X) = sum partial_i f dX^i + (1/2) sum partial_{ij} f d[X^i, X^j] 中,二階項完全由共變差矩陣 [X^i, X^j] 支配,因此共變差就是擴散的局部共變數結構。對獨立布朗運動 [B^i, B^j]_t = delta_{ij} t(非對角為零),即 dB^i dB^j = delta_{ij} dt 的嚴格內容。Kunita-Watanabe 不等式界定對共變差的積分。誠實的微妙之處與單過程情形相仿:[M, N] 是可選/逐路徑的物件,存在跳躍時未必等於可料的 <M, N>;且兩個鞅可在 [M, N] = 0 的意義下不相關(此時稱為正交)而不獨立——正交是共變差的陳述,不是獨立性的陳述。
設 B 與 W 為相關係數 rho 的兩個相關布朗運動,使得 W_t = rho B_t + sqrt(1 - rho^2) B'_t(B' 為獨立布朗運動)。則 [B, W]_t = rho t:共變差直接讀出相關係數,並隨時間線性增長,是 dB dW = rho dt 的嚴格版本。
[B, W]_t = rho t 編碼了兩個布朗驅動之間的瞬時相關。
共變差為零 [M, N] = 0 意味兩個鞅正交,這弱於獨立性;正交的鞅仍可能以更高階或非二次的方式相依。