Der Satz von Yamada-Watanabe ist ein Resultat aus der Stochastik über starke und schwache Lösungen von stochastischen Differentialgleichungen. Der Satz sagt, dass für eine große Klasse von SDEs die schwache Lösung und pfadweise Eindeutigkeit eine starke Lösung und Eindeutigkeit in Verteilung impliziert. Toshio Yamada und Shinzō Watanabe bewiesen 1971 den Satz zuerst für -dimensionale Itōsche Differentialgleichungen

wobei eine -dimensionale brownsche Bewegung, eine -Matrix und ein -dimensionaler Vektor ist.[1] Die Umkehrung des Satzes nennt man den dualen Satz von Yamada-Watanabe und dieser wurde von Hans-Jürgen Engelbert (1991[2]) und Alexander Cherny (2002[3]) gezeigt.

Jean Jacod verallgemeinerte 1980 das Resultat auf SDEs der Form

wobei ein Semimartingal ist und der Koeffizient vom Pfad der Lösung und des angetriebenen Prozesses abhängen kann.[4] Weitere Verallgemeinerungen des Satzes lieferten Engelbert (1991[2]) und Thomas G. Kurtz (2007[5]). Für SDEs in Banachräumen gibt es ein Resultat von Martin Ondrejat (2004[6]) sowie von Michael Röckner, Byron Schmuland und Xicheng Zhang (2008[7]) und Stefan Tappe (2013[8]).[9]

Satz von Yamada-Watanabe

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Sei   und   der Raum der stetigen Funktionen. Wir betrachten die  -dimensionale stochastische Differentialgleichung

 

wobei

  •   und   vorhersagbare Prozesse sind, das heißt sie sind linksstetig und für jedes   ist   eine  -messbare und   eine  -messbare Funktion (wobei   die borelsche σ-Algebra bezeichnet),
  •   eine  -dimensionale brownsche Bewegung ist,
  •   deterministisch ist.

Grundbegriffe

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Es gilt Eindeutigkeit in Verteilung (auch schwache Eindeutigkeit genannt), wenn für zwei beliebige Lösungen   und   mit ihren filtrierten Wahrscheinlichkeitsräumen   und   stets für ihre Verteilungen   gilt.

Es gilt pfadweise Eindeutigkeit (auch starke Eindeutigkeit genannt), falls für zwei Lösungen   und   auf demselben filtrierten Wahrscheinlichkeitsraum   auch    -fast sicher gilt, das heißt sie sind ununterscheidbar.

Es gelten die oben beschriebenen Rahmenbedingungen. Der Satz von Yamada-Watanabe lautet:

Angenommen, es gilt pfadweise Eindeutigkeit, dann
1) gilt Eindeutigkeit in Verteilung,
2) existiert für jede schwache Lösung eine starke Lösung.[3]

Jacod ergänzte die Aussage zusätzlich um

Falls eine schwache Lösung existiert und pfadweise Eindeutigkeit gilt, dann ist sie eine starke Lösung.[4]

Dualer Satz von Yamada-Watanabe

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Der Satz von Yamada-Watanabe ist folgende Implikation

Pfadweise Eindeutigkeit + Existenz einer schwachen Lösung   Eindeutigkeit in Verteilung + Existenz einer starken Lösung,

die Umkehrung

Eindeutigkeit in Verteilung + Existenz einer starken Lösung   Pfadweise Eindeutigkeit + Existenz einer schwachen Lösung.

stimmt auch und man nennt sie dualer Satz von Yamada-Watanabe.[3]

Einzelnachweise

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  1. Toshio Yamada und Shinzō Watanabe: On the uniqueness of solutions of stochastic differential equations. In: J. Math. Kyoto Univ. Band 11, Nr. 1, 1971, S. 155 - 167, doi:10.1215/kjm/1250523691.
  2. a b Hans-Jürgen Engelbert: On the theorem of T. Yamada and S. Watanabe. In: Stochastics and Stochastic Reports. Band 36, Nr. 3-4, 1991, S. 205–216, doi:10.1080/17442509108833718.
  3. a b c Alexander S. Cherny: On the Uniqueness in Law and the Pathwise Uniqueness for Stochastic Differential Equations. In: Theory of Probability & Its Applications. Band 46, Nr. 3, 2002, S. 406–419, doi:10.1137/S0040585X97979093.
  4. a b Jean Jacod: Weak and Strong Solutions of Stochastic Differential Equations. In: Stochastics. Band 3, 1980, S. 171–191, doi:10.1080/17442508008833143.
  5. Thomas G. Kurtz: The Yamada-Watanabe-Engelbert theorem for general stochastic equations and inequalities. In: Electron. J. Probab. Band 12, 2007, S. 951 - 965, doi:10.1214/EJP.v12-431.
  6. Martin Ondreját: Uniqueness for stochastic evolution equations in Banach spaces. In: Dissertationes Math. (Rozprawy Mat.). Band 426, 2004, S. 1–63.
  7. Michael Röckner, Byron Schmuland und Xicheng Zhang: Yamada–Watanabe theorem for stochastic evolution equations in infinite dimensions. In: Condensed Matter Physics. Band 11, Nr. 2, 2008, S. 247–259.
  8. Stefan Tappe: The Yamada–Watanabe theorem for mild solutions to stochastic partial differential equations. In: Electronic Communications in Probability. Band 18, Nr. 24, 2013, S. 1–13.
  9. Mátyás Barczy, Zenghu Li und Gyula Pap: Yamada-Watanabe Results for Stochastic Differential Equations with Jumps. In: International Journal of Stochastic Analysis. Band 2015, 2015, S. 1–23.