Branching brownian motion with an inhomogeneous breeding potential
Annales de l'I.H.P. Probabilités et statistiques, Tome 45 (2009) no. 3, pp. 793-801.

Cet article concerne un mouvement brownien branchant (BBM) en deux particules avec un taux β|y|p pour une particule située en y∈ℝ, avec une constante β>0. Il est connu que pour p>2, le nombre de particules explose presque sûrement en temps fini, alors que pour p=2 le nombre de particules explose en moyenne en temps fini bien qu'il reste fini presque sûrement à tout moment. Nous définissons la particule la plus à droite Rt comme le supremum des positions spatiales des particules vivant à l'instant t et étudions les asymptotiques de Rt quand t tend vers l'infini. Dans le cas d'une reproduction à taux constant β, l'asymptotique linéaire de Rt est bien connue. Ici, nous trouvons des résultats asymptotiques pour Rt dans le cas où p∈(0, 2]. Contrastant avec les asymptotiques linéaires du BBM standard, nous trouvons des asymptotiques polynomiales de degré arbitrairement grand quand p croit vers 2, et une limite non triviale pour lnRt quand p=2. Nos preuves s'appuient sur certaines martingales positives et des changements de mesures.

This article concerns branching brownian motion (BBM) with dyadic branching at rate β|y|p for a particle with spatial position y∈ℝ, where β>0. It is known that for p>2 the number of particles blows up almost surely in finite time, while for p=2 the expected number of particles alive blows up in finite time, although the number of particles alive remains finite almost surely, for all time. We define the right-most particle, Rt, to be the supremum of the spatial positions of the particles alive at time t and study the asymptotics of Rt as t→∞. In the case of constant breeding at rate β the linear asymptotic for Rt is long established. Here, we find asymptotic results for Rt in the case p∈(0, 2]. In contrast to the linear asymptotic in standard BBM we find polynomial asymptotics of arbitrarily high order as p↑2, and a non-trivial limit for lnRt when p=2. Our proofs rest on the analysis of certain additive martingales, and related spine changes of measure.

DOI : 10.1214/08-AIHP300
Classification : 60J80
Mots-clés : branching brownian motion, additive martingales, spine constructions
@article{AIHPB_2009__45_3_793_0,
     author = {Harris, J. W. and Harris, S. C.},
     title = {Branching brownian motion with an inhomogeneous breeding potential},
     journal = {Annales de l'I.H.P. Probabilit\'es et statistiques},
     pages = {793--801},
     publisher = {Gauthier-Villars},
     volume = {45},
     number = {3},
     year = {2009},
     doi = {10.1214/08-AIHP300},
     mrnumber = {2548504},
     zbl = {1183.60029},
     language = {en},
     url = {http://www.numdam.org/articles/10.1214/08-AIHP300/}
}
TY  - JOUR
AU  - Harris, J. W.
AU  - Harris, S. C.
TI  - Branching brownian motion with an inhomogeneous breeding potential
JO  - Annales de l'I.H.P. Probabilités et statistiques
PY  - 2009
SP  - 793
EP  - 801
VL  - 45
IS  - 3
PB  - Gauthier-Villars
UR  - http://www.numdam.org/articles/10.1214/08-AIHP300/
DO  - 10.1214/08-AIHP300
LA  - en
ID  - AIHPB_2009__45_3_793_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Harris, J. W.
%A Harris, S. C.
%T Branching brownian motion with an inhomogeneous breeding potential
%J Annales de l'I.H.P. Probabilités et statistiques
%D 2009
%P 793-801
%V 45
%N 3
%I Gauthier-Villars
%U http://www.numdam.org/articles/10.1214/08-AIHP300/
%R 10.1214/08-AIHP300
%G en
%F AIHPB_2009__45_3_793_0
Harris, J. W.; Harris, S. C. Branching brownian motion with an inhomogeneous breeding potential. Annales de l'I.H.P. Probabilités et statistiques, Tome 45 (2009) no. 3, pp. 793-801. doi : 10.1214/08-AIHP300. http://www.numdam.org/articles/10.1214/08-AIHP300/

[1] K. B. Athreya. Change of measures for Markov chains and the LlogL theorem for branching processes. Bernoulli 6 (2000) 323-338. | MR | Zbl

[2] M. D. Bramson. Maximal displacement of branching Brownian motion. Comm. Pure Appl. Math. 31 (1978) 531-581. | MR | Zbl

[3] M. D. Bramson. Convergence of solutions of the Kolmogorov equation to travelling waves. Mem. Amer. Math. Soc. 44 285 (1983) iv+190. | MR | Zbl

[4] B. Chauvin and A. Rouault. KPP equation and supercritical branching Brownian motion in the subcritical speed area. Application to spatial trees. Probab. Theory Related Fields 80 (1988) 299-314. | MR | Zbl

[5] R. Durrett. Probability: Theory and Examples. Duxbury Press, Belmont, CA, 1996. | MR | Zbl

[6] J. Engländer and A. E. Kyprianou. Local extinction versus local exponential growth for spatial branching processes. Ann. Probab. 32 (2004) 78-99. | MR | Zbl

[7] R. Hardy and S. C. Harris. A spine approach to branching diffusions with applications to Lp-convergence of martingales. In Séminaire de Probabilités XLII, 2009. To appear. | Zbl

[8] K. Itô and H. P. Mckean. Diffusion Processes and Their Sample Paths. Die Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften 125. Academic Press, New York, 1965. | MR | Zbl

[9] T. Kurtz, R. Lyons, R. Pemantle and Y. Peres. A conceptual proof of the Kesten-Stigum theorem for multi-type branching processes. In Classical and Modern Branching Processes (Minneapolis, MN, 1994) 181-185. K. B. Athreya and P. Jagers (Eds). IMA Vol. Math. Appl. 84. Springer, New York, 1997. | MR | Zbl

[10] A. E. Kyprianou. Travelling wave solutions to the K-P-P equation: Alternatives to Simon Harris' probabilistic analysis. Ann. Inst. H. Poincaré Probab. Statist. 40 (2004) 53-72. | Numdam | MR | Zbl

[11] R. Lyons. A simple path to Biggins' martingale convergence for branching random walk. In Classical and Modern Branching Processes (Minneapolis, MN, 1994) 217-221. K. B. Athreya and P. Jagers (Eds). IMA Vol. Math. Appl. 84. Springer, New York, 1997. | MR | Zbl

[12] R. Lyons, R. Pemantle and Y. Peres. Conceptual proofs of LlogL criteria for mean behavior of branching processes. Ann. Probab. 23 (1995) 1125-1138. | MR | Zbl

Cité par Sources :