1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Phuong-Trinh-Vi-Phan-Bien-Ngau-Nhien_Duong-Minh-Duc_4.Ptvp-Cong-Thuc-Tho - [Cuuduongthancong.com].Pdf

14 0 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Nội dung

phương trình vi phân biến ngẩu nhiên,dương minh đức,dhkhtnhcm CÔNG THỨC ITÔ Định nghĩa Cho {W(t)} là một tiến trình Wiener trong một không gian xác suất (Ω, A, P), F ∈ «1(0,T), G ∈ «2(0,T) và {X(t)} l[.]

CHƯƠNG BỐN CÔNG THỨC ITÔ Định nghĩa Cho {W(t)} tiến trình Wiener khơng gian xác suất (Ω, A, P), F ∈ «1(0,T), G ∈ «2(0,T) {X(t)} tiến trình ngẫu nhiên cho r r s s X (r ) = X (s) + ∫ Fdt + ∫ GdW ∀ ≤ s < r ≤ T Lúc ta nói X có vi phân ngẫu nhiên [0,T] dX = Fdt + GdW CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cho họ {F(t)} nonanticipating tiến trình Wiener {W(t)} khơng gian xác suất (Ω, A, P) Ta ký hiệu C họ hàm số thực G [a,b]×— có tính chất sau: • Có số C1 cho ∫ Ω | G(t, X (t, ω )) −G(s, X (s, ω )) | dP(ω ) ≤ ≤ C1[| t − s | + ∫ | X (t, ω ) −X (s, ω ) | dP(ω ) Ω ∀X ∈  (a, b,{F (t )}), s, t ∈ [a, b] • G(a,Y) ∈L2(Ω) với Y L2(Ω) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Công thức Itô Cho (Ω, A, P) không gian xác suất với tiến trình Wiener {W(t)}, f g ST F C , cho sup{E(f 2(t) + g2(t)): ≤ t ≤ T} < ∞ Giả sử hàm sau thuộc C : 2 2 ∂F ∂F ∂ F ∂ F ∂ F ∂F ∂F ∂ F , , , , ,f ,g vaø g , ∂t ∂x ∂t∂x ∂t ∂x ∂x ∂x ∂x Cho X «2(0,T,{F(t)}) cho d(X)(t) = f(t,X(t))dt + g(t,X(t)) dW CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Đặt Y(t,ω) = F(t,X(t,ω)) ∀ t ∈ [0,T],ω ∈ Ω Lúc Y có vi phân ngẫu nhiên ∂F ∂F ∂ F ∂F d (Y ) = ( + f ) dt g dW , +2g + ∂t ∂x ∂x ∂x hay ∂F ∂ F ∂F d (Y ) = ( + g )dt + dX ∂t ∂x ∂x Phần chứng minh định lý tham khảo sách “Modeling with Itô stochastic differential equations” E Allen, Springer 2007 (trang76) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cơng thức Itơ viết dạng sau: cho f , g F định lý trên, với t ∈[a,b] t t a a X (t ) = X (a) + ∫ f (s, X (s)ds + ∫ g(s, X (s))dW (s) Ta có F (t, X (t )) = F (a, X (a)) ∂F ∂F + ∫ [ (s, X (s)) + f (s, X (s)) (s, X (s))]ds a ∂t ∂x t ∂ F + ∫ g (s, X (s)) (s, X (s))ds + a ∂x t ∂F + ∫ g(s, X (s)) (s, X (s))dW (s) ∀ t ∈[a, b] a ∂x t CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Thí dụ 4.1 Cho F(t,x) = xm , với số nguyên dương m Nếu t t a a X (t ) = X (a) + ∫ f (s, X (s)ds + ∫ g(s, X (s))dW (s) Ta có X m (t ) = X m (a) t + ∫ [mf (s, X (s)) X m −1 a t hay ( s) + + m ∫ g(s, X (s)) X a d ( X ) = (mfX m m −1 CuuDuongThanCong.com + m ( m −1) m −1 g (s, X (s)) X (s)dW (s) m ( m −1) 2 g X m −2 m −2 (s)]ds ∀ t ∈[a, b] )dt + mgX https://fb.com/tailieudientucntt m −1 dW Cho {Wj(t)} m tiến trình Wiener độc lập với không gian xác suất (Ω, A, P), X0,i d hàm thực Ω, fi gij hàm thực [0,T] ×Ω {Xi(t)} d tiến trình ngẫu nhiên cho ∀ t ∈ (0,T ] t m t Xi (t, ω ) = X 0,i + ∫ fi (s, X (s, ω ))dt + ∑ ∫ gij (s, X (s, ω ))dWj j =1 hay X nghiệm hệ phương trình vi phân ngẫu nhiên dW (t ) ⎧ dX (t ) = f (t, X (t )) + g(t, X (t )) ∀t ∈ (0, T ], ⎪ (S ) ⎨ dt dt ⎪⎩ X (0) = X X = (X1, .,Xd), f = (f1, .,fd), W = (W1, .,Wm) g = (gij) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cho u = (u1, , uk) ánh xạ từ [0,T]×—d vào —k với số tính chất Đặt Ym(t,x) = um(t,X(t,x)) ∀ (t,x) ∈ [0,T]×Ω, m = 1, .,k Lúc người ta chứng minh cơng thức Itô sau ∂um ∂um ∂ um d (Ym ) = [ + ∑ fi + ∑ aij ]dt ∂t ∂xi i , j =1 ∂xi ∂x j i =1 d d ∂um + ∑∑ gil dWl ∂xi l =1 i =1 m aij = CuuDuongThanCong.com d ∀ m = 1," , k , k ∑g g l =1 il lj https://fb.com/tailieudientucntt CÁC ỨNG DỤNG CƠNG THỨC ITƠ Dùng cơng thức Itơ tìm lời giải xác cho phương trình vi phân ngẫu nhiên Bài toán 4.1 Cho số thực a, b c Chúng minh X (t ) = ce − at +e − at ∫ t e bdW (s) as Là nghiệm phương trình vi phân ngẫu nhiên dW (t ) ⎧ dX (t ) = − aX (t ) + b ⎪ (S ) ⎨ dt dt ⎪⎩ X (0) = c CuuDuongThanCong.com ∀t ∈ (0, T ], https://fb.com/tailieudientucntt H.D Đặt F(t,s) = eats Y(t,x) =F(t,X(t,x)), dùng công thức Itô ∂F ∂ F ∂F d (Y ) = ( + g )dt + dX ∂t ∂x ∂x Ta có f = a g= b ∂F ∂F ∂ F d (e X (t )) = dt + dX + 2 g dt ∂t ∂x ∂x at at at = ae X (t )dt + e [− aX (t )dt + bdW (t )] = e bdW (t ) at Suy t e X (t ) − X (0) = ∫ e bdW (t ) at at CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài toán 4.6 Cho số thực c hai hàm số liên tục h1 h2 [0,T] Chứng minh t t X (t ) = c exp[∫ (h1 (s) − h (s))ds + ∫ h2 (s)dW (s)] 2 Là nghiệm phương trình vi phân ngẫu nhiên dW (t ) ⎧ dX (t ) = h1 (t ) X (t ) + h2 (t ) X (t ) ∀t ∈ (0, T ], ⎪ dt ⎨ dt ⎪⎩ X (0) = c CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt H.D Đặt g(t,X(t)) = h2(t)X(t) , F(t,s) = ln s Y(t,x) =F(t,X(t,x)), dùng công thức Itô ∂F ∂ F ∂F d (Y ) = ( + g )dt + dX ∂t ∂x ∂x Ta có ∂u ∂u ∂ u d (ln X (t )) = dt + dX + 2 g dt ∂t ∂x ∂x 1 2 = + − h t X t dt h t X t dW t h t X [ 1( ) ( ) ( )] (t )dt 2( ) ( ) 2( ) X (t ) X (t ) = [h1 (t ) − h2 (t )]dt + h2 (t )dW (t ) Suy t ln X (t ) − ln c = ∫ [h1 (s) − h2 (s)]ds + ∫ h2 (s)dW (s) 0 t CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Định nghĩa Cho X «m(Ω) , ta gọi E ( X (t )) = ∫ X (t, ω )dP(ω ) k k Ω ∀ t ∈ [0, T ] moment X Dùng cơng thức Itơ ta tính moment nghiệm phương trình vi phân ngẫu nhiên Bài tập 4.3 Cho X nghiệm phương trình vi phân biến ngẫu nhiên dX(t) = dt + X(t)dW(t) , X(0) = Tính moment X HD Theo thí dụ 4.1, ta có d ( X ) = (mfX m m −1 + m ( m −1) 2 g X m −2 )dt + mgX Với f = , g = X CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt m −1 dW Vậy d ( X m ) = (mX m −1 + m ( m −1) X )dt + mX dW m m hay t t m ( m −1) m m −1 m X (t ) = ∫ (mX (s) + X (s))ds + m ∫ X m (s)dW (s) 0 Đặt um(t) = E(X(t)), dùng tốn 2.3 ta có t m ( m −1) um (t ) = ∫ (mum −1 (s) + um (s))ds Suy um′ (t ) = mum −1 (t ) + t t 0 m ( m −1) um (t ) t Để ý X (t ) = ∫ ds + ∫ X (s)dW (s) = t + ∫ X (s)dW (s) Do u1(t) = t Suy u2′ (t ) = 2t + u2 (t ) t 3t t u ( t ) = t + − e + u2(t) = -2t – +2e Tương tự 3 3e CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Ngày đăng: 28/11/2023, 16:04