Podczas tego wykładu wykażemy szereg ważnych własności całki stochastycznej, które pozwolą nam później udowodnić wzór Itô.
Zacznijmy od wersji stochastycznej twierdzenia Lebesgue'a o zbieżności zmajoryzowanej.
Załóżmy, że oraz są procesami prognozowalnymi takimi, że dla wszystkich . Jeśli dla wszystkich i , dla pewnego procesu , to oraz
Proces jest prognozowalny jako granica procesów prognozowalnych. Ponadto dla ,
więc . Bez straty ogólności możemy też założyć, że .
Niech takie, że oraz . Ponieważ , więc . Z twierdzenia Lebesgue'a o zbieżności zmajoryzowanej łatwo wykazać, że w . Stąd dla ustalonego ,
czyli
Zbieżność w implikuje zbieżność według prawdopodobieństwa, by zakończyć dowód wystarczy skorzystać z Lematu 11.1.
∎Mówimy, że proces jest lokalnie ograniczony, jeśli istnieją momenty zatrzymania takie, że procesy są ograniczone.
Każdy proces ciągły, adaptowalny jest lokalnie ograniczony.
Kolejne twierdzenie podaje wzór na całkowanie przez podstawienie.
a) Załóżmy, że , , jest procesem
prognozowalnym ograniczonym
oraz . Wówczas oraz
.
b)Załóżmy, że , , jest
procesem prognozowalnym lokalnie
ograniczonym oraz . Wówczas oraz
.
a) Załóżmy wpierw, że jest procesem elementarnym postaci
gdzie , zaś są ograniczonymi zmiennymi -mierzalnymi. Wówczas
Jeśli jest dowolnym ograniczonym procesem prognozowalnym, to
więc . Nietrudno też sprawdzić, że . Możemy znaleźć procesy elementarne zbieżne do w , co więcej możemy założyć, że . Zauważmy, że
więc w . Stąd dla ,
b) Mamy , zatem rozpatrując zamiast możemy zakładać,że . Niech takie, że jest ograniczone, oraz . Zauważmy, że
zatem na mocy części a),
Biorąc dostajemy tezę.
∎Sformułujemy teraz pierwsze twierdzenie o całkowaniu przez części.
Niech , wówczas
(12.1) |
Stosując twierdzenie do dostajemy natychmiast.
Jeśli , to
Niech , oraz , wówczas
Całki i są dobrze określone, gdyż procesy i są ciągłe, zatem lokalnie ograniczone.
Możemy założyć, iż , gdyż ,
zatem
Wystarczy udowodnić, że teza zachodzi dla , tzn.
(12.2) |
Jeśli bowiem zastosujemy (12.2) dla i , odejmiemy stronami i podzielimy przez 4, to dostaniemy (12.1).
Wiemy (zob. Uwaga 11.1), że (12.2) zachodzi przy dodatkowym założeniu ograniczoności . W ogólnym przypadku określamy
wtedy . Ponadto jest ograniczonym martyngałem lokalnym, zatem ograniczonym martyngałem, więc
Przechodząc z dostajemy (12.2).
∎Przez oznaczamy procesy ciągłe, adaptowalne, których trajektorie mają wahanie skończone na każdym przedziale dla .
Udowodnimy teraz kolejne twierdzenie o całkowaniu przez części.
Załóżmy, że , wówczas
Jak w dowodzie Twierdzenia 12.3 możemy założyć, że .
Załóżmy wpierw, że i są ograniczone. Zauważmy, że
Składnik dąży prawie na pewno do (definicja całki Riemanna-Stieltjesa). Nietrudno sprawdzić, że procesy elementarne
zbiegają w do , stąd zbiega w do . Zauważmy też, że
Pierwszy czynnik powyżej dąży do w (w szczególności jest więc ograniczony w ), drugi zaś dąży do zera p.n. (proces jest ciągły), stąd dąży do według prawdopodobieństwa. Zatem
Jeśli i nie są ograniczone, to określamy
Mamy , , więc z poprzednio rozważonego przypadku
przechodząc z dostajemy tezę.
∎Ostatnie twierdzenie o całkowaniu przez części jest nietrudną konsekwencją definicji całki Riemanna-Stieltjesa.
Załóżmy, że , wówczas
Proces nazywamy ciągłym semimartyngałem, jeśli da się przedstawić w postaci , gdzie jest zmienną -mierzalna, , oraz .
Rozkład semimartyngału jest jednoznaczny (modulo procesy nieodróżnialne).
Jeśli , to jest ciągłym martyngałem lokalnym, startującym z zera o ograniczonym wahaniu na dla , zatem jest stale równy 0.
∎Proces Itô, tzn. proces postaci , gdzie , prognozowalny taki, że p.n. dla jest semimartyngałem.
Z twierdzenia Dooba-Meyera wynika, że kwadrat martyngału jest semimartyngałem.
Jeśli jest ciągłym semimartyngałem, to określamy , gdzie pierwsza całka to całka stochastyczna, a druga całka Stieltjesa.
Jeśli oraz są ciągłymi semimartyngałami, to też jest semimartyngałem oraz
Mamy i stosujemy twierdzenia o całkowaniu przez części (Twierdzenie 12.3, Stwierdzenia 12.1 i 12.2).
∎Dla semimartyngałów wygodnie jest też wprowadzić następującą definicję:
Jeśli , są ciągłymi semimartyngałami, to przyjmujemy .
Udowodnij Stwierdzenie 12.2.
Korzystając ze wzoru na całkowanie przez części przedstaw jako wyrażenie nie zawierające całek stochastycznych.
Załóżmy, że jest procesem ciągłym, a ciągłym martyngałem lokalnym. Wykaż, że jeśli , jest ciągiem podziałów takim, że oraz , to
Niech będzie ciągiem podziałów takim, że oraz . Wykaż, że dla dowolnych ciągłych semimartyngałów i ,
Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.
strona główna | webmaster | o portalu | pomoc
© Wydział Matematyki, Informatyki i Mechaniki UW, 2009-2010. Niniejsze materiały są udostępnione bezpłatnie na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Bez utworów zależnych 3.0 Polska.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.
Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.