<<
>>

§ Зе. Стохастические дифференциальные уравнения

1. Среди процессов Ито X = (Xt)t^o, имеющих стохастический диф-ференциал

dXt = a(t,oj)dt + P(t,oj)dBt, (1)

важную роль играют те, для которых коэффициенты a(t, а>) и(3(t, ш) зависят от a(t,u) = a(t,Xt(u>)), /3(t,u>) = b(t,Xt (си)), (2)

где а = a(t, х) и b = b(t, х) - измеримые функции на М+ х К.

Так, например, процесс

St=S0eateaBt-4-\\ (3)

называемый геометрическим, или экономическим, броуновским движением (см. § За), имеет (согласно формуле Ито) стохастический дифференциал

dSt = aSt dt + aSt dBt. (4)

Процесс

= f

Jo 3-й

du (5)

имеет, как легко убедиться, опять-таки с помощью формулы Ито, дифференциал

dYt = (1 + aYt) dt + oYt dBt. (6)

(Процесс У = (Yt)t^o играет важную роль в задачах скорейшего обнаружения изменений в локальном сносе броуновского движения; см. [441].) Если

Г , Г* du Г* dBu1

(7)

zt = st

Zq + (сі - ас2) / -Х- + С2

Jo Jo .

с некоторыми константами с\\ и с2, то, опять-таки с помощью формулы Ито, проверяется, что

dZt = (сі + aZt) dt + (c2 + aZt) dBt. (8)

В приведенных примерах мы отправлялись от "явного" вида процессов S = (St), У = (УІ), Z = (Zt) и с помощью формулы Ито получали их стохастические дифференциалы (4), (6) и (8).

Можно, однако, изменить точку зрения, а именно, рассматривать (4), (6) и (8) как стохастические дифференциальные уравнения относительно неизвестных процессов S = (St),Y = (Yt), Z = (Zt) и попытаться установить, что найденные их решения (3), (5) и (7) являются (в определенном смысле) единственными решениями этих уравнений.

Естественно, надо придать точный смысл самому понятию "стохастическое дифференциальное уравнение" определить, что есть его "решение" в каком смысле следует понимать "единственность" решения.

При определении всех этих понятий, рассматриваемых далее, ключевую роль играет введенное выше понятие стохастического интеграла.

2.

Будем считать заданным фильтрованное вероятностное пространство (стохастический базис) (ft, , (^t)t^Oi Р) с обычными условиями (п. 2, §7а) ипусть В = (Bt,&t)f^ о - броуновское движение.

Пусть а = a(t, х) и b = b(t, х) - измеримые функции на К+ х М.

Определение 1. Говорят, что стохастическое дифференциальное уравнение

dXt = a(t, Xt)dt + b(t,Xt) dBt (9)

с ^-измеримым начальным условием Хо имеет непрерывное сильное решение (или просто решение) X = (Xt)t^o, если при каждом t > О

Xt - ^-измеримы,

P(^J* \\a(s,Xa)\\dsp(^J* b2(s,Xa)ds < oo^ = 1 (11)

(12)

Xt=Xo+ Ґ a(s,Xa) ds + Ґ b{s,Xa)dBa. Jo Jo

Определение 2. Два непрерывных случайных процесса X = (Xt)t^o и У = (Yt)t^0 называются стохастически неразличимыми, если для любого t > О

p(sup|Xs -Ys\\ >0) =0. (13)

Vaи (Р-п.н.)

Определение 3. Будем говорить, что измеримая функция / ¦ f(t, х), определенная на R+ х К, удовлетворяет (по фазовой переменной х) локальному условию Липшица, если для всякого п ^ 1 найдется константа К(п) такая, что для всех t > 0 и |х| < п, |у| < п

\\a(t,x)-a(t,y)\\ + \\b(t,x)-b(t,y)\\ < К{п)\\х-у\\. (14)

Теорема 1 (К. Ито [242], [243]; см. также, например, [123; гл. 9], [288; гл. V], [303; гл. 4]). Пусть коэффициенты a(t,x) ub(t,x) удовлетворяют локальному условию Липшица и условию линейного роста:

la{t,x)\\ + \\b(t,x)\\и пусть начальное условие XQ - ^-измеримо.

Тогда стохастическое дифференциальное уравнение (9) имеет, и притом единственное (с точностью до стохастической неразличимости), непрерывное решение X = (Xt,&t), являющееся марковским процессом.

Существуют обобщения этого результата в разных направлениях: ослабляется локальное условие Липшица, допускается зависимость (но спе-циального характера) коэффициентов от и>, рассматриваются случаи за-висимости коэффициентов а — a(t,Xt) и b = b(t,Xt) от "прошлого" (в несколько вольной записи: а = a(t; Xs, s < t), b = b(t; Xs, s < t)).

Имеются также обобщения на многомерный случай, когда X = (X1,...,Xd) - векторный процесс, а = a(t,x) - вектор, b = b(t,x) - матрица и В = (В1,... ,Bd) - d-мерное броуновское движение.

См. по этому поводу, например, [123], [288], [303].

Приведем из различного рода обобщений лишь один, несколько неожиданный, результат А. К. Звонкина, [485], утверждающий, что для сущест-вования сильного решения стохастического дифференциального уравнения

dXt = a(t, Xt)dt + dBt (15)

вовсе нет надобности требовать выполнения локального условия Липшица, а достаточна лишь измеримость по (?, х) и равномерная ограниченность коэффициента a(t,x). (Многомерное обобщение этого результата получено А. Ю. Веретенниковым, [471].)

Тем самым, например, стохастическое дифференциальное уравнение

dXt = a(Xt) dt + dBt, X0 = 0, (16)

с "плохим" коэффициентом

Г 1, х > О,

I. —1, х < О,

имеет, и притом единственное, сильное решение.

Отметим, однако, что если вместо уравнения (16) рассмотреть уравнение

dXt=a(Xt)dBt, Хо = 0, (18)

с той же самой функцией сг(х), ситуация резко меняется, поскольку, во-первых, существуют вероятностные пространства, на которых у этого уравнения заведомо есть, по крайней мере, два сильных решения, и, во-вторых, на некоторых вероятностных пространствах у этого уравнения может вовсе и не быть сильного решения.

Чтобы показать справедливость первого утверждения, рассмотрим на пространстве непрерывных функций и> = (u>t)t>о с винеровской мерой координатно заданный винеровский процесс W = (Wt)t^Oi т. е. такой, что Wt(w)=wt,t>0.

Тогда, по теореме Леви (см. п. 3 в §ЗЬ), пропесс В = (Bt)t^о при

Bt= С o{Ws)dWa Jo

также будет винеровским процессом (броуновским движением). И легко видеть, что

[ o{Wa)dBa = [ o2{Wa)dWa=Wt, Jo Jo

поскольку cr2(x) = 1.

Тем самым, процесс W =¦ (Wt)t^o является (на рассматриваемом вероятностном пространстве) решением уравнения (18) со специальным образом подобранным броуновским движением В¦ Но, поскольку сг(—х) = —сг(х),то

[ o{Wa)dBa = -Wt, Jo

Г o(-Wa) dBa = - Jo

т.е. наряду с W = (Wt)t^о процесс -W = (—Wt)t>о также есть решение уравнения (18).

Что же касается второго утверждения, то предположим, что у уравнения 1

Xt= [ o{Xa)dBs Jo

существует сильное решение (относительно потока а-алгебр (<^P)t^o> порожденных броуновским движением В). Из теоремы Леви следует, что тогда процесс X = (Xt, о является броуновским движением.

По формуле Таиака (см. далее § 5с и ср. с примером в § lb, гл. II):

\\Xt\\= Г a(Xa)dXa+Lt(0), Jo

где t

Lt(0) = limi- f I(\\Xa\\^e)da

ej.0 AZ Jo

- локальное время (Леви) броуновского движения X, которое оно проводит в нуле на интервале [0, ?]. Поэтому (Р-п.н.)

Bt= Г o(Xa)dXa = \\Xt\\-Lt{0) Jo

и, значит, С

Сделанное выше предположение, что X является адаптированным относительно потока = (&t)t^o, лает включение С \

<< | >>
Источник: Ширяев А. Н.. Основы стохастической финансовой математики. Том 1. Факты. Модели.Москва: ФАЗИС,1998. 512 с. (Стохастика, вып.2). 1998

Еще по теме § Зе. Стохастические дифференциальные уравнения:

- Авторское право - Аграрное право - Адвокатура - Административное право - Административный процесс - Арбитражный (хозяйственный) процесс - Аудит - Банковская система - Банковское право - Бухгалтерский учет - Военное право - Гражданское право и процесс - Денежное обращение, финансы и кредит - Деньги - Жилищное право - Земельное право - Избирательное право - Инвестиционное право - Информационное право - Исполнительное производство - История - История государства и права - История политических и правовых учений - Конкурсное право - Конституционное право - Корпоративное право - Криминалистика - Криминология - Маркетинг - Медицинское право - Международное право - Менеджмент - Муниципальное право - Налоговое право - Наследственное право - Нотариат - Обязательственное право - Оперативно-розыскная деятельность - Права человека - Право зарубежных стран - Право социального обеспечения - Правоведение - Правоохранительная деятельность - Предпринимательское право - Семейное право - Страховое право - Судопроизводство - Таможенное право - Теория государства и права - Трудовое право - Уголовно-исполнительное право - Уголовное право - Уголовный процесс - Философия - Финансовое право - Хозяйственное право - Хозяйственный процесс - Экологическое право - Экономика - Ювенальное право - Юридическая техника - Юридические лица -