回憶我們在上一篇
[隨機分析] Ito-formula 與其應用 (0) -Simplest Case
所提出的問題先前問題,考慮
Mt:=exp(αBt−α2t/2)我們想要計算此Ito Integral
∫t0MsdBs=?注意到上式隨機積分中的積分變數 Mt 不只是 Bt 的函數,亦為 t的函數(亦即 Mt=f(t,Bt) 為雙變數函數) 故原本的 simplest form of Ito formula 沒辦法直接應用,我們需要進一步修正Ito formula來讓我們可以對付 這種情況。
在修正Ito Formula 之前我們先定義下列函數
Definition: (f∈Cm,n(R+×R))
考慮函數 (t,x)↦f(t,x)∈R,且其對 t 存在 m 階導數且連續,對 x 存在 n 階導數且連續,則我們稱此函數 f∈Cm,n(R+×R)
有了上面的定義,我們可以著手拓展Ito formula到雙變數函數 如下
=================
Theorem (Ito's Formula with Space and Time Variables)
對任意函數 f∈C1,2(R+×R),則對應的 Ito's formula 為
f(t,Bt)=f(0,B0)+∫t0∂f∂t(s,Bs)ds+∫t0∂f∂x(s,Bs)dBs+12∫t0∂2f∂x2(s,Bs)ds=================
Proof: omitted.
有了上面的定理,我們現在可以再回頭瞧瞧原本無法解決的例子:
Example
考慮 Mt:=exp(αBt−α2t/2),試求 ∫t0MsdBs=?
Solution
首先定義函數
f(t,x):=exp(αx−α2t/2) 且
∂∂tf(t,x)=eαxe−α2t/2(−α22)∂∂xf(t,x)=e−α2t/2eαxα∂2∂x2f(t,x)=α2e−α2t/2eαx 由 "Ito's Formula with Space and Time Variables",
f(t,Bt)=f(0,B0)+∫t0∂f∂t(s,Bs)ds+∫t0∂f∂x(s,Bs)dBs+12∫t0∂2f∂x2(s,Bs)ds可知
exp(αBt−α2t/2)=1+(−α22)∫t0eαBse−α2s/2ds+α∫t0e−α2s/2eαBsdBs+α22∫t0e−α2s/2eαBsds⇒1α(exp(αBt−α2t/2)−1)=∫t0eαBse−α2s/2dBs⇒Mt=1+α∫t0MtdBs
故
∫t0MtdBs=1α(Mt−1) ◻
ref:
J. M. Steele, Stochastic Calculus and Financial Applications, Springer
If you can’t solve a problem, then there is an easier problem you can solve: find it. -George Polya
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