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3/25/2014

[隨機分析] Ito-formula 與其應用 (1) - Two variables case

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(αBtα2t/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: (fCm,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 fCm,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 fC1,2(R+×R),則對應的 Ito's formula 為
f(t,Bt)=f(0,B0)+t0ft(s,Bs)ds+t0fx(s,Bs)dBs+12t02fx2(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(αBtα2t/2),試求 t0MsdBs=?

Solution
首先定義函數
f(t,x):=exp(αxα2t/2)
tf(t,x)=eαxeα2t/2(α22)xf(t,x)=eα2t/2eαxα2x2f(t,x)=α2eα2t/2eαx 由 "Ito's Formula with Space and Time Variables",
f(t,Bt)=f(0,B0)+t0ft(s,Bs)ds+t0fx(s,Bs)dBs+12t02fx2(s,Bs)ds可知
exp(αBtα2t/2)=1+(α22)t0eαBseα2s/2ds+αt0eα2s/2eαBsdBs+α22t0eα2s/2eαBsds1α(exp(αBtα2t/2)1)=t0eαBseα2s/2dBsMt=1+αt0MtdBs

t0MtdBs=1α(Mt1)    

ref:
J. M. Steele, Stochastic Calculus and Financial Applications, Springer

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