книги / Стохастические дифференциальные уравнения и диффузионные процессы
..pdf
|
§ 2. ИНТЕГРАЛЫ ПО МАРТИНГАЛАМ |
|
6 1 |
|||
О п р е д е л е н и е |
2.1. (I) |
A = { A t) в предложении |
2.1 |
(I) обо- |
||
иничается через |
(МУ =(<Л/>,)(>0. |
2.1 (II) |
обозначается |
|||
(II) Процесс |
A = ( A t) |
в предложении |
||||
через (М, N>=((M, N'>t)i>0- |
|
|
|
|||
Процесс (МУ = |
(М, МУ |
называется квадратической вариацией |
||||
М, а процесс |
<М, |
N) — квадратической |
ковариацией |
процессов |
||
М в N. |
|
|
|
|
|
|
Согласно теореме 1-6.13 можно утверждать, что процесс (М, N> непрерывен, если выполнено хотя бы одно из следующих условий:
(I) Поток |
|
о не имеет |
моментов разрыва, |
т. |
е. если |
о„ — |
|||||||
возрастающая |
последовательность |
(@~t)-моментов |
|
остановки |
и |
||||||||
о = lim ап, то 9~a = \l&~Qn. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(II) M ,N e = J ( 2 . |
|
|
|
(I), тоЛ/(ЛОп = |
5 |
|
|
|
|||||
Действительно, |
если выполнено |
|
|
|
|||||||||
-+■ Е [Mt |^ 1д0] = |
MtAo при |
o „ t o |
и, |
следовательно, процесс |
M(t)2 |
||||||||
регулярен. |
|
|
B(t) = (Bl(t), |
Bz(t), ..., |
Bd(t))— d-мерпое |
||||||||
П р и м е р 2.1. Пусть |
|||||||||||||
(STt) -броуновское движение |
с |
5 (0 ) = 0 п. н. Тогда |
для всякого |
i |
|||||||||
В1е М\ и (В‘, |
BJ}(t) = |
bijt, |
i, |
/ = |
1, 2, ..., d. Известная теорема |
||||||||
•Нави утверждает, |
что d-мерпое |
(^",)-броуновское |
движение |
пол |
|||||||||
ностью характеризуется |
этим свойством (см. теорему 6.1). |
|
|
||||||||||
Пусть М е / г, а <МУ — квадратическая вариация М. |
|
|
|||||||||||
О п р е д е л е н и е 2.2. |
Пусть & г(М) = {Ф = (Ф(£, |
(о))(>0: Ф — |
|||||||||||
действительный |
(&~t) -предсказуемый |
процесс |
и |
для |
всякого |
Т > О |
|||||||
( IIФ «2!т 2 = |
Е |
Ф* (s, ы) d <М> (s)j |
< |
ооj . |
(2.1) |
||||||||
Для Ф &3?г(М) |
положим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
| ф | " - |
2 |
2“ " (||Ф||” ,А 1 ). |
|
|
|
(2.2) |
Мм птнидестилием процессы Ф и Ф' в пространстве 2%(M ),
иели |Ф — Ф '|$г — 0 дли всякого Т, и в этом случае пишем Ф = Ф'. Пели М (Г ,) -броуновское движение, то 9?г{М) совпадает с ив определения 1.1. Наметим, что*) 2 ’2{М)=>2>0, где подмноже
ство ic„ определено согласно определению 1.2. В точности тем же Путем, что и и лемме 1.1, получаем следующий результат.
Л е м м а 2.1. Подмножество & 0 плотно в & 2(М) в метрике Ц-||£*. Используя эту лемму, мы можем определить стохастические ин
тегралы так же, |
как и в случае с броуновским движением. Пусть |
|
|
ОО |
|
сначала Ф е |
Тогда Ф (t) = /0 (ы) /«=0>(0 + 2 fi (ю) |
(0> |
|
1-0 |
|
*) Всякий процесс Ф е й непрерывен слева и поэтому предсказуем.
62 |
|
ГЛ. И. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЫ И ФОРМУЛА ИТО |
|
|
||||||||
и мы полагаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Iм (ф) (t) - |
S и (со) (М (ti+1, и) - |
М (tlt (О)) + |
|
|
|
|
|
|||||
+ |
/„(со) (M(f, |
со) — М (t„, со)) |
для |
|
|
|
га = 1, 2, .. . |
|||||
Как |
и |
прежде, |
/ м(Ф) <= Мг и |
|/м (Ф)| = |Ф||^. |
Используя |
эту |
||||||
изометрию, |
отображение Ф е |
i? 0 '-*■ Iм (Ф) е |
^ |
2 |
можно, |
как |
и в |
|||||
§ 1, продолжить до отображения |
Ф е |
(Ж) *-*■/ М(Ф) е |
Ж2. |
инте |
||||||||
О п р е д е л е н и е 2.3. Iм(Ф) |
называется |
стохастическим |
||||||||||
гралом |
от |
Ф |
по |
М ^ Ж г. |
Будем |
также |
обозначать |
|||||
/ М(Ф)(£) |
через |
| ф (s)dM(s). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, мы определили стохастический интеграл по
мартингалу |
М^Ж%. |
|
Ясно, что |
если |
М ^ Ж\, то I м{Ф) G |
|
|||||||||||
и если М является |
(^"<)-броуновским движением, то |
Iм(Ф) совпа |
|||||||||||||||
дает с / (Ф) |
из § 1. |
2.2. |
Стохастический |
интеграл |
Iм(Ф), |
Ф е |
|||||||||||
П р е д л о ж е н и е |
|||||||||||||||||
e S ’jjil/), |
M |
e / j , |
обладает следующими свойствами: |
|
|
|
|
||||||||||
(I) |
Iм(Ф) (0) = |
0 га. к. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
(II) |
Для любых t > s ^ О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
и |
|
|
£ [ ( /м( Ф ) ( * ) - /м(Ф)(*))|#"/1 = 0 |
га. га. |
|
|
|
(2.3) |
|||||||||
|
|
I м (ф) (в)*[ |
& -я\ =Е |
j Ф* |
(га) d <М>(га)JFsj |
.аг.аг |
|
|
|||||||||
Е [ { 1 М(Ф)(0- |
га. к.,(2.4)го |
||||||||||||||||
Вообще, |
еслга а, |
|
т— (&~t)-моменты |
остановки с |
т^ |
а |
|||||||||||
для всякого t > О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.5) |
|
|
|
|
|||
£[(/м(Ф) |
|
[(/ЛГ(Ф)(?7 £Дт)—/М(Ф)(fДа))|^”а]'=0га.к. |
= |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
(tДт) - |
I м (Ф) |
(f Д а))21Г , ] |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
t tAX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф2 (га) d <М> (га) 1У ,oj |
га. га. |
(2.6) |
||||||
(III) |
|
|
|
(2.4) |
а(2г.6) |
\ 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
(АО |
|
|
|
|
|
|
образом: |
|||||||
|
Свойства |
|
обобщаются следующим |
||||||||||||||
еслга Ф, Т- ^ ^ ( I ) , |
то |
|
|
(0- |
/ м (40(в))I |
|
|
|
|
|
|||||||
Е { ( I м |
(Ф) |
(t) - / м |
(Ф) |
(,)) ( I м (V) |
S ’ ,] = |
.аг.аг |
(2.7) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ф¥) (га) d (М ) (га) SsI |
|
|
§ 2. ИНТЕГРАЛЫ ПО МАРТИНГАЛАМ |
|
63 |
||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
Е [(7м (Ф) (* Д т ) - I м(Ф) (^ Да)) (7м (9) (t Дт) - |
Iм (9)(t Да)) |^а] = |
||||||
|
|
(Лт |
|
|
|
|
|
|
= Е |
J(Ф'Р) (в)й<Л/> (в)|0*о 7?. н. |
(2.8) |
||||
|
|
_ (Лег |
|
|
|
|
|
(IV) £Ъщ |
а является |
()-моментом остановки, то |
|
||||
|
7Л1(Ф)(«Дст) = |
7М(Ф')(Д для |
* > 0 , |
|
(2.9) |
||
#0е*) Ф '(*)“ |
Л«>|)Ф(0- |
|
|
|
|
|
|
Доказательство то же, что и в предложении 1.1. |
7М(Ф) и 7"(ЧГ) |
||||||
Если М, |
ф е г 2(М) |
и 4 e & t(N), то |
|||||
являются элементами пространства М г. |
|
|
|
||||
П р е д л о ж е н и е 2.3. Для t > |
0 |
|
|
|
|||
Е [(7м (Ф) (0 - |
Iм (Ф) (я)) (IN (9) (t) - |
Tym s ) ) l ^ s ] |
= |
|
|||
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
= Е |
f (Ф«Г) (в)й<А7, N}(u) \Tt . |
(2. 10) |
Доказательство легко получается для функций Ф, 9 <^£Ец с по следующим предельным переходом. Свойство (2.10) — иная запись Того, что
(
<7М (Ф), IN(Ч*)> (t) = J (ФТ) (в) d <Л7, V ) (в), (2.11)
О
или, более символически, |
|
|
|
|
<К7М(Ф ), Г ( У ) >, = Ф (t) 9 |
(t) d<M, N>,. |
(2.11)' |
||
З а м е ч а н и е 2.1. Из |
(2.10) легко следует следующий резуль |
|||
тат: если М, N е Ж Ф е 2 ДМ) и Ч' е 2«{N), то |
|
|||
Е I j\4>'V\(n)d\(M, Л >|(м)1<оо, |
|
|||
1.0 |
|
J |
|
|
гди |</I/, V)|(/) обозначает полную вариацию функции s e [ 0 , |
||||
*-• <Л/, W) (я). П самом деле, справедливо неравенство |
|
|||
( |
Г< |
-|l/2( t |
|
|
j I Ф'1ГI (и) <*|<М,’V ) \(в) < |
[ Ф (и)2 d <М> (в) |
If ¥ (uf d <V> (в) |
||
o |
lo |
J |
to |
( 2. 12) |
|
|
|
|
|
которое легко доказывается, когда .Ф, |
Ч* ^ S ’ а общий |
случай |
*) Процесс /,„>() непрерывен слева по I и поэтому предсказуем. Следова тельно, Ф' е З Д .
64 |
ГЛ. И. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЫ И ФОРМУЛА ИТО |
|
|||
получается |
предельным |
переходом. Заметим, что |
если |
функция |
|
t !->- At |
имеет ограниченную вариацию на конечных интервалах и |
||||
непрерывна, |
то найдется |
такой предсказуемый |
процесс |
Ф(, что |
|
|
|
t |
|
|
|
]Ф*1 = |
1 п. н. и |.4|, = j Ф(м) dAu. |
|
|
о
Вышеприведенное определение стохастических интегралов оче
видным |
образом |
обобщается |
на случай |
локальных |
мартингалов. |
|||||||||||
Пусть |
|
|
|
|
*). Тогда найдется такая последовательность |
|||||||||||
{SFt) -моментов |
остаповки |
о„, |
что |
апt 00 |
п. н. |
иМ"п = |
(MtMn) |
|||||||||
№ п = (NtMn) принадлежат |
Л г. Из единственности |
квадратической |
||||||||||||||
вариации следует, |
что если т < п, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
< A f° m |
|
(t) |
= |
< M ° n , 7V°“ > ( t / \ a m). |
|
|
|
||||||
Следовательно, |
найдется |
единственный |
предсказуемый |
процесс |
||||||||||||
(М, АО |
с |
<М, N} (t ДсгГ1) = |
<M°n, Аг°п) (t) |
|
для |
всех |
га |
и t > 0. |
||||||||
Вместо (М, МУ пишем (МУ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
О п р е д е л е н и е |
2.4. Пусть |
i l / e |
J f1/ 0 и |
S ’l00(А/) = |
{Ф == (Ф (t)): |
|||||||||||
Ф — действительный |
(/F ))-предсказуемый процесс |
на |
Q, |
для кото |
||||||||||||
рого найдется |
такая |
последовательность |
|
t)-момептов |
остановки |
|||||||||||
<т„, что ст„ t 00 II. II. |
и |
Thon |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е |
f Ф*(«, a)d(M}(t) |
|
< |
00 |
|
|
|
(2.13) |
||||
для любых Т > |
0 и га — 1, 2, ...) **). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Пусть |
М е |
Л1Г>Си Ф е |
З?1.!4 (М). |
Тогда, |
очевидно, |
мы можем |
выбрать такую последовательность (/F ))-моментов остаповки а„, что
впt 00 п. н., |
М°п= {М (t f\on ) е Л 2 и |
выполнено |
(2.13). Поэтому |
|||||||||
для процессов Ф„ (t, со) = |
/( 0г1(щ)Х}Ф (С ®) |
и М = М°п мы можем |
||||||||||
определить |
Iм" (Ф„), |
и |
нетрудно |
видеть, |
что |
/ м™(Фт) (£) = |
||||||
= 7м" (ФГ1) (t Дстт ) |
для m < га. Таким |
образом, |
существует един |
|||||||||
ственный процесс / М(Ф) (£), для которого |
1Мп(Фn (t) |
= |
Iм (Ф)(t /\ |
|||||||||
У\п„), га = 1, 2, . . . . |
Ясно, |
что Iм (Ф) е |
Л ^с. |
|
|
|
|
|||||
О п р е д е л е н и е |
2.5. Процесс Iм(Ф) |
называется стохастическим |
||||||||||
интегралом |
от Ф |
е ^ ос (М) по М ^ Л ^1 . |
Величина |
/ М(Ф)(£) |
||||||||
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
обозначается также через |
] Ф (s)dM{s). |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
*) |
См. определение |
1.8. |
непрерывен, |
то |
(2.13) |
эквивалентно условию |
||||||
**) |
Если |
процесс |
<Л/>( |
|||||||||
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J ф2 (t, ш) d (Му (t) < 00 для всех Г > 0 п. н.
о
§ 2. ИНТЕГРАЛЫ ПО МАРТИНГАЛАМ |
65 |
Ясно, что предложения 2 . 2 и 2.3 легко распространяются |
на |
«тот общий случай. В частности, заметим, что (2.11) также оста ется нсиле.
Из (2.11) |
получаем, что |
|
|
|
||
|
|
|
< |
|
|
|
|
|
(Ф), Ny (t) = j Ф (в) d <М, Ny (и). |
(2.14) |
|||
|
|
|
о |
|
|
|
Это свойство |
полностью |
характеризует |
стохастический интеграл. |
|||
Точнее, справедливо следующее |
|
|
(или М е |
|||
П р е д л о ж е н и е 2.4. Пусть М ^ Ж г и Ф е Й ’г(М) |
||||||
е ^ 2°°i Ф е |
2 ’|0С(Л1)). |
Тогда X = / М(Ф) |
есть тот единственный |
|||
процесс X е |
Жг (X е= ЛС?\ для которого |
|
|
|||
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
<Х, Ny (t) = J Ф (в) d <М, ЛГ> (и) |
(2.15) |
|||
|
|
|
О |
|
|
|
для всякого N «= Жг {N <= Ж ^ ) и всех f ^ |
0. |
|
||||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
В доказательстве |
нуждается только един |
||||
ственность. Бели |
Х '^ Ж 2 также удовлетворяет (2.15), |
то <Х — X', |
||||
Ny —0 для всякого N ^ J (Z, и поэтому, |
беря N = X — X', получаем, |
|||||
что <Х —Х ' > = 0 , |
а значит, X = X'. |
|
|
|
||
З а м е ч а н и е |
2.2. Отправляясь от данной характеризации, мож |
но следующим образом доказать соотношение (2.9). Обозначая
через Х° остановленный |
процесс {^(<TA*)}I |
по теореме |
Дуба о |
||
преобразовании свободного выбора получим |
|
|
|
||
<(/ А') (Ф)а, Ny (t) = < (/м) (Ф)а, №у (t) = </м (Ф), Ny°(t) = |
|
||||
|
tf\<J |
|
t |
|
|
- |
J Ф (ff) d <Л/, Ny (и) = j |
Ф' (в) d <M, Ny (в), |
|||
|
i |
|
о |
|
|
гм Ф '(0"*Л «»цФ (0> Гдюдошп'елыю, согласно |
предложению 2.4 |
||||
/3 (Ф ')-/" (Ф )". |
|
|
|
|
|
II р в л л о ж он и е 2.5. (I) Пусть |
М, N е |
Ж1£с и Ф е S ’*00 Ш) П |
|||
П Stt* (Л'). Тогда Ф <= S?T (М + N) и |
|
|
|
||
х |
t |
|
t |
|
|
j Ф (и) d(М + N) (и) = J Ф (и) dM (и) + |
J Ф (и) dN (и). |
(2.16) |
|||
е |
о |
о |
|
|
|
(II) Пусть М <=Ж Т |
и Ф, T s i ? i “ (Af). |
Тогда |
|
||
i |
i |
• |
X |
|
|
J (Ф + Т) (в) dM (и) = j Ф (в) dM (в) + |
j W (и) dM (и). |
(2.17) |
|||
е |
о |
о |
|
|
|
5 С, Ватанабэ, Н. Икэда
66 (III) |
ГЛ. II. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЫ И ФОРМУЛА ИТО |
|||
Пусть |
М <=Л 10с и Ф е=& Т (М ). |
Положим У = / М(Ф), |
||
и пусть |
? e ^ |
0C(JV). Тогда Ф |
, ? е S ’J00 (М) |
и |
|
|
I |
t |
|
|
|
J (ФУ) (u) dM (и) - J ¥ (и) dN {и). |
||
(IV) |
|
О |
О |
|
Пусть М е Ж2 °с и Ф s |
<?.2 °С(Л/) — случайная ступенчатая |
функция в том смысле, что существует такая возрастающая после довательность {@~t)-моментов остановки ап, для которой
|
Ф(«, ®) = 2 /п И I(cH,c„+l](t), |
где /„ |
- измерима. Тогда |
|
Iм (Ф) (t) = 2п /» И (M,A0„.tl - М,лоп). |
Доказательство проводится весьма просто с использованием предложения 2.4.
§ 3. Стохастические интегралы по точечным процессам
Понятие точечного процесса было дано в § 9 главы I. Здесь мы рассмотрим точечные процессы, согласованные с возрастающим семейством о-полей, и связанное с ними стохастическое исчисление.
Пусть (Q, ST, Р) |
и { T t) w заданы так же, как и выше. Точечный |
|
процесс р = р(1) |
па X, определенный па Q, называется |
согла |
сованным,, если для всяких t> 0 , U e J ( X ) Np (t, U) = 2 |
Tu(p(s) |
|
|
seDp,s<a |
|
(#",)-измерим. Точечпый процесс называется a-конечным, если
найдутся такие U„ <= <%(Х), п = |
1, 2, ..., |
что Uпt X ^т. |
е. |
(J Uп= |
|||
и |
E[Np(t, П„)]<оо для всех |
t > 0 |
и |
га=1, 2, |
... |
Пусть Гр = |
|
= |
П 7 е ^ (Х ): E[Np(t, С /)]< °° |
для |
всех f > 0 } . |
Если |
С /е Г р, то |
t >-* Np (t, U) — согласованный интегрируемый возрастающий про цесс, и поэтому найдется натуральный интегрируемый возрастаю
щий процесс |
Np(t, U), для которого N,,: |
t —■Np(t, U) — N,, (t, |
|
U) — Np(t,U) является мартингалом. Вообще |
говоря, |
i1-*- Np(£, U) |
|
не непрерывно, |
по кажется разумным предположить |
(во всяком |
случае для приложений, рассматриваемых в этой книге), что отображение t —- N p(t,U) непрерывно для всякого U. Отображе ние U Nр (t, U) может не быть а-аддитивпым, по если X — «хорошее» пространство (например, стандартное измеримое прост ранство (определение 1-3.3)), то хорошо известпо, что существует модификация NP, являющаяся мерой относительно V. Учитывая эти соображения, введем следующее
|
|
§ 3. ИНТЕГРАЛЫ ПО ТОЧЕЧНЫМ ПРОЦЕССАМ |
|
67 |
||||||
О п р е д е л е н и е |
3.1. (У ()-согласованный |
точечный |
процесс р |
|||||||
НЙ (У, У , |
Р) принадлежит |
классу |
(QL) *) |
(относительно |
( У , ) ), |
|||||
«•ели Np == {Nр (t, U)) таково, |
что |
|
|
|
|
|
||||
.0 |
) для |
U <=ГР |
t ^ Np(t, U)— |
непрерывный (У ,) -согласован |
||||||
ныIt |
возрастающий процесс; |
|
|
|
|
|
|
|||
(И) для |
всякого t и |
н. в. (о <= Q U |
Np (£, U) — |
а-конечпая |
||||||
мера на (X, Й?(Х)); |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(III) для £/те Г р |
t -*■ Np(£, U) = |
Np(£, U) — Np (t, U) — |
(У ,)- |
|||||||
мартингал. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Случайная мера {Np(t, U)} называется компенсатором точечного |
||||||||||
процесса р (или {Np(t, 17))). |
|
процесс |
р называется |
(У Д - |
||||||
О п р е д е л е н и е |
3.2. |
Точечный |
||||||||
пуассоновским точечным процессом, |
если |
он |
является |
(^~,)-согла |
сованным а-конечпым пуассоновским точечным процессом таким,
что {Np(t + h, U) — Nv(t, и)}ь>о,и^£(Х) |
не |
зависит от У (. |
|
|||
(У ,) -пуассоновский точечный процесс принадлежит |
классу |
|||||
(<>М |
в том и только в том случае, если |
t |
Е (Np(t, U)) |
непре |
||
рывно |
для U е Гр; в этом |
случае |
компенсатор Np задается |
равен |
||
ством |
Np(t, U) = E[Np(t, |
17)]. В |
частности, |
стационарпый |
(У ,)- |
пунссоновский процесс принадлежит классу (QL) с компенсатором
NP(t, |
U) = tn(U), где |
n(dx)— характеристическая мера |
процесса р |
||||
(глава |
I, § 9). Это |
свойство |
характеризует |
стационарный (У ()- |
|||
цуассоповский точечный процесс (см. § 6 ). |
|
(QL). Тогда |
|||||
Т е о р е м а |
3.1. Пусть р — точечный процесс класса |
||||||
для U es Гр |
Nр(-, |
и ) ^ М г, и имеем |
|
|
|||
|
|
<&,(•, |
U,), NP(-, |
U2 ) (£) = JVp (t, |
Ut (\Ut). |
(3.1) |
Для доказательства нам понадобится следующая
Л о м м а 3.1. Если U е Г г, а / (я) = / (я, т ) — ограниченный (У ,)-
прсдскануемый процесс, |
то |
|
|
|
||
\ (I) - |
f |
/ (я )d |
(я . ( / ) * * () - |
2 I ( * ) 1и (р (.9)) - |
|
(s)J /d N р |
* |
|
^ |
\ |
|
°) |
|
нплнстсл |
(.'У,) -мартингалом. |
предложению 1-5.1 |
достаточно |
|||
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Согласно |
|||||
предположить, |
что отображение |
s -* f(s) — ограниченный |
непре |
|||
рывный слева согласованный процесс. Тогда для любого |
s е |
[0 , оо) |
||||
f n (s) = / (0) /{S=0} (s) + 2 / (Л/2 ) ^(h'2n,(h+\)l2п] |
(S)‘ |
|
||||
|
|
|
ft—0 |
|
|
|
*) QL (ouasi lell-continuily) — кваэинепрерывпость слева. **) В смысле интеграла Стилтьеса.
5*
68 |
ГЛ. II. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЫ И ФОРМУЛА НТО |
|||
Поэтому |
достаточно |
доказать требуемый |
результат для /„(«). Но |
|
с |
|
00 |
и) - JVp (£-Л », о)], |
|
j и (*)dNp(», U) - |
2 / ( £ ) [»р |
|||
очевидно, является (^~<)-мартингалом. |
что |
найдется такая по |
||
Д о к а з а т е л ь с т в о т е о р е м ы . Ясно, |
||||
следовательность ($Ft) -моментов остановки с„, |
что an t 00 п. п. и |
|||
(t, Uy) = Np(t/\оп, Uy), Np^ (t, U2) = Np(t/\оп, U2) ограничены |
по t. Следовательно, достаточно показать, что для каждого п |
|
||||||||||||||
|
N(p] (t, |
Uу) |
|
(t, U2) = мартингал + ftp (t До„, Uy П U2). |
|
||||||||||
Интегрированием но частям получаем |
|
|
|
|
|
||||||||||
N(pn) (t, Uу) N™ (t, U%) = |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
j Щ;1) (S - , |
иу) Np (ds, ил) + |
f 5v<,n) («. и2) я у |
(ds, иу) = |
|
|||||||||
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
= |
J N(pn)(s - , |
С7Д A™ (ds, t/2) + |
J Щп)(s - , t/2) iV(pn) (ds, Uy) + |
|||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
j |
|
(s, |
U2) - |
A<,n) (s - , 17.)] N™ (ds, Uy). |
|||||
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Первые два члена являются мартингалами согласно |
лемме 3.1, |
|||||||||||||
а |
последний |
член |
равняется |
2 |
|
(Р («)) = |
Лгр (t f\on, Uy f| |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
««Ло„ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iSVp |
|
|
|
|
|
|
n U2) = Яр (t Ao,„ Uy n u2) + N (t До„, Uy n u2). Тем |
самым теорема |
||||||||||||||
доказана. |
|
|
теперь |
|
рассмотреть |
стохастические |
интегралы |
||||||||
по |
Мы собираемся |
|
|||||||||||||
точечным |
процессам класса (QL). С |
этой целью |
удобно |
обоб |
|||||||||||
щить данное выше понятие предсказуемого процесса. |
|
х, о ), |
опре |
||||||||||||
|
О п р е д е л е н и е |
3.3. Действительная функция f(t, |
|||||||||||||
деленная на |
[О, ® ) Х Х Х Й , |
называется |
({Ft)-предсказуемой, |
если |
|||||||||||
отображение |
(t, х, и) |
/ (f, х, м) |
|
(НД-измеримо, |
где |
91— наи |
|||||||||
меньшее а-полс на [0, ю ) Х Х Х Й , |
относительно которого измеримы |
||||||||||||||
все функции g со следующими свойствами: |
|
|
|
|
|||||||||||
|
(I) |
для всякого £ > 0 |
(X, 01) >-*g(t, х, со)^(Х)х^"<-измеримо; |
||||||||||||
|
(II) |
для |
всяких |
(х, |
со) |
t >-*■g (t, х, со) |
непрерывно |
слева. |
|
||||||
|
Введем следующие классы: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Fp = {}(t, х, со): / |
(STt) -предсказуема |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
<+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и для всякого t > О |
j |
f |/(s, X, a)\Np(dsdx)< oo и. н.}; |
(3.2) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
о |
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ з. ИНТЕГРАЛЫ ПО ТОЧЕЧНЫМ ПРОЦЕССАМ |
69 |
||||||||
К |
- |
{l(t, х, со): / (&~() -предсказуема |
|
|
|
|
||||||
|
|
и для каждого L> О |
Е |
f f \f(s,x, .)|JVp (d'?cfo;)l<oo}; |
(3.3) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
-OX |
|
|
|
J |
|
|
|
■“ |
{/ (^ x, со): / (ST() -предсказуема |
-)\2 Np (ds <ir)l< o}; (3.4) |
|
||||||||
|
и для каждого t > |
О |
Е |
|\\f(s,x, |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
.о x |
|
|
|
J |
|
|
?2,l0C |
={f{t, x, COy.fi&'t) -предсказуема и |
найдется |
|
|
||||||||
|
|
такая последовательность |
(& ~ t) -моментов остановки о„, |
|
||||||||
|
|
что а„ t оо н. н. и |
/ [0,ап] (t)/ (t, х, со) е Fp, |
и = |
1, 2, .. .)• |
(3.5) |
||||||
|
Для функций |
/ е F, |
п. н. определен |
интеграл |
(в смысле Лебе |
|||||||
га — Стилтьеса) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
j |
\ f(s,x, -)Np(dsdx), |
|
|
(3.6) |
||||
|
|
|
|
о |
х |
|
|
|
|
|
|
|
равный абсолютно сходящейся сумме |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
/(*>Р(*)» •). |
|
|
(3.7) |
||
|
|
|
|
|
|
s-<t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s= D., |
|
|
|
|
|
|
Далее, пусть |
/ е |
Fp. |
Теми |
же |
рассуждениями, что и в доказа |
|||||||
тельстве леммы 3.1, легко получается, что |
|
|
|
|||||||||
|
Е [j J ' 1 {S' |
!‘V" |
|
=Е [.f.f 1/ |
х’ *) I |
|
||||||
Отсюда, и частности, следует, что |
I’], с : F,,. Положим |
|
||||||||||
( |
(/ (*, *, •) Я *(</««/■')- |
|
|
|
|
|
|
|
||||
« |
X |
|
1 1 |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
— J |
J / («, х, •) Np (ds dx) —j |
| / (s, x, |
•) JVp(ds dx). |
(3.8) |
||||||
|
|
i+ |
|
|
|
|
|
о |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда t -+ J |
| / (s, x, •) Np(dsdx) |
является (#"«)-мартингалом, |
что |
|||||||||
|
|
о |
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
доказывается подобно лемме 3.1. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Если предположим, что / е |
FpГ) Fp, то |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1+ |
/f(s, X, |
•) ftp (ds cfc)e |
J[a |
|
|||
|
|
|
|
|
\ |
|
||||||
|
|
|
|
|
о |
x |
|
|
|
|
|
|
70 |
ГЛ. II. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЫ И ФОРМУЛА ИТО |
|
|
<Л' |
\ f (s,x, |
-)N p(dsdx)\= |
\ |
^ f2(s,x„ |
’ )N p(dsdx). |
(3.9) |
|||||||||||
|
|
No |
х |
|
|
|
|
/ |
|
о |
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
Формула |
(3.9) |
доказывается |
подобно теореме 3.1 и |
лемме 3.1. |
|||||||||||||||
Пусть |
/ е |
Fj2,. |
Если положить*) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
/„ (S, X, ю) = |
|
(/ (s, X, со)) IUn (х) / |
(S, X, со), |
|
|
|||||||||||
T o /n ^F p OF * , |
|
и |
поэтому |
для |
каждого |
п |
определен |
интеграл |
|||||||||||
J |
J f n ( s , |
х,*) Np(dsdx). Согласно |
(3.9) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
о |
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i+ |
j* f n (s, х, -)NP (dsdx)— | |
|
|
|
•) Nv(dsdx)| |
|
|
|
||||||||||
|
j |
[ f m (s, x, |
= |
|
|||||||||||||||
|
о x |
|
|
|
|
|
|
o x |
|
|
|
|
|
|
) J |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
= |
E |
| J[/n(s*x, •) — /m(s, x, - ) ] 2 iVp(dsdx)^J, |
||||||||||
и, зпачит, |
К |
| /„ (s, x, |
•) Np(ds dx) !• |
|
является |
последователь- |
|||||||||||||
|
|
|
|
lo |
X |
|
|
|
|
Jn=l . |
|
|
|
Ы- |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
постью |
Коши |
в |
Жг. Обозначим |
ее |
предел через |
|
J |
|/($ , х, - ) х |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
X |
|
|
x N p(dsdx). |
Заметим, что формула |
(3.8) уже, вообще говоря, не |
|||||||||||||||||
выполняется, |
поскольку |
по |
отдельности |
члены |
в |
|
правой |
части |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£+ |
|
|
|
этой формулы могут и не иметь смысла. Иптеграл |
J |
\}(s, х, -)х |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
х |
|
|
x N p(dsdx) |
можно |
назвать |
«компенсированной суммой». |
|
|||||||||||||||
|
Наконец, если / е Fp1ос, то стохастический интеграл f |
f / (s,r, •) X |
|||||||||||||||||
Np(dsdx) |
|
определяется как тот |
единственный |
|
|
о |
X |
|
|||||||||||
|
элемент, который |
||||||||||||||||||
обладает свойством |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
<+ |
1 [о,о„] (s) / (st х, |
•) Атр (ds dx), |
п |
|
1 , 2 , |
|
|||||||
|
x |
(*A°») = |
j |
|
|
||||||||||||||
|
| 7' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оX
где {ол) — последовательность моментов остановки из (3.5).
*) { Un) выбирается так, что Un f X и E[Np(t, Un)\ < 00 Для каждого I > 0 и всех п.