2

Броуновское движение

[8/0%]
LaTeX
Задача 2.1

Пусть WW — броуновское движение на [0,1][0,1]. Пусть

Yt=W1−t−W1. Y_{t}=W_{1-t}-W_{1} .

Покажите, что YtY_{t} — броуновское движение на [0,1][0,1].

?
Задача 2.2

Это упражнение показывает, что проекция dd-мерного броуновского движения на гиперплоскость даёт одномерное броуновское движение. Пусть (Wt(1),…,Wt(d))\left(W_{t}^{(1)}, \ldots , W_{t}^{(d)}\right) — dd-мерное броуновское движение, начатое из 0, и λ1,…,λd∈R\lambda_{1}, \ldots , \lambda_{d} \in \mathbb {R} с ∑i=1dλi2=1\sum_{i=1}^{d} \lambda_{i}^{2}=1. Покажите, что Xt=∑i=1dλiWt(i)X_{t}=\sum_{i=1}^{d} \lambda_{i} W_{t}^{(i)} — одномерное броуновское движение, начатое из 0.

?
Задача 2.3

Это упражнение показывает, что вращение броуновского движения вокруг начала координат даёт снова броуновское движение. Пусть WW — dd-мерное броуновское движение, начатое из 0, и пусть AA — ортогональная матрица размера d×dd \times d, то есть A−1=ATA^{-1}=A^{\mathrm{T}}. Покажите, что Yt=AWtY_{t}=A W_{t} снова является dd-мерным броуновским движением.

?
Задача 2.4

Вот утверждение, обратное к упражнению 2.2: грубо говоря, если все проекции dd-мерного процесса XX на гиперплоскости являются одномерными броуновскими движениями, то XX — dd-мерное броуновское движение.

Пусть (Xt1,…,Xtd)\left(X_{t}^{1}, \ldots , X_{t}^{d}\right) — dd-мерный непрерывный процесс, то есть принимающий значения в Rd\mathbb {R}^{d}. Пусть {Ft}\left\{ \mathcal{F}_{t}\right\} — минимальный пополненный поток σ\sigma-алгебр, порождённый XX. Предположим, что при любых λ1,…,λd∈R\lambda_{1}, \ldots , \lambda_{d} \in \mathbb {R} с ∑i=1dλi2=1\sum_{i=1}^{d} \lambda_{i}^{2}=1 процесс ∑i=1dλiXti\sum_{i=1}^{d} \lambda_{i} X_{t}^{i} является одномерным броуновским движением, начатым из 0 относительно потока {Ft}\left\{ \mathcal{F}_{t}\right\}.

?
(1)

Если u=(u1,…,ud)u=\left(u_{1}, \ldots , u_{d}\right), пусть ∥u∥=(∑uj2)1/2\| u\| =\left(\sum u_{j}^{2}\right)^{1 / 2} и пусть λj=uj/∥u∥\lambda_{j}=u_{j} /\| u\|. Вычислите

E[exp(i∑j=1dujXtj)]=E[exp(i∥u∥∑j=1dλjXtj)] \mathbb {E}\left[\mathrm{exp}\left(i \sum _{j=1}^{d} u_{j} X_{t}^{j}\right)\right]=\mathbb {E}\left[\mathrm{exp}\left(i\| u\| \sum _{j=1}^{d} \lambda _{j} X_{t}^{j}\right)\right]

совместную характеристическую функцию XtX_{t}.

(2)

Если t0<t1<⋯<tnt_{0}<t_{1}<\cdots <t_{n}, используя независимость и (1), вычислите

E[exp(i∑k=0n−1∑j=1dujk(Xtk+1j−Xtkj))] \mathbb {E}\left[\mathrm{exp}\left(i \sum _{k=0}^{n-1} \sum _{j=1}^{d} u_{j}^{k}\left(X_{t_{k+1}}^{j}-X_{t_{k}}^{j}\right)\right)\right]
(3)

Докажите, что (Xt1,…,Xtd)\left(X_{t}^{1}, \ldots , X_{t}^{d}\right) — dd-мерное броуновское движение, начатое из 0.

(С потоками σ\sigma-алгебр нужно быть внимательным. Если известно лишь, что Yλ=∑iλiXiY^{\lambda }=\sum_{i} \lambda_{i} X^{i} является броуновским движением относительно потока, порождённого YλY^{\lambda }, для каждого λ=(λ1,…,λd)\lambda =\left(\lambda_{1}, \ldots , \lambda_{d}\right), утверждение неверно. См. Revuz and Yor (1999), упражнение I.1.19.)

Задача 2.5

Пусть WtW_{t} — броуновское движение, и предположим

lim⁡t→∞Wt/t=0,  п.н. (2.5) \lim _{t \rightarrow \infty } W_{t} / t=0 \text{, } \quad \text{ п.н. } \tag {2.5}

Пусть Zt=tW1/tZ_{t}=t W_{1 / t} при t>0t>0 и положим Z0=0Z_{0}=0. (Это называется обращением времени.) Покажите, что ZZ — броуновское движение. (Позже мы увидим, что предположение (2.5) излишне; см. теорему 7.2.)

?
Задача 2.6

Пусть XX и YY — два независимых броуновских движения, начатых из 0, и пусть t0>0t_{0}>0. Пусть

Zt={Xt,t≤t0,Xt0+Yt−t0,t>t0. Z_{t}= \begin{cases} X_{t}, & t \leq t_{0}, \\ X_{t_{0}}+Y_{t-t_{0}}, & t>t_{0} .\end{cases}

Докажите, что ZZ также является броуновским движением.

?
Задача 2.7

Пусть Ft00\mathcal{F}_{t}^{00} и Ft0\mathcal{F}_{t}^{0} определены как в (1.1) и (1.2). Докажите, что если XX измерима относительно Ft0\mathcal{F}_{t}^{0}, то существует ZZ такое, что ZZ измерима относительно Ft00\mathcal{F}_{t}^{00} и Y=ZY=Z п.н.

?
Задача 2.8

Пусть Ft00\mathcal{F}_{t}^{00} и Ft0\mathcal{F}_{t}^{0} определены как в (1.1) и (1.2). Симметрической разностью двух множеств AA и BB называется A△B=(A\B)∪(B\A)A \bigtriangleup B=(A \backslash B) \cup (B \backslash A). Докажите, что

Ft0={A⊂Ω:A△B∈N для некоторого B∈Ft00}. \mathcal{F}_{t}^{0}=\left\{ A \subset \Omega : A \bigtriangleup B \in \mathcal{N} \text{ для некоторого } B \in \mathcal{F}_{t}^{00}\right\} .
?