Formula Feynman-Kac

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În matematică , formula Feynman-Kac , numită după autorii săi Richard Feynman și Mark Kac , este o ecuație care oferă o reprezentare a soluției anumitor clase de ecuații diferențiale parțiale (PDE) utilizând proprietățile probabiliste ale proceselor stochastice .

Ecuație omogenă

Luați în considerare un PDE în formă

în starea terminală

unde este , Și sunt funcții cunoscute și este necunoscut. Formula Feynman-Kac afirmă că soluția poate fi scrisă ca o valoare așteptată

unde este este un proces Itō caracterizat prin ecuația diferențială stocastică

.

Valoarea așteptată de mai sus poate fi aproximată prin metode Monte Carlo sau cvasi-Monte Carlo .

Demonstrație

Verificarea corectitudinii soluției are loc prin aplicarea limei Itō la funcția necunoscută . Da, da

Primul termen între paranteze este PDE în cauză și este, prin ipoteză, nul. Se obține integrarea ambilor membri ai expresiei rămase

prin urmare, rearanjarea termenilor și luarea valorii așteptate a ambilor membri

Deoarece valoarea așteptată a unei integrale Itō în raport cu mișcarea browniană este nul, se obține soluția dorită:

Extensia 1

Soluția ilustrată mai sus poate fi extinsă la o clasă mai largă de PDE-uri; este de fapt posibil să se arate că ecuația formei

în starea terminală

are pentru soluție:

Dovada acestui rezultat se desfășoară de-a lungul liniilor celei prezentate mai sus, cu diferența că lema Itō este aplicată funcției

Soluția ecuațiilor sub forma tocmai examinată este frecventă în domeniul finanțelor matematice; celebra ecuație Black-Scholes , care determină prețul de non- arbitraj al unui instrument derivat , are de fapt această formă.

Extensia 2

Luați în considerare PDE

definit pentru fiecare și fiecare , sub rezerva condiției:

unde este , sunt funcții cunoscute, este un parametru și necunoscutul. Formula Feynman-Kac afirmă că soluția poate fi scrisă ca o așteptare condiționată

în ceea ce privește măsura probabilității , astfel încât este un proces Itō ( proces Wiener generalizat) definit de ecuație:

unde este este un proces Wiener ( mișcare browniană ) și condiția inițială pentru Și .

Derivare

Este o soluție a ecuației. Aplicând lema lui Itō la proces:

primesti:

De cand:

al treilea termen este și poate fi trecut cu vederea. De asemenea, avem:

Aplicând din nou lema Itō la rezultă că Primul termen conține PDE inițial între paranteze și, prin urmare, este nul. Rămâne

Integrarea acestei ecuații din la se concluzionează că

Luarea valorii așteptate (condiționată de ) și observând că membrul din dreapta este o integrantă a lui Itō , care are valoarea zero așteptată, rezultă că:

Rezultatul căutat se obține observând că

și, în sfârșit:

Bibliografie

  • ( EN ) Barry Simon, Integrarea funcțională și fizica cuantică , Academic Press, 1979.
  • ( EN ) BC Hall, The Quantum Theory for Mathematicians , Springer, 2013.
  • ( EN ) Huyên Pham, Control stocastic continuu și optimizare cu aplicații financiare , Springer-Verlag, 2009.

Elemente conexe

Matematica Portalul de matematică : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de matematică