2007年9月 渭南师范学院学报 Sept.2007 第22卷第5期 Journal of Weinan Teachers University VoI.22 No.5 带Poisson跳随机微分方程解的存在与唯一性 陈建斌,王拉省 (西安工程大学理学院,西安710048) 摘要:讨论了一类带Poisson跳的随机微分方程解的存在唯一性问题,在局部Lipschitz条件下给出了带跳随机微分 方程懈的存在与唯一性的充分条件. 关键词:Poisson跳;局部Lipschitz条件;带跳的l击公式 中图分类号:0211.6 文献标志码:A 文章编号:1009--5128(2007)o5—O0o3—06 收稿日期:2007—05--30 基金项目:国家自然科学基金项目(10561113);西安工程大学校管项目(2006XG41) 作者简介:陈建斌(1966一),男,陕西长武人,西安工程大学理学院讲师,理学硕士. 近年来,带跳的随机微分: 程因其广泛的应用前景而令人注目,由于带跳的随机微分方程能更好地描 述出现在经济学、物理学、生态学、生物学、医学等领域的客观现象.例如,战争及国家的重大政策的改变以 及可抗拒自然灾害等消息使得股票价格发生的变动.因而关于带跳的随机微分方程的研究引起了人们的 广泛兴趣¨ ].主要涉及三个方面,一个是解的存在唯一性,一个是数值解的收敛性,一个是解的稳定性问 题.由Brownian驱动的随机微分方程解的存在唯一性已有相关结果【. .一个自然的问题是带Poisson跳 的随机微分方程在什么条件下有解?解是否唯一?本文在局部Lipschitz条件下给出了带Poisson跳的随机 微分方程解的存在唯一性的充分条件,这一结果可以看作是文献 的推广. 假设 (t)=(gO。(t),…,Og (t) )是概率空间(以, { I’0,P)具有独立分量的印置应的m维标正 Brownian运动,J7、r(t)是强度为A的数值Poisson过程.其域流{刃御满足通常的条件(即 是右连续的且 而每个 是完备的且 包含所有的P.零概集).令五.=limIfI置,以c([口,6];R。)表示所有的从[口,6] 到 的左极限右连续随机过程,在c([口,6];R。)上赋以范数ll ll=sup 一‘I I,这里I.I表示R 上的欧氏范数,即I I= ,( E R。).如果A是一个向量或矩阵,用A 表示其转置.若A是矩阵,它的 迹范数记为I A I= ̄/trace(A: ).用c ;R。)表示【口,6]上全体有界 可测的、取c [口,6];R )值 的随机变量.给定P>0,t 0 ,记 为体全 可测、满足条件sup ;‘ ( (J)I <∞的c([n,6];R ) 值随机变量. 给定函数 ,: +× [a,6];R。)× [口,6];R。) 一R。; g: +× [0,6];R。)X [口,b];R。) —・R“‘; (1) h: +× [0,6];R。)× [口,6];R。) —・R。. 考虑如下带Poisson跳的随机微分方程(SDVJ) ’ f (t)= t, (t.)dt+g(t, (t.))幽。+^(t, (t.))aN,,t 0 , 、 ‘Lx(0 )=‰, .其中 (t.)=lim….. (J),初值 (0.)是 可测,且满足条件 ( ) <∞. 定义1 给定概率空间( ,YT,{刃I’0,P)以及Brownian运动( , 及Poisson过程(Ⅳ., ,t s T, 如果存在随机过程(五, 满足方程(2),则称 是随机微分方程(2)的强解. 引理1[71 (带跳的lt5公式)假设 (t)= t, (・})) +g(t, (1))d 4-JI(t, (1))dⅣ., 这里,在p下{ } 。l是一个标准Brownlan和是一个强度为A的Poisson过程.如果F(t, )是R上的一个 二次连续可微函数,那么 维普资讯 http://www.cqvip.com ・4・ 陈建斌,等:带Poisaon跳随机微分方程解的存在与唯一性 第22卷 ,( t)一F(x。)= +F Xs-) ,+寺 +F”( 一)d[ , ]: +∑{F(x )一F(x 一)一 一)Ax。f (3) 这里{ }是Poission过程的跳时间.一 引理2 (Gronwall—Bellman)设T>0,实函数g 0及h于[0,明上Lebsgue可积.若存在常数 K>0,对任意l E[0, ],有 g(t)=三;^(t)+k【g(s)ds. (4) 则对任意的l E[0, ]有 g(t) ^(t)+k【exp{ (t—s)}g(s)d . (5) 定理1 设函数,(t, ),g(t, ),^(t, )满足条件(2.1),且 (日。)(Lipsehitz条件)存在常数G>0,使得对任意的t E[0,明及 。, :E R 满足条件 I,(t, 1)一,(t, 2)I V I g(t, 1)一g(t, 2)I 2 V I^(t, 1)一^(t, 2)I=兰;C I l一 2 I. (6) ( )(线性增长条件)存在常数K>0,使得对任意的t E[0,明及 。, :E R ,有 I t, .)I +I g(t, )I +h(t, )I =三; (1+I I ) (7) 且‰与 , 独立,并满足条件 层(‰) <∞. (8) 则方程(2)在[0,明上有唯一的强解,满足条件 。帮 Ex (1)<oo・ 并且具有上述性质解的轨道是唯一的,即若 ,y是满足方程(2)的两个解,那么 P(sup_I (t)一y(t)I>0)=0・ (9) …州注释l 事实上,线性增长条件可由整体Lipschitx条件代替,这是由于存在常数K>0,使得对于所有 ^,y^E R ( =1,2), I,( I,yI)一,( 2,Y2)I V I g(xl,y1)一g(x2,Y2)I V I h(xl,y1)一h(x2,3'2)I s C(I l+ 2 I +I yl—Y2 I ); (10) 事实上,由(to)知 I,( ,y)I s 2 I f(x,y)一,(0,0)I +2 I,(0,0)I 2K[I I +I y I ]+2 I f(o,0)I :三; (1+I I +I y I ) (11) 类似地, I g(x,y)I (1+I I +I y I ), I h(x,y)I s (1+I I +I y I ), (12) 此处L=2max{c V I,(0,0)I V I(0,0)I V I h(0,0)I } 为证明定理1,我们先给出如下引理 引ill3 函数 l, ),g(£, ),^(t, )满足条件定理1条件( ),( ),若 (i=1,2)是定义在[0, ] 上的随机过程,满足条件: (I)由 (s), (s),^r(s),s t生成的 代数与Brownian运动增量 (t+r)一 (t),及Poisson过 程增量Ⅳ(t+r)一^r(t)(r>0)相互独立. (Ⅱ)。 层I (t)I<oo・ 给定在[0,列上的随机过程 zi(t)= (0)+ s, (s一)) +Ig(s, (s一))d + ^(s, (s一))dⅣJ, ( 3) 则存在常数L>0使得 层I zl(t)一z2(t)I =三;L[E I l(s)一 2(s)I (14) 证明 为方便起见,令 口(t, l, 2)=,(t, l(t一))一厂(t, 2(t一)), 6(t, l, 2)=g(t, l(t一))一g(t, 2(t一)), c(t, l, 2)=^(t, l(t一))一^(t, 2(t一)), 由(13)式知 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第5期 渭南师范学院学报 ・5・ z。(£)一z2(£)= 口(s, 。, :) + 6(s, 。,X2)d + c(s, 。, :)dⅣ|, 由三角不等式(口+b+c) 三 3(0,2+62+c )。因而 E l zl(£)一z2(£)I ≤3 E I 口(s, 。, :)也I +3 E I ̄b(s,xl,x2)d I +3 E『fc( x2)dN,I (15) 由(6)及Cauchy—Sehwarz: 等式得 露I 口s,xl,x2) I =三;露 l I口s,xl, )1 2sa≤c2 I 。(s)一 :(s)I (16) 由引理3的条件(II)及不等式 露 I 6(s, I, 2)I ≤ E I I(s)一x2(s)I 知g(t, I)一g(t, 2)=b(s, I, 2)E ,从而由 占等距公式知 露上6(s, I, 2)d I =露上I 6(s‘, I, )I . (17) 对于跳项,注意劐Poiaaon过程 (£):=Ⅳ(£)一At是平方可积鞅。并且有等距公式 ’ 露I c(s, 。, :) (s)I =A露 I c s,xl, :)I =A 露I c(3,Xl,X2)I , 从而有 露I c(s, .I =露I c( :)dTV(s)+A c( :) I 2露I上c(s, I, 2) (s)I +2A 露I J(c(s, I, 2)as I =2(A+A )露[I.耵 c(s, I,。 。 2)I 也 ≤2C2(A+A )[露I I, 2 I . (18) 将(16),(17),(18)代人(15)得 露I zI(£)一z2(£)I 3C2["T+l+2(A+A2T)].r露I I—x2 I (19) 在(19)中令L=3C2[ +1+2(A+A )]即得不等式(14). 下面用微分方程中常用的逐次逼近法来构造随机微分方程(3)式的解. 令‰(£); 。,对于n=1,2,… (£)= 。+ 3,3 ̄s_1(s)) + g(s, .。(s))d + ^(s, .。(s)) Ⅳ|. (20) 则序列{ } 具有下述性质: 命题1 由(20)式定义的序列{ } 在[0,T]是均方一致有界,即 。 I (£)I <+∞(21) 证明 由条件(7),(8)及不等式 露I (£)I 4(E I I +露I s, .I(s一))as I + I【g(s, .I(s一))d I +露I【^(s,.耵 I.I(s一)) I ) 如 露I (£)I s 4(E I I +£I 露I s, .I(s))I 也+ 露I g(s, I, 2)I 幽 +2(A+A £)【露I h(s, .I(s))I 2sa) 4(露I 。I +l J(露[1+I .I(s)I 2 3sa+ 上露[1+I .I(s)I ]也 +2(A+A2t) J( l+I (1)I ] ) 若令A=4 :。B=4 (1+2A)。D=B+4 (1+2A )T。那么 维普资讯 http://www.cqvip.com ・6・ 陈建斌,等:带Poisson跳随机微分方程解的存在与唯一性 E I (£)I =兰;(A+Bt+4 (1+2A ) )+(B+4/(2(1+2A )t) I (s)I ds 第22卷 s A+Dt+D上 I n.1(s)I ds 利用递推公式(22)及二重积分的性质 (£一s) 我们得到 E l .(t)I s A(1+Dt+…+ JI(r)dr= JI(s)出 (22) (2.23) I 竺— J1寻’ ) n +(Dt+..・+JT(D 由此推出 su p_1]E l …㈤ ), s A(1+Dt+..・+ + )+(叭…+D )s(A+1)eDr. 命题2证明 序列{ } 在[O, 均方一致收敛到 (t). 由公式(17),引理3中的公式(14)得 E I I(t)一 (t)I ≤ E I (s)一 I(s)I ds (24) 重复(24)并利用公式(23)推出 E l 由(20)得 ) ㈤I s )E l s) ㈤I 出 (25) E I I(t)一 。(t)I s三 E[1+I 。I ] s LT[1+EXo2]・ 将(26)代人(25)得 (26) su p_】E l 训 s[1+ ] . 的完备性,知存在 (t),使得 (27) (t)= (t)・ 从而序列{ } 在[o, 是均方一致柯西列,再由空间 命题3 序列{ } 在[O, ]上是以概率1收敛到 (t),即 P( I -(t)一 (t)I s艿)=1. 在概率的意义下, (t)是方程(2)的唯一解. 证明 仍沿用引理3的记号,令,,.=8[oU疗I. Xm ̄l(t)一 -(t)I,从而 ,,2 s 3l(sup_】I a( …盯), I( 出I) sup I( …。 , 5), ))d I) +( sup _.】I fo<s, .(s), ---(s)) I) ] 又因为 。 (28 su p_r_I上a(]s, n(s), n一-(s))ds I s。 】I上a(s, -(s), n一-(s))I ds s I s)一 。(s))I . 从而,由Lipschitz条件(6)及Cauchy—Schwarz不等式 p_】。 a( E(su …(s), I(s))as I) s c2 层I .(s)一 .t(s))I (29) 由下鞅不等式,得 E( su p_】。 6(s, (s一), I_l(s一))d I) s 4c2 E I a(s, .(s)一 一(s))I (3o) p_l c(s, (s一), _-l(s一))d I) s 2C ̄(4A+A2) 昱I .(s)一 .t(s))I 幽 (31) E(su …将(29)、(30)、(31)式代人(28),结合(31)知 ( )s 3C ̄T(r+4+2(4A ))(1+ ) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年第5期 渭南师范学院学报 ・7・ 再一次由下鞅不等式 ( 2> ) 3C ( +4+2(4A+ (1 +Ex0 ̄) n4 由级数主n-I 署 n 的收敛性及Bordl Cantelli引理知 (. IElu,J J I ( })一 (t)I 专,n 对于充分大,1)=1 (32) 因此,序列 (t)= 。+ [ (t)一 。一 (t)] 以概率1一致收敛到 (t)= 。+∑[ (t)一 (t)]. 而 (t)的可测性由‰(t)的可测性保证,并且 (t)的均方可积性由(21)给出. (t)是方程(2)的解由 (29)、(30)、(31)不等式给出,而解的唯一性由引理3得到不等式 I),(t)一 (t) 2 Jr o (s)一),(s)I ds, 因而由引理2知, I),(t)一 (t)I =0. 所以对于任意的t∈[0, , 尸( (t)=),(t))=1. 从而 尸( I (t)一),(t)I>O)=0, 即尸( (t)=),(t))=1. 结合命题1、2、3,定理1得证. 注释2 定理1的Lipschitz条件保证了解的全局存在唯一,这个条件相当严格排除了很多常见函数, 受Gilhaman和Skorohod【s 盼汪明启发,定理1假设条件(Ⅳ,)可以由局部Lipschitz条件代替. 定理2 设函数 t, ),g,(t, ),.Il(t, )满足条件(1),且 ( )(局部Lipschitz条件)若对任意的N>0,存在常数C >0,使得对任意的t∈[0, 及I l I Ⅳ,I l I d的 l, 2∈屁 满足条件 I/ t, 1)一 t, 2)I V I g(t, 1)一g(t, 2)I 2 V I.Il(t, 1)一.Il(t, 2)I C ( l一 2)I 2. (33) ( )(线性增长条件)存:茁常数K>0,使得对任意的t∈[0,T]及 , ∈屁 ,有 I/ t, )I +I g(t, )I +I h(t, )I K(1+I I ) (34) 且 。与 ,ⅣI独立,并满足条件 E( 0) <∞ (35) 则方程(2)在[0, 上有唯一的强解. 证明 为证明方便不妨令 o有界,令D = (t) Vt∈Eo,州,I (t)I Nt.并定义 (∽): ∽), 当 ∈D L0, 其它. g ct, ={L O:。 ‘' ’ 其它..∈ 。 hN(t, ):』^(∽), 当 ∈D L0, 其它. 由定理1知,方程 『ax(t)= (t, (t一)dt+g (t, (t一))aw,+h (t, (t一))aN,, L (0一)= 0 (36) 在 上有唯一解,不妨记为 (t). 定义停时 :=i {t∈[0, :I 肌 (t)I>N}, 当 ∈D 时,有 (t)= 肌 (t).从而 是递增的,再令 (t)= (t), 当0 t . 维普资讯 http://www.cqvip.com ・8・ 陈建斌,等:带Poisson跣随机微分方程解的存在与唯一性 第22卷 显然,对于任意的O s t s , (t)= (t) = (0)+J (s, (3--)) + g (s, (s一))d + Ill (s, (s一))dⅣI = (0)+ (3一)) +J(g(3, (3一))d +上Il(3, (3一)) 类似于命题3的证明,存在正常数y,使得 E[ sup _】I x(t A )I ]s y(1+EJ。 Il8【U。 。 (3)I 也・) 从而由引理2知 E[su p_】I (t A )I ]s ye , …因而,当Ⅳ一∞时, P( s )≤Ⅳ~E[ sup I (I A )I ]s N-Zye .0, .【。 所以 P( =∞)=1. 参考文献: [1]A.V.Svishchud,A.V.Kalemanovathe.Stochastic stability of interest rates with jump changes Theory[J].Probability and Math.Statist,2000,61:1—12. [2]D.J.Higham,P.E.Kloeden.Numerical Methods for Nonlinear Stcohastic Diferential equations with Jumps[J].Numerische Mathematik,2005,101(1):101—119. [3]D.J.Higham,P.E.Kloeden.Convergence and stability of implicit methods forjump—difusion systems[J].International Joumal of Numerical Analysis and Modeling,2006,3(2):125—140. [4]P.E.Kloeden,E.Platen.Numerical solution ofstcohastic diferentila equations[M].Beriln,Springer—Vedag,1992. [5]Thomasc C.Gard.Intrdouction to Stcohastic Diferential Equations[M].New York nad Basel:Marcel Dekker,Inc,1998. [6]x.R.Mao.Stcohastic Diferential Equations nad Applications[M].New York Hanvodo,1997. [7]A.Gardon.The order of approximation ofr solutions of Ita—type stcohastic diferential equations with jumps[J].Stcohastic Analysis nad Applications,2004(22):679—699. [8]I.I.Gihman,A.V.Skorokhod.Stcohastic Difrentila Equations[M].New York:Springer,1972. [9]Fima,C.Klebaner.Intrdouction to Stcohastic Calculus With Applications[M].London:Imperila College,1998. [责任编辑舒尚奇】 The Existence and Uniqueness of Solutions for Stochastic Different Equation with Poisson Jumps CHEN Jian.bin.WANG La.sheng (School of Science.Xi’an Polytechnic Universiyt.Xi’an 710048.China) Abstract:In this pape ̄the sut ̄cient conditinos of emiste ̄and uniqueness of the solutinos for stochastic different equation wiht Poisson jumps are given under the local Lipschtiz condition and the linear gosh condiiton. Key words:Poisson jumps;lcoal Lipsehtlz condition;l formula
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