[PDF] 1 Définition et premi`eres propriétés.





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FONCTIONS AFFINES (Partie 2)

3) Accroissements. Propriété des accroissements : Si A(xA ; yA) et B(xB ; yB) sont deux points de la droite (d) représentant la fonction f définie par.



Fonctions affines

III) Propriétés du coefficient directeur. 1) Proportionnalité des accroissements. Propriété : Soit f une fonction affine définie par f(x) = ax + b.



1 Définition et premi`eres propriétés.

Le but de ce chapitre est d'étudier parall`element quelques propriétés du mouvement Brownien et des pro- cessus `a accroissements stationnaires et indépendants 



6.3 Théorème de Rolle et des accroissements finis.

Exercice 6.28. Montrer que pour tout x ? R on a



Chapitre 8 Le Mouvement Brownien

alors la propriété d'accroissements indépendants revient `a dire que pour tout Considérons un processus gaussien `a accroissements indépendants centré.



Exercices corrigés Théor`eme de Rolle accroissements finis

g(x) = e. Solution de l'exercice 11. On consid`ere la propriété. (?n) fg est au moins n 



Processus Gaussiens

Définition propriétés



VARIATIONS DUNE FONCTION

Dire que est monotone signifie que est soit croissante soit décroissante. Propriété des accroissements : Soit la fonction affine définie sur ? ...



FICHE METHODE sur les FONCTIONS USUELLES I) A quoi servent

4) Une fonction est constante si et seulement si sa courbe est une droite parallèle à l'axe (ox) . ? Propriété 2 : ( PROPORTIONNALITE des ACCROISSEMENTS). Une 



Calcul stochastique libre : processus `a accroissements libres

en géométrie non commutative : on essaye de transporter des propriétés de `a accroissements indépendants en calcul stochastique tels que le mouvement.



[PDF] 63 Théorème de Rolle et des accroissements finis

Notons que les fonctions dérivées partagent des propriétés des fonctions continues même si elles ne le sont pas nécessairement (plus haut dans ces notes on a 



[PDF] 18 Le théorème des accroissements finis

On en déduit une première extension du théorème des accroissements finis pour les fonctions définies sur un ouvert d'un espace vectoriel normé E à valeurs dans 



[PDF] Exercices corrigés Théor`eme de Rolle accroissements finis

Exercice 10 (a) A l'aide du théor`eme des accroissements finis montrer que ?x > 0 1 x + 1 < ln(x + 1) ? ln x



[PDF] Chapitre 3 Dérivabilité des fonctions réelles

La notion de dérivée est une notion fondamentale en analyse Elle permet d'étudier les variations d'une fonction de construire des tangentes `a une courbe 



[PDF] Accroissements finis

L'inégalité des accroissements finis et son dessin Théor`eme IAF Soit f dérivable sur I := [ab] avec a < b et m et M deux nombres réels On suppose



[PDF] 52 Théorème de Rolle théorème des accroissements finis

Théorème des accroissements finis • Pour établir une propriété du type



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27 jui 2016 · El teorema del valor medio constituye una situación paradigmática que permite observar no solo las expectativas de los autores del currículo



Théorème et inégalité des accroissements finis Formule de Taylor

On remarque que plus qu'une application de l'inégalité des accroissements finis il s'agit de propriétés concernant d'une part les applications contractantes 



[PDF] Gradient - Théorème des accroissements finis - Exo7

GRADIENT – THÉORÈME DES ACCROISSEMENTS FINIS ce qui signifie que le gradient est orthogonal au vecteur tangent C'est une propriété purement

  • Pourquoi le théorème des accroissements finis ?

    Fonction d'une variable réelle à valeurs réelles
    Graphiquement, le théorème des accroissements finis indique que, pour toute droite sécante en deux points à une courbe différentiable, il existe, entre ces deux points, une tangente parallèle à la sécante.
  • Comment utiliser l'inégalité des accroissements finis ?

    L'inégalité des accroissements finis se généralise aux fonctions de plusieurs variables. Théorème : Soit U un ouvert de Rn et f:U?Rp f : U ? R p . Soit a et b deux points de U tels que le segment [a,b] soit contenu dans U .
  • Comment étudier la Dérivabilité d'une fonction en un point ?

    Soit f : [a, b] ? R une fonction. (1) Soit x0 ?]a, b[. Alors f est dérivable en x0 si et seulement si f est dérivable `a droite et `a gauche en x0 et fg(x0) = fd(x0). (2) f est dérivable en a si et seulement si f est dérivable `a droite en a.
  • On dit qu'une fonction est dérivable en �� = �� ? si ces limites existent. Si seule la limite à gauche ou à droite existe, alors on dit que la fonction est dérivable en �� = �� ? à gauche ou à droite respectivement.

Universit´e Paris-Dauphine2009-2010

Cours de "Processus Continus Approfondis"Janvier 2010

CHAPITRE 1 - LE MOUVEMENT BROWNIEN

Dans tout ce cours, le triplet (Ω,A,P) d´esigne un espace de probabilit´e, etEl"esp´erance associ´ee.

1 D´efinition et premi`eres propri´et´es.

1.1 D´efinition d"un processus de L´evy, d"un processus de Poisson et du mou-

vement Brownien.

Cette section est consacr´ee `a la d´efinition d"un processus de L´evy g´en´eral, ainsi qu"`a celles du mouvement

Brownien et du processus de Poisson, vus comme cas particuliers de processus de L´evy. Il existe de nom-

breuses autres caract´erisations d"un mouvement Brownienet d"un processus de Poisson dont certaines seront

vues dans la suite du cours.

D´efinition 1.1Un processus de L´evy est un processusX= (Xt)t?T`a valeurs dans un espace mesur´e(E,E)

tel que (a) il est `a accroissements ind´ependants (PAI); (b) il est `a accroissements stationnaires (PAS); (c) ses trajectoires sont continues `a droites et admettentdes limites `a gauche (c`adl`ag); (d)T= [0,∞),E=RdetX0= 0.

On appelle "taux de transition (de L´evy)" d"un PAISX(i.e. un processusXv´erifiant (a) et (b)) la loi de

X

t-X0, on noteμt=PXt-X0. Celui-ci "caract´erise" un PAIS: on parlera ainsi d"un "PAIS de taux de

transition (μt)t?T".

D´efinition 1.2Un mouvement brownien r´eel standard(Bt)t≥0est un processus de L´evy `a valeurs dansR

tel que (c") ses trajectoires sont continues; (e)Bt≂ N(0,t)pour toutt >0:μt(dx) =1 ⎷2πte-x2

2tdx. En particulier,E(Bt) = 0et var(Bt) =tpour

toutt≥0.

Sauf pr´ecision expresse du contraire un "mouvement brownien" d´esignera un "mouvement brownien r´eel

standard". Nous renvoyons `a la d´efinition 1.21 pour une d´efinition plus large du mouvement brownien.

D´efinition 1.3Un processus de Poisson(Nt)t≥0de param`etre/intensit´eλ >0est un processus de L´evy `a

valeurs dansNtel que (e")μt≂ P(λt)pour toutt >0:P(Nt=n) =μt(n) =e-λt(λt)n n!.En particulier,E(Nt) =λtet var(Nt) = tpour toutt≥0.

Voici maintenant quelques pr´ecisions concernant les notions utilis´ees dans la d´efinition 1.2.

1

D´efinition 1.4 (na¨ıve d"un processus)Pour le moment, un processus est juste une familleX= (Xt)

index´ee part?Tde v.a. `a valeurs dans un espace mesurable d"´etats(E,E). On supposera dans ce cours

T=R+ouT= [0,T],T >0, (mais on pourrait prendreT=N,ZouR, et mˆemeT=Rddans le cas d"un processus de Poisson "spatial"). On supposera ´egalementE=Rd(mouvement Brownien) ouE=N (processus de Poisson). On a doncX:T×Ω→EavecXt: Ω→Emesurable pour toutt?T.

D´efinition & Proposition 1.5Un processus stochatique(Xt)t?Test `a accroissements ind´ependants (PAI)

si ?t1< ... < tkXt1, Xt2-Xt1, ...,Xtk-Xtk-1sont ind´ependants,(1.1) ou, de mani`ere ´equivalente, si

Preuve de l"´equivalence entre (1.1) et (1.2).D"apr`es le th´eor`eme de classes monotones, l"assertion (1.2) est

´equivalent `a

?t1< ... < tkXtk-Xtk-1est ind´ependant de la tribuσ{Xt1, Xt2, ..., Xtk-1}, ou formul´e plus explicitement E(f(Xtk-Xtk-1)g(Xt1, ..., Xtk-1)) =E(f(Xtk-Xtk-1))E(g(Xt1, ..., Xtk-1))

pour toutes fonctions def,g?L0+. En introduisant la fonctionh(y1,...,yk-1) =g(y1,y1+y2,...,y1+...+yk-1)

on en d´eduit que (1.2) est ´equivalent `a E(f(Xtk-Xtk-1)h(Xt1, ..., Xtk-1-Xtk-2)) =E(f(Xtk-Xtk-1))E(h(Xt1, ..., Xtk-1-Xtk-2))

pour toutes fonctions def,h?L0+. En utilisant la densit´e des fonctions tensoris´eesh(y1,...,yk-1) =

h

1(y1)...hk-1(yk-1) (ou la densit´e des fonctions du typeeλ·Xou un argument de classe monotone ...) on

obtient que (1.2) est ´equivalent `a

pour toutes fonctionsf,h1,...,hk-1?L0+. En it´erant cette identit´e, on voit que cela est ´equivalent `a

ce qui est pr´ecis´emment (1.2).?? D´efinition 1.6Un processus stochatique(Xt)t?Test `a accroissements stationnaires (PAS) si ?t?T,?h >0la loi deXt+h-Xtne d´epend pas det.

Plus pr´ecis´ement, il existe une famille(μh)de lois de probabilit´e surEtelle que pour toutt,h≥0et toute

fonctionφ?L0+on a

E(φ(Xt+h-Xt)) =?

E

φ(y)μh(dy).

Remarque 1.7Attention, il ne faut pas confondre un processus stochatique(Xt)t?T`a accroissements stationnaires avec

- un "processus stationnaire", ce qui signifie que pour toutT,t1,...,tnla loi de(Xt1+T,...,Xtn+T)ne d´epend pas deT;

- un "processus stationnaire du second ordre", ce qui signifie queEX2t<∞pour toutt?Tet la fonction de covariance

K(t,s) :=E[(Xt-EXt)(Xs-EXs)]est (seulement) une fonction det-spour toutt,s?T. 2

D´efinition 1.8Etant donn´e un processusX= (Xt)t?T, pour toutω?Ωfixe, la fonctionX(·,ω) :T→E,

t?→Xt(ω)est appell´ee une trajectoire deX(correspondant `a l"al´eaω).

On dit qu"un processus stochatique(Xt)t?Test

- `a trajectoires continues si: ?ω?Ωl"applicationT→E, t?→Xt(ω)est continue, - `a trajectoires continues `a droite (c`ad) si: ?ω?Ω,?t?TXt(ω) = limε→0,ε>0Xt+ε(ω), - `a trajectoires admettant des limites `a gauches (l`ag) si: ?ω?Ω,?t?T,??t,ωlimε→0,ε<0Xt+ε(ω) =?t,ω.

Comme cela ne porte pas `a ambigu¨ıt´e, on omettra souvent depr´eciser "`a trajectoires": on dira simplement

queXest un processus continu, c`ad, l`ag ou c`adl`ag.

D´efinition 1.9On dit qu"un vecteur al´eatoireY`a valeurs dansRdsuit une loi gaussienne centr´ee et de

varianceσ >0, on noteY≂ N(0,σ), ou pour ˆetre plus pr´ecisY≂ N(0,σI), si P

Y(dy) =gσ(y)dy, gσ(y) :=e-|y|2

2σ (2πσ)d/2.

Le but de ce chapitre est d"´etudier parall`element quelques propri´et´es du mouvement Brownien et des pro-

cessus `a accroissements stationnaires et ind´ependants `a trajectoires continues `a droite (PAISc`ad). Ceux-ci

forment une classe plus vaste puisqu"elle contient, entre autres, le mouvement Brownien, les processus de

Poisson (´etudi´es au chapitre 3) mais ´egalement les marches al´eatoires et les processus de L´evy. L"int´erˆet de

cette ´etude simulatann´ee est d"une part de bien faire ressortir dans les propri´et´es du mouvement brownien

ce qui est cons´equence de son caract`ere PAISc`ad et ce qui est cons´equence de son caract`ere plus sp´ecifique

"gaussien" et/ou "`a trajectoires continues", et d"autre part, de pouvoir utiliser les r´esultats obtenus ici lors

de l"´etude des processus de Poisson dans les prochains chapitres.

1.2 Martingales remarquables et propri´et´es de Markov d"un PAISc`ad.

D´efinition 1.10On dit qu"un processus(Xt)t?Test sommable (ou int´egrable) siE(|Xt|)<∞pour tout

t?T, on noteX?L1. Dans la suite,tous les processus seront sommables, et on oubliera donc

souvent de le pr´eciser. On dit qu"un processus est centr´e siE(Xt) = 0pour toutt?T. On dit qu"un

processus(Xt)t?Test de carr´e sommable siE(|Xt|2)<∞pour toutt?T, on noteX?L2. Lemme 1.11SoitXun PAISc`ad de carr´e sommable. Alors il existeλ?Retσ≥0tels que ?t≥0E(Xt-X0) =λt,var(Xt-X0) =σt. Preuve du Lemme 1.11.En effet, montrons par exemple la premi`ere identit´e, et on peut supposer X

0= 0 (sinon le translat´eXt-X0est encore un PAISc`ad). Pourt=p,q?N, on a

E(Xp) =E(Xp-Xp-1) +...+E(X1) =pE(X1), E(X1) =E(X1-X1-1/q) +...+E(X1/q) =q E(X1/q),

d"o`u on d´eduitE(Xt) =tE(X1) pour toutt?Q+, puis pour toutt?R+par l"hypoth`ese de continuit´e `a

droite. De mˆeme, en posantYt=Xt-EXt, on a pour toutp?N, E(Y2p) =E((Yp-Yp-1)2) + 2E(Yp-Yp-1)E(Yp-1) +E((Yp-1)2) =E((Yp-Yp-1)2) +...+E((Y1)2) =pE((Y1)2), 3 et on conclut comme pr´ec´edemment.??

Les martingales constituent une classe tr`es importante deprocessus car elles poss`edent des propri´et´es de

r´egularit´es locales (voir notamment la section consacr´ee aux "in´egalit´es maximales de Doob") et de com-

portement asymptotique (voir le cours de "processus discrets") tout `a fait remarquables, qui en font un outil

puissant.

D´efinition 1.12SoitXun processus et(FXt)sa filtration canonique. Un processus stochatique(Mt)t?Test

uneFX-martingale si (Mtest sommable,FXt-mesurable/adapt´e et) ?t≥sE(Mt|FXs) =Ms. LorsqueMest uneFM-martingale, on dira juste queMest une martingale.

Commen¸cons par un r´esultat "tr`es g´en´eral", puisqu"ilne repose que sur la seule propri´et´e d"accroissements

ind´ependants.

Proposition 1.13Soit(Xt)t?Tun PAI.

(i) - Si(Xt)?L1pour toutt?T, alors le processusMt:=Xt-EXtest une martingale centr´ee; en particulierBtest une martingale. (ii) - SiXt?L2pour toutt≥0, alors le processusM2t-E(M2t)est uneFXt-martingale centr´ee; (iii) - Sieu Xt?L1, pour toutt≥0et un certainu?R, alors le processusez Xt/E(ez Xt)est uneFXt- martingale pour toutz?C,?ez=u. Exercice 1.14Appliquer la proposition 1.13 aux processus de Poisson et Brownien. - En particulier,Bt,B2t-t,eu Bte-u2t/2eteiu Bteu2t/2sont desFBt-martingales pour toutu?R. - En particulier,Nt-λt, (Nt-λt)2-λt,aNte-a tsont desFNt-martingales pour touta?C.

Preuve de la Proposition 1.13.(i) - On a en effet

E(Mt|FMs) =E(Xt-Xs|FXs) +E(Xs|FXs)-EXt

=E(Xt-Xs) +Xs-EXt=Xs, puisqueFMt=FXt. (ii) - Pour toutt > s, on a d"une part puisqueMtest centr´ee

E(M2t|FXs) =E((Mt-Ms+Ms)2|FXs)

=E((Mt-Ms)2) + 2(E(Mt-Ms))Ms+M2s =E((Mt-Ms)2) +M2s, et de la mˆeme fa¸con

E(M2t) =E((Mt-Ms)2) + 2(E(Mt-Ms))E(Ms) +E(M2s)

=E((Mt-Ms)2) +E(M2s).

On conclut en prenant la diff´erence de ces deux identit´es eten remarquant queE(M2t) =E(B2t) =tlorsque

X=B. (iii) - Pour toutt > s, on a d"autre part, E(euXt|FXs) =E(eu(Xt-Xs)euXs|FXs) =E(eu(Xt-Xs))euXs, 4 et de la mˆeme fa¸con

E(euXt) =E(eu(Xt-Xs)euXs) =E(eu(Xt-Xs))E(euXs).

On conclut en prenant le quotient de ces deux identit´es et enremarquant queE(euBt) =eu2t/2lorsque

X=B.??

Les processus de L´evy (resp. les PAISc`ad) jouissent d"uneversion"particuli`erement agr´eable et puissante"

de la propri´et´e de Markov qui affime qu"un processus de L´evy(resp. un PAISc`ad)"renaˆıt tout neuf de

ses temps d"arrˆet". Nous donnons d`es `a pr´esent un premier r´esultat qui correspond `a un"temps d"arrˆet

d´eterministe"(et qui ne n´ecessite pas d"hypoth`ese de r´egularit´e). Cer´esultat sera g´en´eralis´e ult´erieurement

`a un temps d"arrˆet al´eatoire (Th´eor`eme 3.14).

Th´eor`eme 1.15SoitX= (Xt)t?Tun processus etT?Tun temps fixe. On d´efinit le processusY= (Yt)t?T

parYt:=Xt+T-XT,?t?T. - SiXest un PAI alorsYest un PAI de mˆeme taux de transition. - SiXest un PAS alorsYest un PAS ind´ependant deFXT. - La r´egularit´e des trajectoires deYest la mˆeme que celle des trajectoires deX.

En particulier, siXest un processus de L´evy (resp. un PAISc`ad) alorsYest un processus de L´evy (resp.

un PAISc`ad) de mˆeme taux de transition queXet ind´ependant deFXT. Preuve du Th´eor`eme 1.15.Le caract`ere stationnaire des accroissements r´esulte de Y

D"une part, pour une suite de tempst1< ... < tket des fonctions bor´eliennes positivesf1, ... ,fk, on a

E(f1(Yt1)f2(Yt2-Yt1)....fk(Ytk-Ytk-1)) =

ce qui d´emontre queYest `a accroissements ind´ependants. D"autre part, pourZune va positiveFT-

E(Z F(Yt1,...,Ytk)) =E(Z F(Xt1+T-XT,...,Xtk+T-XT)) =E(Z)E(F(Xt1+T-XT,...,Xtk+T-XT)) =E(Z)E(F(Yt1,...,Ytk)), ce qui d´emontre queYest ind´ependant de la tribuFXT.??

1.3 Mouvement brownien et processus gaussiens.

Nous donnons maintenant plusieurs autres caract´erisations d"un mouvement brownien qui reposent sur son

caract`ere "gaussien".

D´efinition 1.16On appelle "loi d"un processus" stochatique(Xt)t?Tla "famille des lois marginales de

dimension finie", c"est-`a-dire, la famille des loisμJdes vecteursXJ:= (Xt)t?JlorsqueJparcoursPf(T)

l"ensemble des parties finies deT. En d"autres termes,J={t1,...,tk}est un sous-ensemble fini deT, t

1< ... < tketXJ= (Xt1,...,Xtk)est une va `a valeurs dansEJet de loiμJ.

- On dit que deux processusXetYont mˆeme loi, on noteX≂Y, siXJ≂YJpour toutJ? Pf(T).

Attention,cela ne signifie pas queX=Y.

5

D´efinition 1.17Un processus stochatique(Xt)t?Test gaussien si ses lois marginales de dimension finie

sont des vecteurs gaussiens. Un processus stochatique(Xt)t?Test donc gaussien si ?t1< ... < tkle vecteur(Xt1, ...,Xtk)est gaussien, c"est-`a-dire si ?tj?T,?uj?Rla va?u jXtjest gaussiennne. Voici plusieurs autres caract´erisations d"un mouvement brownien.

Proposition 1.18SoitX= (Xt)t≥0un processus r´eel continu tel queX0= 0. Les assertions suivantes

sont ´equivalentes. (i)Xest un mouvement brownien; (ii)Xest un processus gaussien centr´e et de covariance

E(XtXs) = min(s,t) =s?t?s,t≥0;

(Xt1, ...,Xtn-Xtn-1)≂ N(0,A), Ajk= (tk-tk-1)δjk;

E(f1(Xt1)...fn(Xtn)) =?

R (v) pour toutu?Rle processuseiu·Xte|u|2t/2est une martingale. Preuve de la Proposition 1.18.(i)=?(ii).Xest alors un processus centr´e et gaussien puisque pour toutu1,...,un?Rd?u iXti=?v i(Xti-Xti-1) +v1Xt1 est une va gaussienne comme somme de va gaussiennes ind´ependantes, et sit > s≥0

E(XtXs) =E(Xt-Xs)E(Xs) +E(X2s) =s.

(ii)=?(iii).La loi d"un processus gaussien est d´efini par sa moyenne et sacovariance qui viennent d"ˆetre

identifi´es. Plus pr´ecis´ement, le vecteurY:= (Y1,...,Yn),Yj:=Xtj-Xtj-1, est gaussien centr´e, de matrice

de covarianceAjk= (tj-tj-1)δjkpuisque

E(Y2i) =E(X2t

j)-2E(XtjXtj-1) +E(X2t j-1) =tj-2tj-1+tj-1=tj-tj-1, et pourj > k E(YjYk) =E[XtjXtk-XtjXtk-1-Xtj-1Xtk+Xtj-1Xtk-1] =tk-tk-1-tk+tk-1= 0.

Cela implique bienY≂ N(0,A).

(iii)=?(i).Il suffit d"une part de remarquer que pour toutφ?Cb(R) et puisque (Xt+h-Xt,Xt) est un vecteur gaussien de loi connue

E(φ(Xt+h-Xt)) =?

R

2φ(y2)gt(dy1)gh(dy2)dy1dy2=?

R

φ(y)gh(dy)dy

6 ce qui signifie bien queXtest un PAS de taux de transition la loigh(x)dx. D"autre part, pour tout

1,...,φn?Cb(R) on a

E(φ1(Xt1)...φn(Xtn-Xtn-1)) =?

R R

1(y1)gt1(y1)dy1...?

R n(yn)gtn-tn-1(yn)dyn =E(φ1(Xt1))...E(φn(Xtn-Xtn-1)), ce qui signifie que (Xt) est un PAI. (iii)??(iv).Cela r´esulte d"un changement de variables. Partant de (iii), on a E[φ(Xt1,...,Xtn)] =E[φ(Xt1,Xt1+ (Xt2-Xt1),...,Xt1+...+ (Xtn-Xtn-1))] R R nφ(x1,x2,...,xn)n? k=1g tk-tk-1(xk-xk-1)dxk

o`u on a effectu´e le changement de variables (y1,...,yn)→(x1,...,xn),xk=y1+...+yk(de sorte que

y k=xk-xk-1). inversement, par densit´e, de (iv) on d´eduit

E(φ(Xt1,...,Xtn)) =?

R nφ(x1,...,xn)n? k=1g tk-tk-1(xk-xk-1)dxk, puis

E(ψ(Xt1,...,Xtn-Xtn-1) =?

R nφ(x1,...,xn-xn-1)n? k=1g tk-tk-1(xk-xk-1)dxk R nφ(y1,...,y-n)n? k=1g tk-tk-1(yk)dyk,

o`u on a effectu´e le changement de variables (x1,...,xn)→(y1,...,yn),yk=xk-xk-1, ce qui est pr´ecis´ement

(iii). (i)=?(iv).Cela a d´ej`a ´et´e d´emontr´e dans la Proposition 1.13. (v)=?(iii).L"hypoth`ese s"´ecritE(eiu(Xt-Xs)|FXs) =e-u2(t-s)/2pour toutu?R,s < t?T. On ´ecrit pouru1,...,uk?Rett1< ... < tk?T E? =E? E? eiuk(Xtk-Xtk-1)|FXt k-1? eiuk-1(Xtk-1-Xtk-2)...eiu1(Xt1)? =E? eiuk-1(Xtk-1-Xtk-2)...eiu1(Xt1)? e-u2k(tk-tk-1)/2

On en conclut que (Xtk-Xtk-1, Xtk-1-Xtk-2, ..., Xt1) suit une loiN(0,A) puisque un vecteur al´eatoire

est caract´eris´e par sa transform´ee de Fourier.?? Proposition 1.19SiBest un mouvement brownien, il en est de mˆeme pour

1.Xt:=a-1Ba2tpour touta?= 0;

2.Xt=Bt+t0-Bt0,t0>0;

3.Xt:=BT-t-BT,t?[0,T];T >0.

7

Preuve de la Proposition 1.19.Le r´esultat d´ecoule de la caract´erisation d"un mouvement Brownien en

terme de processus gaussien.?? Proposition 1.20SoitX= (Xt)t≥0= (X1t,...,Xdt)un processus `a valeurs dansRd. AlorsXest un mouvement brownien si, et seulement si, (i)Xkest un mouvement brownien r´eel pour toutk= 1,...,d; (ii) les processusX1, ...,Xdsont ind´ependants.

Preuve de la Proposition 1.20.En revenant `a la d´efinition du mouvement brownien, il est clair (i) et

(ii) implique queXest un mouvement brownien `a valeurs dansRd. Il reste `a d´emontrer que siXest un

mouvement brownien alors les processusX1, ...,Xdsont ind´ependants. Or on a pourj?=k,u,v?Ret

E(eiuXjseiv Xkt) =E(eiu Xjs+iv Xkseiv(Xkt-Xks))

=E(eiu Xjs+iv Xks)E(eiv(Xkt-Xks)) (Xest un PAI) =E(eiu Xj s)E(eiv Xk s)E(eiv(Xk t-Xk s)) (Xs≂ Nd(0,1)?Xjs??Xks) =E(eiu Xj s)E(eiv Xk seiv(Xk t-Xk s)) (Xest un PAI) =E(eiu Xj s)E(eiv Xk t), et on conclut par un argument de densit´e.??

D´efinition 1.21On appelle parfois mouvement brownien (g´en´eral) de condition initialeX0, de d´eriveμet

d"´ecart typeσun processus continuX`a accroissements stationnaires et ind´ependants et tel que

X t-X0≂ Nd(μt,σ I).

On passe d"un mouvement brownienB(standard issu de0) `a un mouvement brownien (g´en´eral) en con-

sid´erant une vaX0ind´ependante deB, une d´eriveμ?Ret un ´ecart typeσ >0et en introduisant le

processusXt:=Bσt+μt+X0.

Exercice 1.22[Dur2, page 245]

processus gaussiens de moyenne nulle et de variances(1-t). b) EtudierZt:=e-tBe2t.

Il est possible de d´evelopper directement (sans lire les sections 2, 3, 4) le calcul stochastique brownien.

Le seul r´esultat n´ecessaire estl"in´egalit´e maximale de Doobpr´esent´ee dans la section 6 et qui permet de

d´emontrer la continuit´e de l"int´egrale stochastique. Ce r´esultat peut ˆetre omis en premi`ere lecture.

Nous allons pr´esenter dans la suite de ce chapitre trois propri´et´es remarquables - la loi du tout ou rien; - la propri´et´e de Markov forte; - le th´eor`emes d"arrˆet (ou ´echantillonage) et des in´egalit´es maximales de Doob.

Pour formuler ces r´esultats nous allons avoir besoin de la notion defiltration, detemps d"arrˆetet enfin de

(sous-)martingales.

2 Loi du 0-1 et applications

Pour aller un peu plus loin nous allons avoir besoin de la notion defiltration, ce qui va nous permettre de

g´en´eraliser la notion deMartingale, et de la notion detemps d"arrˆet, ce qui va nous permettre d"´enoncer la

propri´et´e de Markov forte. 8

2.1 Th´eor`eme du "tout ou rien" ou loi du 0-1 de BlumenthalTh´eor`eme 2.1 (Loi 0-1 de Blumenthal)Soit(Xt)t>0un PAIc`ad tel queX0= 0. AlorsFX0+est triviale:

pour toutA? F0+on aP(A)? {0,1}, o`u on a pos´e F

X0+:=?

s>0F Xs=? s>0, s?QF Xs.

Preuve du th´eor`eme 2.1.Par d´efinition on aXs-Xε? Fεpour touts > ε >0, doncXs-Xε? F0+

(puisqueF0+? Fε). Par un lemme du chapitre 0 (qui r´esulte du th´eor`eme de laclasse monotone) on

X

s-X0= limε→0(Xs-Xε), la fonctionXsestBt-mesurable (comme limite de fonctionsBt-mesurables), et

doncBt=Ft. On a donc d´emontr´eFt? F0+, et encore une fois l"inclusionF0+? FtimpliqueF0+? F0+. Cela implique imm´ediatement queF0+est triviale.??

2.2 Application du th´eor`eme du "tout ou rien".

Th´eor`eme 2.2 (Visites)(i) On a p.s. pour toutε >0 sup (ii) Pour touta?R, soitTa= inf{t,Bt=a}(inf∅=∞). Alors p.s.,?a?R, Ta<∞. (iii) En cons´equence, p.s. limsup t→∞Bt= +∞,liminft→∞Bt=-∞. Preuve du th´eor`eme 2.2.Par sym´etrie (-B≂B) on peut ne traiter que le "cas positif". (i) Consid´erons l"´ev´enement A:=? n{sup s>0}. Alors d"une partAest clairementF0+-mesurable, et d"autre part

P(A) = limn→∞P({sup

s>0})≥1 2 puisque pour toutn?N?

P({sup

s>0})≥P({B1/n>0}) =1 2.quotesdbs_dbs35.pdfusesText_40
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