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鞅判断

Show the martingale

专题
Probability / 概率
难度
L4

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概率题:证明一个布朗运动鞅。

英文原题

Show that the process

Xt=cosh⁡(λWt)exp⁡(−λ2t/2)X_{t} = \cosh \left(\lambda W_{t}\right) \exp \left(-\lambda^{2} t / 2\right)

is a martingale.

解析

令

Xt=cosh⁡(λWt) e−λ2t/2=g(t,Wt),g(t,x)=cosh⁡(λx)e−λ2t/2.X_t=\cosh(\lambda W_t)\,e^{-\lambda^2 t/2}=g(t,W_t),\quad g(t,x)=\cosh(\lambda x)e^{-\lambda^2 t/2}.

计算偏导:

∂tg=−λ22g,∂xg=λsinh⁡(λx)e−λ2t/2,∂xxg=λ2cosh⁡(λx)e−λ2t/2.\partial_t g=-\frac{\lambda^2}{2}g,\quad \partial_x g=\lambda\sinh(\lambda x)e^{-\lambda^2 t/2},\quad \partial_{xx}g=\lambda^2\cosh(\lambda x)e^{-\lambda^2 t/2}.

Itô 公式:

dXt=∂tg dt+∂xg dWt+12∂xxg (dWt)2.dX_t=\partial_t g\,dt+\partial_x g\,dW_t+\tfrac12\partial_{xx}g\,(dW_t)^2.

代入并用 (dWt)2=dt(dW_t)^2=dt,dtdt 项完全抵消,得到

dXt=λsinh⁡(λWt)e−λ2t/2 dWt.dX_t=\lambda\sinh(\lambda W_t)e^{-\lambda^2 t/2}\,dW_t.

因此 XtX_t 无漂移项,且满足适当可积条件时为鞅。


英文解析

Xt=cosh⁡(λWt) e−λ2t/2=g(t,Wt),g(t,x)=cosh⁡(λx)e−λ2t/2.X_t=\cosh(\lambda W_t)\,e^{-\lambda^2 t/2}=g(t,W_t),\quad g(t,x)=\cosh(\lambda x)e^{-\lambda^2 t/2}. ∂tg=−λ22g,∂xg=λsinh⁡(λx)e−λ2t/2,∂xxg=λ2cosh⁡(λx)e−λ2t/2.\partial_t g=-\frac{\lambda^2}{2}g,\quad \partial_x g=\lambda\sinh(\lambda x)e^{-\lambda^2 t/2},\quad \partial_{xx}g=\lambda^2\cosh(\lambda x)e^{-\lambda^2 t/2}. dXt=∂tg dt+∂xg dWt+12∂xxg (dWt)2.dX_t=\partial_t g\,dt+\partial_x g\,dW_t+\tfrac12\partial_{xx}g\,(dW_t)^2. dXt=λsinh⁡(λWt)e−λ2t/2 dWt.dX_t=\lambda\sinh(\lambda W_t)e^{-\lambda^2 t/2}\,dW_t.