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Cómo interpretar la matriz de covarianza del movimiento browniano

Estoy leyendo "Ecuaciones diferenciales estocásticas" de Bernt Oksendal.

Dice que el movimiento browniano $B_t$ es un proceso gaussiano, es decir, para todo $0 \leq t1 \leq \cdots \leq t_k$ la variable aleatoria $Z = (B_{t_1}, \ldots, B_{t_k} ) \in \mathbb{R}^{nk}$ tiene una distribución (multi)normal con $M = E^x[Z]$ sea el valor medio de $Z$ , y $c_{jm} = E^x[(Z_j - M_j)(Z_m -M_m)]$ sea la matriz de covarianza de $Z$ .

El libro muestra

$$M=E^x[Z]=(x, x, \cdots, x)\in \mathbb{R}^{nk}$$

y $$C[c_{jm}]=\begin{pmatrix} t_1 I_n & t_1 I_n & \cdots & t_1 I_n \\ t_1 I_n & t_2 I_n & \cdots & t_2 I_n\\ \vdots & \vdots & & \vdots \\ t_1 I_n & t_2 I_n & \cdots & t_k I_n \end{pmatrix}\in \mathbb{R}^{nk\times nk}$$

A continuación, el libro afirma que $$E^x[(B_t-x)(B_s-x)]=n \min(s,t) \tag{1}$$ y $$\begin{align} E^x[(B_{t_{i}}-B_{t_{i-1}})(B_{t_{j}}-B_{t_{j-1}})]&=E^x[B_{t_{i}}B_{t_{j}}-B_{t_{i-1}}B_{t_{j}}-B_{t_{i}}B_{t_{j-1}}+B_{t_{i-1}}B_{t_{j-1}}]\\&=n(t_i-t_{i-1}-t_i+t_{i-1})=0\tag{2} \end{align}$$

Creo que $(1)(2)$ se desprende de la forma de la matriz de covarianza. Pero no sé cómo interpretar $C$ y cómo obtener el resultado exactamente. Por ejemplo, ¿por qué tenemos $n$ en los resultados?

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user36150 Puntos 8

En primer lugar, por la definición del producto escalar,

$$(B_t-x) \cdot (B_s-x) = \sum_{j=1}^n(B_t^j-x^j) (B_s^j-x^j)$$

donde $x=(x^1,\ldots,x^n)$ y $B_t = (B_t^1,\ldots,B_t^n)$ . Sin pérdida de generalidad, $s \leq t$ . Elección de $t_1 = s$ , $t_2 = t$ la matriz de covarianza de $Z:=(B_s,B_t)$ es igual a

$$C= \begin{pmatrix} s I_n & s I_n \\ s I_n & t I_n \end{pmatrix}. \tag{3}$$

Por otro lado, por definición de la matriz de covarianza $C$ ,

$$c_{j,j+n} = \mathbb{E}^x((Z_j-M_j)(Z_{j+n}-M_{j+n})) = \mathbb{E}^x((B_s^j-x^j) (B_t^j-x^j))$$

para todos $j=1,\ldots,n$ Así que..,

$$\mathbb{E}((B_t-x) \cdot (B_s-x)) = \sum_{j=1}^n c_{j,j+n}.$$

$(3)$ muestra que $c_{j,j+n}=s$ para todos $j=1,\ldots,n$ Por lo tanto,

$$\mathbb{E}((B_t-x) \cdot (B_s-x)) = \sum_{j=1}^n s = n s = n \min\{s,t\}.$$


Con respecto a $(2)$ : Obsérvese que podemos reescribir $(2)$ de la siguiente manera:

$$\mathbb{E}^x \bigg[ (B_{t_i}-B_{t_{i-1}})(B_{t_j}-B_{t_{j-1}})\bigg] = \mathbb{E}^x \bigg[((B_{t_i}-x)-(B_{t_{i-1}}-x))((B_{t_j}-x)-(B_{t_{j-1}}-x)) \bigg] $$

Ampliar los términos y utilizar $(1)$ .

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