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本文研究的是多维反射倒向随机微分方程(简记为BSDE)解的存在唯一性,比较定理及其应用。
众所周知,BSDE是一个新兴的研究方向,它的出现为研究金融数学,随机最优控制及偏微分方程等问题提供了有利的工具。如下的非线性BSDE-dY(t)=f(t,Y(t),Z(t))dt-Z(t)dBt,YT=ξ
是由Pardoux和Peng于1990年在[1]中首先介绍的,后来Peng于1992年在[2]中证明了一维BSDE的比较定理,周海滨于1999年在[3]中证明了一类多维BSDE的比较定理,证明方法是构造了一个特殊的函数,这个函数是Buckdahn和Peng于1999年在[4]中首次介绍的。周海滨还将多维BSDE比较定理应用于证明多维拟单调连续系数BSDE解的存在性。El.Karouietal在[5]中研究了带一个障碍的一维反射BSDE,给出了一维情况下解的存在唯一性定理和比较定理,同时还在Markov框架下研究了一维反射BSDE与非线性抛物型偏微分方程的联系。
我们现在很自然的提出,如何建立多维反射BSDE的框架,建立之后,多维反射BSDE的解是否存在唯一,解的比较定理是否成立,是否也可以将多维反射BSDE的比较定理应用于证明多维拟单调连续系数反射BSDE解的存在性?
本文共分四章。
第一章:引言,叙述前人所作的工作以及问题的由来。
第二章:受El.Karouietal[5]中一维反射BSDE模型的启发,我们提出了如下的多维反射BSDE模型:
首先假定(H2.1)ξ∈IL2n.
(H2.2)f:Ω×[0,T]×Rn×Rn×d-→Rn,(y,z)∈Rn×Rn×d,f(·,y,z)∈H2n.
(H2.3)|f(t,y,z)-f(t,y,z)|≤C(|y-y|+|z-z|),C>0,y,y∈Rn,z,z∈Rn×d.
给出一个n维的障碍{S(t),0≤t≤T}∈Rn满足(H2.4){S(t),0≤t≤T}∈Rn是一个连续的循序可测的Rn中的过程,并且满足E(sup|S+(t)|2)<+∞,S(T)≤ξ。
这里S+(t)是一个Rn向量,它的第j个分量是S+j(t)。
称(f,ξ,S)为一组标准参数,如果它满足假定(H2.1)-(H2.4).称{(Y(t),Z(t),K(t)),0≤t≤T}是n维反射BSDE的一组解,如果它满足(H2.5)Z(t)∈H2n×d,Y(t)∈S2n,K(T)∈L2n.
(H2.6)Y(t)=ξ+∫Ttf(s,Y(s),Z(s))ds+K(T)-K(t)-∫TtZ(s)dBs.
(H2.7)Y(t)≥S(t),i.e.Yj(t)≥Sj(t),j=1,2,…,n.
(H2.8)K(t)∈Rn,0≤t≤T.K(t)的第j个分量记为Kj(t),它是连续的增过程,满足Kj(0)=0,∫T0(Yj(t)-Sj(t))dKj(t)=0,j=1,2,…,n.
这里Y(t)是一个Rn向量,它的第j个分量是Yj(t)。
多维模型同一维模型的区别主要体现在(H2.7)和(H2.8)上,意味着仅当Yj碰到障碍Sj时,用一个最小的推动力Kj将Yj向上推动,使之在障碍Sj上面运动。运用[5]中相同的技术,我们证明了多维反射BSDE解的存在唯一性,即
定理2.1.当(f,ξ,S)分别满足假定(H2.1)-(H2.4)时,多维反射BSDE(f,ξ,S)存在着一组解(Y,Z,K)满足(H2.5)-(H2.8)。
定理2.2.当(f,ξ,S)分别满足假定(H2.1)-(H2.4)时,至多有一组循序可测的解(Y,Z,K)满足(H2.5)-(H2.8)。
第三章:为了说明多维反射BSDE的比较定理,我们将两个Rn中向量的比较定义为:a1≥a2(=)a1j≥a2j,j=1,2….,n.a1,a2∈Rn.
受El.Karouietal[5]中一维反射BSDE比较定理的启发,我们首先作出如下类似的假定:(H3.1)ξi∈L2n.
(H3.2)(y,z)∈Rn×Rn×d,fi(.,y,z)∈H2n,fi:Ω×[0,T]×Rn×Rn×d-→Rn.
(H3.3)|f2j(t,y,z)-f2j(t,y,z)|≤C(|y-y|+|z-z|).
(H3.4){Si(t),0≤t≤T}∈Rn是连续的循序可测过程,并且E(sup0≤t≤T|Si+(t)|2)<+∞,Si(T)≤ξi.
(H3.5)Zi∈H2n,Zi∈Rn×d.
(H3.6)Yi(t)=ξi+∫Ttfi(s,Yi(s),Zi(s))ds+Ki(T)-Ki(t)-∫TtZi(s)dBs.
(H3.7)Yi(t)≥Si(t).
(H3.8){Kij(t)}是连续的增过程,并且满足Kij(0)=0,∫T0(Yij(t)-Sij(t))dKij(t))=0,j=1,2,…,n.
C.Geiβ和R.Manthey在[11]中给出多维随机微分方程系数的拟单调条件,我们将这种拟单调条件应用于多维反射BSDE生成元函数的比较,得到下面的结果
定理3.1.(fi,ξ,Si)和(Yi,Zi,Ki)(i=1,2)满足假定(H2.1)-(H2.8),如果有(i)ξ1≤ξ2.
(ii)f1j(t,y1,z1)≤f2j(t,y2,z2),y1j=y2j,z1j=z2j,y1l≤y2l,l≠j.
(iii)S1(t)≤S2(t).
则有Y1(t)≤Y2(t).
定理3.1的证明中我们采用了局部时的方法,此方法同样适用于多维BSDE比较定理的证明,并且其证明过程简洁新颖。
下面考虑定理3.1中的条件(ii)能否换成更弱的条件(ii)f1j(t,y,z1)≤f2j(t,y,z2),z1j=z2j.
我们首先举了一个满足条件(ii)但比较定理不成立的例子,然后举了一个满足条件(ii)时比较定理成立的例子。
第四章:有了多维反射BSDE解的存在唯一性和比较定理,我们就可以利用同[3]中相似的方法证明多维拟单调连续系数反射BSDE解的存在性。
首先引入可测函数f:f(t,ω,y,z):[0,T]×Ω×Rn×Rn×d-→Rn,并做出如下假定:(H4.1)f的第j行只含z的第j行元素,即()g(t,ω,y,γ):[0,T]×Ω×Rn×Rd-→Rn,使得fj(t,ω,y,z)=gj(t,ω,y,zj),(V)t∈[0,T],ω∈Ω,y∈Rn,z∈Rnxd;
(H4.2)线性增长性:()C0≥0,使得:|f(t,ω,y,z)|≤C0(1+|y|+|z|),(V)t∈[0,T],ω∈Ω,y∈Rn,z∈Rn×d.(H4.3)连续性:对于固定的t,ω,f(t,ω,·,·)是连续的。
(H4.4)拟单调性:对于固定的t,ω,f(t,ω,·,z)是拟单调的,即对j=1,2….,n有fj(t,ω,y1,z)≤fj(t,ω,y2,z),(V)y1,y2∈Rn,y1j=y2j,y1l≤y2l,l≠j.
进而得到下面的结果定理4.1.假定f满足(H4.1)-(H4.4),并且ξ∈L2,S(t)∈S2,则存在一组解(Y,Z,K)满足(H2.5)-(H2.8)。