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自Pardoux和Peng[47]的奠基性工作之后,非线性倒向随机微分方程(简称BSDE)Y(t)=ξ+∫Ttg(s,Y(s),Z(s))ds-∫TtZ(s)dW(s),t∈[0,T](1)凭借其在随机控制,偏微分方程及金融数学等领域中的广泛应用而得到相当大的关注。另一方面,作为BSDEs的非平凡推广,本文着重研究如下方程,倒向随机Volterra积分方程(简称BSVIE),Y(t)=(Ψ)(t)+∫Ttg(t,s,Y(s),Z(s,t),Z(t,s))ds-∫TtZ(t,s)dW(s),t∈[0,T].(2)我们给出本文的如下组织结构。
在第一章,我们简要介绍第二章到第六章中所讨论的问题,及相关符号说明。
受方程(2)在空间H2[0,T]中适应解的非唯一性启示,在第二章中我们引入对称解(简称S-解)的概念,给出此时方程的适定性.同现有的文献相比,我们推广且修正了[38]中的主要结论,通过数个例子给出了同[69]中M-解的区别和联系。最后,我们给出了一类由对称解所导出的关于过程的动态相容风险度量.
同BSDE相比,由于BSVIEs结构复杂,且不具备半群性,Yong[69]引入四步方法来处理区间[0,T]上M-解的存在唯一性。然而,其思路过于复杂,进而很难处理更一般的比如停时或者无穷区间情形,故在第三章中我们引入新的简便的方法来研究BSVIE。通过一个简单的反例,我们修正和推广了[53]中关于M-解的结论.而对于空间H2△[0,T]中适应解,我们给出了随机非李普希兹条件下的适应解的存在唯一性,进而改进和推广了[38]和[66]中的结论。
比较定理是SDEs和BSDEs理论中的基本课题,所以在第四章我们系统的研究了倒向随机Volterra积分方程关于H2△[0,T]适应解及H2[0,T]中M-解的比较定理。由于此研究框架的一般性,为了保证解比较定理成立,我们需要假设一些单调性条件。完整起见,我们也给出了关于SDEs,BSDEs和SVIEs解的比较定理,其中对偶原理在相关的证明中发挥了重要作用。同时,各种例子和反例也表明了此时所假设条件的必要性.
在第五章,我们研究了关于正倒向随机Volterra积分方程(简称FBSVIE)的最优控制问题。由于生成元g依赖于Z(s,t)而非Z(t,s),故此问题有许多新的特性产生,而非对[50]中FBSDEs情形的简单推广,见下面第一章第四节。作为应用,我们考虑了线性二次问题和两个经济学模型,这深化了[7],[23]和[32]中的研究.最后我们给出一类特殊线性FBSVIEs的优化问题。特别的,这里的结论也改进了文献[45]。
受[13]和[14]中平均场倒向随机微分方程的启示,在第六章中我们引入平均场倒向随机Volterra积分方程(简称MFBSVIE),并讨论了空间Hp[0,T]中的M-解.若p>2,则生成元和相应的非局部项关于Z(s,t)需假设为次线性增长,且其假设的必要性又通过巧妙的例子来得到印证。据我们所知,这一点不同于BSDEs的Lp解理论。我们也给出了关于平均场SVIEs和平均场BSVIEs的对偶原理,并由此得出另一个有趣的结论。最后,利用正向方程的对偶原理,我们建立了相应方程最优控制问题的最大值原理。
现在我们给出本论文的主要结论.
1、倒向随机Volterra积分方程的对称解及应用
本章内容来自于以下文献,
TIANXIAOWANGANDYUFENGSHI,SymmetricalsolutionsofbackwardstochasticVolterraintegralequationsandapplications.publishedinDis.Cont.Dyn.Syst.Series-B,14,2010,251-274.
对于BSVIE(2),Yong在空间H2[0,T]中引入如下的M-解,
定义2.1.1令S∈[0,T].若过程(Y(·),Z(·,·)∈H2[S,T]满足方程(2),且对于几乎所有的t∈[S,T],Y(t)=(E)FsY(t)+∫tsZ(t,s)dW(s),t∈[0,T],则称(Y(·),Z(·,·)∈H2[S,T]为方程(2)的M-解.
另一方面,由于第一章中例1.1.1可知方程(2)在空间H2[0,T]中的解不唯一,故这里我们引入如下对称解(简称S-解)的概念,
定义2.1.2令S∈[0,T]。若过程(Y(·),Z(·,·)∈*H2[S,T]满足方程(2),且对于t∈[S,T],有Z(t,s)=Z(s,t),t,s∈[S,T],则称(Y(·),Z(·,·)∈*H2[S,T]为方程(2)的对称解.
注意这里H2[S,T]是*H2[S,T]的子空间,且此新空间*H2[S,T]引入的必要性可参见下面的例1.1.2.
这一章的主要结论为,
定理2.1.4假设g关于y,ζ和z满足李普希兹条件,其中L为满足一定可积性的李普希兹函数,(Ψ)(·)∈L2FT(0,T;(R)m),则方程(2)存在唯一的S-解,且对于S∈[0,T],||(Y(·),Z(·,·))||2·H[S,T]≡(E){∫TS|Y(t)|2dt+∫TSTTST|Z(t,s)|2dsdt}≤CE{∫TS|(Ψ)(t)|2dt+∫TS(∫Tt|g0(t,s)|ds)2dt}.利用定理2.1.4,我们可修正和推广Lin[38]中关于适应解的结论。而且通过注2.2.4,注2.2.5,注2.2.8中的若干例子,我们给出了S-解和M-解的区别和联系。最后,我们给出S-解在风险管理中的应用.准确来讲,通过定义ρ(t;(Ψ)(·))=Y(t),其中t∈[0,T],(Y(·),Z(·,·))是方程(3)的对称解,Y(t)=-(Ψ)(t)+∫Tt(f(t,s,Y(s))+T1(s)Z(t,s)+r2(s)Z(s,t))ds-∫TtZ(t,s)dW(s).(3)我们有下面的结论,
定理2.3.7假如f(t,s,y)=η(s)y,其中η(·)有界确定函数,则ρ(·)是关于过程(Ψ)的动态相容风险度量。
关于此时风险度量的定义,见第二章定义2.3.1和2.3.2.
2、倒向随机Volterra积分方程:新思路
本章内容来自于文献
YUFENGSHIANDTIANXIAOWANG,SolvabilityofgeneralbackwardstochasticVolterraintegralequations.PublishedinJ.Korean.Math.Soc,49,2012,1901-1921.本章的第一个目的是提供更简便的思路来研究M-解.受ElKaroui和Huang[25]的启示,我们在空间H2[0,T]中引入如下的范数,||(y(·),z(·,·))||H2[0,T]=[(E)∫T0eβA*(t)|y(t)|2dt+(E)∫T0∫T0TeβA*(s)|z(t,s)|2dsdt]1/2,其中β是正常数,且A*(t)=∫t0α2p/2-p(s)ds,α(·)≥1是适应过程.这就有如下的关于M-解的估计,(E)∫T0eβA*(s)|Y(s)|2ds+(E)∫T0∫TteβA*(s)|Z(t,s)|2dsdt≤C(E)eβA*(T)∫T0|(Ψ)(t)|2dt+C(E)∫T0eβA*(t)|∫Ttf(t,s)ds|2dt+C(E)∫T0∫Ttβα2p/2-p(s)eβA*(s)|∫Tsf(t,u)du|2dsdt.其中p∈[1,2),其证明见以下引理3.2.1.然后,由不动点原理即可知区间[0,T]中解的适定性,
定理3.2.4假如g满足|g(t,s,y,z,ζ)-g(t,s,(y),(z),(ζ))|≤L(t,s)α(s)(|y-(y)|+|z-(z)+|ζ-(ζ)|)这里(Ψ)(·)∈L2,βFT(0,T;(R)m),1/p+1/q=1,supt∈[0,T](∫TtLq(t,s)ds)2/q<∞,(E)∫T0∫TteβA*(s)|g(t,s,0,0,0)|2dsdt<∞,α(·)是确定的,且A*(·)有界,则方程(2)在空间H2[0,T]中存在唯一的M-解.若g不含有Z(s,t),则α可允许为随机过程,进而有,
定理3.2.7假如定理3.2.4中条件成立,g不含有Z(s,t),α为适应过程,A*(·)有界,则BSVIE(2)在空间H2△[0,T]上存在唯一的适应解。
近来Ren[53]利用Anh和Yong[6]中的方法考虑了非李氏条件下M-解的存在唯一性。然而,其第7页的划分步骤存在问题,见下面的例3.3.1。故这里我们引入更弱的条件和不同的办法来修补此漏洞。利用上述范数,我们可得方程(2)在非李氏条件下M-解的存在唯一性,进而修正和推广了[6],[53],[67],[68]和[69].
定理3.3.3对于(t,s)∈△,假如g满足|g(t,s,y,z,ζ)-g(t,s,(y),(z),(ζ)|≤L(t,s)α(s)[(ρ(|y-(y)|2))1/2≥+|z-(z)+|ζ-(ζ)|],其中ρ为R+到自身的递增凹函数使得ρ(0)=0,∫0+du/ρ(u)=∞。(Ψ)(·)∈L2FT(0,T;(R)m),α(·)为确定的,L(t,s)满足suopt∈[0,T](∫TtLq(t,s)ds)2/q<∞,则方程(2)在空间H2[0,T]上存在唯一的M-解。
3、倒向随机Volterra积分方程的比较定理
本章的结论来自于,
TIANXIAOWANGANDJIONGMINYONG,ComparisontheoremofbackwardstochasticVolterraintegralequations.SubmittedtoStochasticProcessandtheirapplication
在这一章,我们将系统的研究多维倒向随机Volterra积分方程的比较定理.完整起见,我们首先考虑正向随机微分方程的情形,见[27],[51]。
下面的结论是关于非线性SDEs,即对于i=0,1Xi(t)=x2+∫tsbi(r,Xi(r))dr+∫tsσ(r,Xi(r))dW(r),t∈[s,T],(4)
定理4.2.2.令bi,σ关于x李普希兹,bi(s,0),σ(s,0)是有界过程。假如存在(b)使得(b)x(t,x)一致有界.若(b)x(t,x)∈(R)n*+,σx(t,x)∈(R)n×nd,(t,x)∈[0,T]×(R)n,(5)且b0(t,x)≤b(t,x)≤b1(t,x).那么对于(s,xi)∈[0,T)×(R)n,x0≤x1,方程(4)唯一的解Xi(·)≡Xi(·;s,xi)满足X0(t)≤X1(t),t∈[s,T]。反过来,若b0(t,x)=(b)(t,x)=b1(t,x),(t,x)∈[0,T]×(R)n,且(t,x)→((b)(t,x),σ(t,x))连续。那么(5)对于比较定理的成立是必要的.
现在我们研究非线性BSDEs。考虑n-维BSDEs:其中i=0,1,τ为取值于[0,T]上的F-停时,Yi(t)=(ζ)i+∫Ttgi(s,Yi(s),Zi(s))ds-∫TtZi(s)dW(s),t∈[0,τ].(6)
定理4.2.4.假如gi关于y和z满足李普希兹条件,gi(s,0,0)有界.若存在(g)使得(g)y(s,y,z),(g)z(s,y,z)一致有界。而且(g)y(s,y,z)∈(R)n×n*+,(g)z(s,y,z)∈(R)n×nd,(s,y,z)∈[0,T]×(R)n×(R)n,(7)g0(s,y,z)≤(g)(s,y,z)≤g1(s,y,z)。则对于任意(F)-停时τ及(ζ)0,(ζ)1∈L2Fτ(Ω;(R)n),其中(ζ)0≤(ζ)1,方程(6)的解(Yi(·),Zi(·))满足Y0(t)≤Y1(t),t∈[0,τ]。反过来,若g0(s,y,z)=g(s,y,z)=g1(s,y,z),(s,y,z)∈[0,T]×(R)n×(R)n,(s,y,z)→(g)(s,y,z)连续,则条件(7)也是必要的.
由于这里g0(·)和g1(·)在充分条件的证明中是不同的,故推广了[29]中相应结论。最后,我们指出这里的证明是基于对偶性原理及线性SDEs的相关结论,这不同于文献[29]。
现在我们考虑正向随机Volterra积分方程,X(t)=(φ)(t)+∫t0A0(t,s)X(s)ds+∫t0A1(s)X(s)dW(s),t∈[0,T].(8)
命题4.2.8.若A0,A1有界,t→A0(t,s)在区间[s,T]上连续。
(i)假如A0(t,s)∈(R)n×n+,A1(s)=0,(t,s)∈△*.那么(8)存在唯一解X(·)且它满足X(t)≥(φ)(t)≥0,t∈[0,T]。
(ii)假如A0(t,s)∈(R)n×n*+,A1(s)∈(R)n×nd,这里(t,s)∈△*。而且,存在连续非递减函数ρ:[0,T]→[0,∞),ρ(0)=0使得|A0(t,s)-A0(t,s)|≤ρ(|t-t|),t,t∈[0,T],s∈[0,t∧t],A0(τ,s)-A0(t,s)∈(R)n×n+,其中0≤s≤t≤τ≤T。则对于任意的(φ)(·)∈CF([0,T];L2(Ω,(R)n)),(φ)(τ)≥(φ)(t)≥0,0≤s≤t≤τ≤T,方程(8)存在唯一的解X(·)∈CF([0,T];L2(Ω;(R)n)),且它满足X(t)≥0,t∈[0,T].
现在回到关于BSVIEs的比较定理,由于其形式复杂,故这里的理论要比BSDEs情形更加丰富。首先,考虑BSVIE(2),其中g(·)不依赖于Z(s,t)。对于i=0,1,Yi(t)=(φ)i(t)+∫Ttgi(t,s,Yi(s),Zi(t,s))ds-∫TtZi(t,s)dW(s),t∈[0,T].(9)
定理4.3.2.若(Yi,Zi)是方程(9)的解。(g):△×(R)×(R)n×Ω→(R)n满足某种可测性,(y,z)(→g)(t,s,y,z)一致李普希兹,y(→g)(t,s,y,z)是非递减的,使得g0(t,s,y,z)≤(g)(t,s,y,z)≤g1(t,s,y,z),(t,s,y,z)∈△×(R)×(R)n,(g)(t,s,y,z)存在,且(g)z(t,s,y,z)∈(R)n×nd.则对于任意满足(Ψ)0(t)≤(Ψ)1(t)的(Ψ)i(·)∈CFr([0,T];L2(Ω;(R)n)),BSVIE(9)相应的解满足Y0(t)≤Y1(t).
若我们考虑下面的线性方程,Y(t)=(Ψ)(t)+∫Tt[A(t,s)Y(s)+B(s)Z(t,s)]ds-∫TtZ(t,s)dW(s),t∈[0,T].(10)则上述定理4.3.2意味着A(t,s)应该属于(R)n×n+.然而,事实上,我们可以改进此条件如下,
定理4.3.6.若A和B一致有界,且对于s∈[0,T],t(→)A(t,s)连续.而且A(t,s)∈Rn×n*+,这里(t,s)∈△,A(t,s)-A(τ,s)∈(R)n×n+,0≤t≤τ≤s≤T,B(s)∈(R)n×nd,s∈[0,T].则对于任意的(Ψ)(·)∈CFT([0,T];L2(Ω;(R)n)),其中(Ψ)(t)≥(Ψ)(s)≥0,0≤t≤s≤T线性BSVIE(10)的解(Y(·),Z(·,·))满足Y(t)≥0,t∈[0,T].
第二种情形是考虑当g(·)依赖于Z(s,t)而非Z(t,s)时的M-解。下面的例4.3.8表明我们应该考虑如下线性BSVIEs的M-解的比较定理,Y(t)=(Ψ)(t)+∫Tt(A(t,s)Y(s)+C(t)Z(s,t))ds-∫TtZ(t,s)dW(s),t∈[0,T].(11)
定理4.3.9.若A和C一致有界,且对于s∈[0,T],t(→)A(s,t)连续。而且A(t,s)∈(R)n×n*+,(t,s)∈△,A(s,τ)-A(s,t)∈(R)n×n+,s≤t≤τ≤T,s∈[0,T],C(t)∈(R)n×nd,t∈[0,T].则当(Ψ)(·)∈CFT(0,T;L2(Ω;(R)n))且(Ψ)(·)≥0,线性BSVIE(11)的解(Y(·),Z(·,·))满足EFt∫TtY(s)ds≥0,t∈[0,T].
这里更正了文献[67]和[68]中的相应结论。
4、正倒向随机Volterra积分方程的最大值原理及应用
本章内容来自于,
YUFENGSHI,TIANXIAOWANGANDJIONGMINYONG,Optimalcontrolproblemofforward-backwardstochasticVolterraintegralequationsandapplications.preprint在这一章,我们给出正倒向积分方程最优控制问题的最大值原理.准确来讲,我们记Mv(t)=(E)Ft∫TtYv(s)ds,Nv(t)=∫TtZv(s,t)ds,t∈[0,T],状态方程为{Xv(t)=(Ψ)(t)+∫t0b(t,s,Xv(s),v(s))ds+∫t0σ(t,s,Xv(s),v(s))dW(s),Yv(t)=(Ψ)(t)+∫Ttg(t,s,Xv(t),Xv(s),Yv(s),Zv(s,t),v(t),v(s),λv(s,t))ds(12)-∫TtZv(t,s)dW(s),指标函数表示为,J(v(·))=(E)[∫T0l(s,Xv(s),Mv(s),Yv(s),Nv(s),v(s))ds+h(X(T))+γ((E)∫T0Y(s)ds)].(13)这里给定s∈[0,T],λv由v(s)=(E)v(s)+∫t0λv(s,r)dW(r)确定.当控制区域为凸集合时,我们要最小化上述指标函数.
定理5.2.3假如u(·)是最优控制,(Xu(·),Yu(·),Zu(·,·))是相应的FBSVIE(12)的M-解。那么我们有,(A)u∈uH(t,Xu(t),Yu(t),Zu(t,·),u(t),P(t),Q(t),R(·,t))·(u-u(t))≥0,a.e.,a.s.其中H(t,Xu(t),Yu(t),Zu(t,·),u(t),P(t),Q(t),R(·,t))=luv(t)+buv(T,t)(E)Fthx(Xu(T))+σuv(T,t)θu(t)+P(t)(E)Ft∫Ttgu(t,s)ds+∫t0guv(s,t)·P(s)ds+∫t0P(s)(E)Fsgλ(s,t)dW(s)+(E)Ft∫TtR(s,t)σuv(s,t)ds+(E)Ft∫TtQ(s)buv(s,t)ds,(P,Q,R)是以下FBSVIE的M-解,{P(t)=lug(t)+γy((E)∫T0Yu(s)ds)+∫t0luM(s)ds+∫t0luN(s)dW(s)+∫t0guy(s,t)P(s)ds+∫t0(E)Fsguz(s,t)·P(s)dW(s),Q(t)=lux(t)+∫gux(s,t)P(s)ds+P(t)∫Ttgux(t,s)ds+bx(T,t)hx(Xu(T))+σx(T,t)θu(t)+∫Ttbux(s,t)Q(s)ds+∫Ttσux(s,t)R(s,t)ds-∫TtR(t,s)dW(s),hx(Xu(T))=(E)hx(Xu(T))+∫T0θu(s)dW(s).
由于此时我们不能使用伊藤公式,故这里的方法绝不是对[50]情形的直接推广.同经典文献[49]和[50]相比,在我们的问题中会有一些新的特性产生,见第一章第五节.
之后,我们给出关于FSBVIEs的线性二次控制问题,而且在某些条件下它可以退化成[50]中的FBSDEs情形.而且这里关于BSVIE的线性二次问题的研究也是新的。
作为应用,我们在线性FBSVIE的框架下研究两个经济学模型,即随机投入-产出模型和随机资本转换(或重置)模型,这发展和深化了[7],[23]和[32]中的相关研究.对于前一个模型,状态方程和指标函数可表示为(12)和(13),其中b=h1(t,s)u(s),σ=h2(t,s)v(s),(φ)(t)=X(0),g=-h1(T,s)v(s)+f(t)(Z)(s,t)-f(t)[T-s]λ(s,t)[f(s)h2(T,s)+h1(T,s)],l=δ[y-[T-s][h2(T,s)f(s)+h1(T,s)]v],h(x)=-(U)(x)。对于倒向方程中λu(s,t)的出现,见下面5.3.2部分.所以我们有下面的结论,
定理5.3.2假如u(·)是最优解,那么对于t∈[0,T],0=-(E)Fth1(T,t)(u)x(Xu(T))-h2(T,t)θu(t)-h1(T,t)∫t0P(s)ds+[∫t0P(s)f(s)dW(s)-δ](T-t)[f(t)h2(T,t)+h1(T,t)],这里P(t)=δ+∫t0f(s)P(s)dW(s),(U)x(X(T))=(EU)x(X(T))+∫θu(s)dW(s).
对于随机资本转换模型,状态方程为(12),其中b=M(t-s)v(s),σ=N(t-s)v(s),(φ)(t)=0,g=-h1(T,s)v(s)+f(t)(Z)(s,t)-f(t)[T-s]λ(s,t)[f(s)h2(T,s)+h1(T,s)].且指标函数为(13),其中l=δ[y-[T-s][h2(T,s)f(s)+h1(T,s)]v]-α(t)[P(s,x)-v],所以,我们有下面的结论,
定理5.3.4若u(·)是最优解,那么对于t∈[0,T],0=-α(t)+(E)Ft(∫TtM(s-t)Q(s)ds+∫TtN(s-t)R(s,t)ds)-L(t)(14)L由模型确定.特别的,若p(t,x)=x-γ/2x2,γ>0,则(14)也可表示为,u(t)∫TtN2(s-t)ds=α(t)+L(t)-(E)Ft∫TtM(s-t)α(s)[1-γXu(s)]ds-(E)Ft∫Ttλ(u,t)(∫TuM(s-u)N(s-t)ds)du.
最后,我们研究了一个特殊的优化问题,其中状态方程和指标函数为(12)和(13),其中(φ)=x0,b=α(s)v(s),σ=β(s)v(s),g=-l1(s)x+l2(s)v+r(s)y+kγ(s)ζ,l=-l1(s)x-l2(s)v+2r(s)y,h(x)=-h(x),则
定理5.3.5假如u是最优解,h(x)=x-γ/2x2,α,α-1,β,β-1是有界过程使得(E)e-A(T)|Xu(T)|<∞,(E)e-A(T)∫T0|(D)tXu(T)|2dt<∞,(E)e-A(T)|Xu(T)|∫T0∫T0(D)tα(s)/β(s)d(w)(s)<∞,这里A和W定义为,A(t)=∫t0α(s)/β(s)dW(s)+∫t0α2(s)/β2(s)ds,(W)(t)=∫t0α(s)/β(s)+W(t),那么对于G=[(E)M1(T)e-A(T)-x]/(E)e-2A(T),其中M1是由系数决定的适应过程,u(·)可表示为,u(t)=1/β(t)e-A(t)(E)Ft[e-A(T)(D)tM1(T)-e-A(T)G(D)te-A(T)]-1/β(t)e-A(t)(E)Ft[e-A(T)(M1(T)-e-A(T)G)∫Tt(D)t(α(s)/β(s))d(w)(s)].
5、平均场倒向随机Volterra积分方程及应用
本章内容来自于,
YUFENGSHI,TIANXIAOWANGANDJIONGMINYONG,MeanfieldbackwardstochasticVolterraintegralequations,.被杂志Dis.Cont.Dyna.Syst.SeriesB.接受
在这一章,我们研究如下形式的倒向方程,Y(t)=(φ)(t)+∫Ttg(t,s,Y(s),Z(t,s),Z(s,t),Γ(t,s,Y(s),Z(t,s),Z(s,t)))ds-∫TtZ(t,s)dW(s),t∈[0,T],其中Γ(t,s,Y(s),Z(t,s),Z(s,t))=(E)[θ(t,s,Y(s),Z(t,s),Z(s,t))]=∫θΩ(t,s,ω,ω,Y(s,ω),Z(t,s,ω),Z(s,t,ω),Y(s,ω),Z(t,s,ω),Z(s,t,ω))(P)(dω).
定理6.3.2.假如θ和g满足李普希兹条件,且|θ(t,s,y,z,(z),y,z,(z))|≤L(1+|y|+|z|+|(z)|2/q+|y|+|z|+|(z)|2/q)|g(t,s,y,z,(z),γ)|≤L(1+|y|+|z|+|(z)|2/q+|γ|),其中2≤q<∞。则对于任意的Ψ(·)∈LqFT(0,T;(R)n),方程(15)存在唯一M-解(Y(·),Z(·,·))∈Mq[0,T],且下面的估计成立,||(Y(·),Z(·,·))||Mq[0,T]≤K1+||(Ψ)(·)||LqFT(0,T;(R)n)).当p∈(1,2],Wang[61]讨论了BSVIEs的Lp解.当然我们也可利用[61]中的方法来处理p∈(1,2)的情形。另一方面,若映射θ是关于(z)和(z)线性增长,尽管Ψ(·)∈LpFTT(0,T;(R)n),方程(15)的M-解(Y(·),Z(·,·))有可能不属于MP[0,T],p>2,见下面的例6.3.3。
下面我们给出关于平均场SVIEs和平均场BSVIEs的对偶原理。首先,考虑方程X(t)=(φ)(t)+∫t0(A0(t,s)X(s)+(E)[C0(t,s)X(s)])ds(16)+∫t0(A1(t,s)X(s)+(E)[C1(t,s)X(s)])dW(s),t∈[0,T].我们有下面关于平均场SVIEs的结论,
定理6.4.1.假如(φ)(·),(Ψ)(·)∈L2F(0,T;(R)n),X(·)∈L2F(0,T;(R)n)是方程(16)的解,且(Y(·),Z(·,·))∈M2[0,T]是如下方程的M-解,Y(t)=(Ψ)(t)+∫Tt(A0(s,t)TY(s)+A1(s,t)TZ(s,t)+(E)*[C0(s,t)TY(s)+C1(s,t)TZ(s,t)])ds-∫TtZ(t,s)dW(s).则(E)∫T0dt=E∫T0dt.接下来,我们由平均场BSVIEs开始,Y(t)=(Ψ)(t)+∫Tt((A)0(t,s)Y(s)+(c)0(t,s)Z(s,t)+(E)[(A)1(t,s)Y(s)+(G)(t,s)Z(s,t)])ds-∫TtZ(t,s)dW(s),t∈[0,T](17).现在我们给出关于平均场BSVIEs的对偶原理。
定理6.4.2.假如(Ψ)(·)∈L2FT(0,T;(R)n),(Y(·),Z(·,·))是方程(17)的M-解。而且X(·)∈L2(0,T;(R)n)满足X(t)=(Ψ)(t)+∫t0((A)0(s,t)TX(s)+(E)*(A)1(s,t)TX(s)])ds+∫t0((E)[(C)0(s,t)T|Fs]X(s)+(E)*[(E)[(C)1(s,t)T|Fs]X(s)])dW(s).则(E)∫T0dt=(E)∫T0dt.
由前面的对偶原理,我们有下面有趣的结论,即平均场SVIEs的二次对偶方程仍为其本身,但是平均场BSVIEs的二次对偶方程却不再是它自己.最后,我们考虑平均场SVIEs的最优控制问题,X(t)=(Ψ)(t)+∫t0b(t,s,X(s),u(s),Γb(t,s,X(s),u(s)))ds(18)+∫t0σ(t,s,X(s),u(s),Γσ(t,s,X(s),u(s)))dW(s),t∈[0,T],其中Γb(t,s,X(s),u(s))=∫Ωθb(t,s,ω,ω,X(s,ω),u(s,ω),X(s,ω),u(s,ω))(P)(dω)。指标函数定义为,J(u(·))=(E)∫T0g(s,X(s),u(s),Γg(s,X(s),u(s)))ds,(19)这里Γg(s,X(s),u(s))=∫Ωθg(s,ω,ω,X(s,ω),u(s,ω),X(s,ω),u(s,ω))(P)(dω)。我们的目的在于最小化上述指标函数。
定理6.5.1.假如b,σ,Γb,Γσ满足一定的可侧性,李普希兹条件,线性增长条件,及(X(·),(u)(·))是此控制问题的最优对。则对偶方程(20)Y(t)=-a0(t)-(E)*c0(t)+∫Tt(A0(s,t)TY(s)+A1(s,t)TZ(s,t)+(E)*[C0(s,t)TY(s)+C1(s,t)TZ(s,t)])dsdt-∫Z(t,s)dW(s).存在唯一的M-解(Y(·),Z(·,·))∈M2[0,T]使得下面的变分不等式(21)成立,≥0,(21)(V)u∈U,t∈[0,T],as