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Exercises, 7th Mai

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Academic year: 2021

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Stochastic Processes II Summer term 2008 (Stochastische Analysis)

Prof. Dr. Uwe K¨uchler Dr. Irina Penner

Exercises, 7th Mai

4.1 (3 points) We denote by h n (x, t), n = 0, 1, . . . the Hermite-polynomials defined by

exp(αx 1

2 α 2 t) = X

n=0

α n

n! h n (x, t), x R , t 0, i.e.

h n (x, t) = d n

n exp(αx 1

2 α 2 t) | α=0 .

Show that for a continuous function (x t ) t≥0 with continuous quadratic variation hxi and x 0 = 0 it holds

h n (x t , hxi t ) = n Z t

0

h n−1 (x s , hxi s )dx s

= n!

Z t

0

. . . Z t

n−1

0

dx t

n

. . . dx t

1

, n = 1, 2, . . . . In particular the functions H n := h n (x, hxi), n = 0, 1, . . . solve the Itˆo- equation

dH n = nH n−1 dx.

4.2 (4 points) Let (X t , t 0) be a geometric Brownian motion, i.e.

X t = x 0 exp(σB t + αt), t 0

where x 0 > 0 is a real number, (B t , t 0) a Standard Brownian motion and σ > 0, α R 1 .

i) Calculate all moments E[X t p ], t 0, p R.

ii) For which σ, α the process X t , t 0) is a martingale?

(2)

iii) Prove that for every n 1 the process (h n (B t , t), t 0) is a martingale. (Notation as in exercise 4.1)

4.3 (3 points) Let (B t , t 0) be a Standard Brownian motion.

i) Show that for α, σ, x 0 R the solution of

dX t = −aX t dt + σdB t , X 0 = x 0 is given by

X t = e −at (x 0 + Z t

0

e as σdB s )

= e −at x 0 + σB t Z t

0

e −a(t−s) B s ds, t 0.

ii) Calculate E[X t ], V ar[X t ], Cov[X s , X t ] for s, t 0.

((X t ) is called the Ornstein-Uhlenbeck-process.)

4.4 (3 points) Consider the Brownian Bridge

Z t := (1 t) Z t

0

1

1 s dB s , t [0, 1], Z 1 := 0 (with (B t ) 0≤t≤1 standard BM).

Show that Z solves the Itˆo-equation

dZ t = dB t Z t

1 t dt

on (0, 1) with Z 0 = Z 1 = 0.

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