1. Definition of Brownian motion
어떤 실수 값으로 된 랜덤 프로세스(Stochastic process)가 다음의 성질(property)을 따를 때 브라운 운동(Brownian motion)이라 칭한다.
1.
2.
3.
위 2번째 성질에서 브라운 운동의 증분은 그 정의상 평균은 0, 분산은 time index의 거리가 된다.
즉 다음과 같이 일반화할 수 있다.
여기서 브라운 운동의 증분을 제곱하면 랜덤성이 사라지고 '평균적으로' 증분만큼의 시간으로 deterministic하게 나온다는 중요한 성질을 엿볼 수 있다. 저기서 기댓값만 없애면 "브라운 운동 증분의 제곱은 그 시간 차이만큼의 제곱이다"라고 명징하게 주장할 수 있을텐데 그 부분이 아쉽다. 저 기댓값을 처리할 수는 없을까?
이를 확인하기 위해선 먼저 브라운 운동 증분의 모멘트들을 살펴봐야한다.
2. Moment of Brownian Motion
먼저 모멘트 생성 함수(Moment Generating function)를 리뷰해보자. 확률 변수
이를 모멘트 생성 함수라 부르는 이유는,
여기서
이제 브라운 운동의 모멘트 생성 함수를 알아보자. "Geometric Brownian Motion의 해, 평균, 분산" 포스팅의 식 (20)에서 지수로 정규분포가 포함된 꼴에 대해서
이에 따라 브라운 운동의 모멘트 생성 함수는 다음과 같다.
이제 여기서 1,2,3,4차 모멘텀을 구해보자.
3. Quadratic variation of Brownian motion
이제 브라운 운동의 증분에 대해 분석할 툴들이 모두 갖춰졌다. 브라운 운동
그리고
이때
그러므로 우리는 본 포스팅에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
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