Introduction aux ´equations
diff´erentielles stochastiques
Supposons maintenant que le processus stochastique S={St:t≥0}
repr´esente l’´evolution du prix d’un actif risqu´e. Nous ne connaissons pas,
en g´en´eral, la loi qui gouverne un tel processus, mais nous avons peut-ˆetre
une id´ee de son comportement local. Par exemple, sur un court intervalle
detempsdelongueur∆t, il est possible que ce prix ait tendance `a varier
proportionnellement `alalongueurdelap´eriode et au prix de l’actif au
d´ebut de la p´eriode. Nous ´ecrivons, pour d´ebuter,
St+∆t−St=µS
t∆t.
Si, en g´en´eral, les prix augmentent, alors µest une constante positive et
si les prix tendent `a diminuer, alors µest n´egative.
Introduction aux ´equations diff´erentielles stochastiques (suite)
Rappel
St+∆t−St=µS
t∆t
Il y a cependant un probl`eme avec cette derni`ere ´equation : nous ne
sommes pas certain que le prix varie proportionnellement `a la longueur de
la p´eriode et au prix de l’actif, nous pr´etendons seulement qu’il a tendance
`a le faire. Il faut donc incorporer `anotre´equation une erreur non pr´evisible.
Nous pouvons toutefois contrˆoler l’ampleur de cette erreur al´eatoire. Par
exemple, nous pouvons supposer qu’elle d´epend du prix de l’actif en d´ebut
de p´eriode. En effet, nous constatons que plus le prix est ´elev´e, plus le prix
de l’actif risqu´epeuts’´ecarter de la tendance. De plus, l’erreur al´eatoire
doit aussi d´ependre de la longueur de l’intervalle de temps consid´er´e : plus
l’intervalle est grand, plus le prix risque de s’´ecarter de la tendance. C’est
pourquoi nous ajoutons un terme stochastique `anotre´equation de d´epart.
Introduction aux ´equations diff´erentielles stochastiques (suite)
Le terme stochastique `a ajouter `anotre´equation initiale nous m`ene `a
l’´equation
St+∆t−St=µS
t∆t+σS
t(∆t)1/2ξt(4)
o`uσest une constante positive et ξtest une variable al´eatoiredeloi
N(0,1) ind´ependante de {Su:0≤u≤t}. Cette derni`ere condition est
importante, car nous ne devons pas ˆetre capable de pr´edire l’erreur ξten
observantlecomportementduprixdel’actifrisqu´e ant´erieurement `ala
date t.
Cette ´equation est al´eatoire et doit ˆetre satisfaite par ”presque” tous les
ω,c’est-`a-dire que
Pr ω∈Ω:St+∆t(ω)−St(ω)=µS
t(ω)∆t+σS
t(ω)(∆t)1
2ξt(ω)
vaut un.
Introduction aux ´equations diff´erentielles stochastiques (suite)
Concernant l’amplitude de l’erreur al´eatoire, remarquons que (∆t)1/2ξt
estdeloiN(0,∆t).De plus,
EσS
t(∆t)1
2ξt|σ{Su:u∈{0,∆t, 2∆t..., t}}=σSt(∆t)1
2E[ξt]
=0,
EσS
t(∆t)1
2ξt2|σ{Su:u∈{0,∆t, ..., t}}=σ2S2
t∆tE ξ2
t
=σ2S2
t∆t,
ce qui implique que l’´ecart-type conditionnel de notre terme d’erreur est
σSt(∆t)1/2. Ainsi, plus la longueur de l’intervalle de temps ∆test grande
ou plus le prix Stdu titre est ´elev´e, plus l’´ecart-type de l’erreur al´eatoire
est grand. Cela implique que les valeurs pouvant ˆetre prises par l’erreur
al´eatoire sont plus dispers´ees autour de son esp´erance (qui est de z´ero).