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Mots clés : processus stochastique,
analyse stochastique .
Participant : Pierre Vallois.
En collaboration avec Y. Siebenaler (stagiaire du centre
universitaire du Luxembourg), P. Vallois s'est intéressé à la
loi de
(a),
cette variable aléatoire désignant le premier instant où
l'amplitude d'une marche au plus proche voisin (de paramètres
p, q, r, p
+ q + r = 1), atteint le niveau
a. Ce travail généralise un
précédent travail de P. Vallois pour le cas r = 0. La loi de
(a)
est complexe. Nous avons néanmoins pu calculer explicitement
son espérance, sa variance, et établir des théorèmes limites
lorsque a tend vers
l'infini. Comme l'amplitude de la marche modélise des
fluctuations, les résultats obtenus pourraient être
intéressants pour certaines applications en finance, en
assurance, etc.
Un article a été soumis à Journal of Theoritical
Probability.
Par ailleurs, P. Vallois a considéré les processus avec
sauts et leurs applications au problème de la ruine. Pour
modéliser le niveau d'eau d'un barrage (respectivement les
actifs d'une compagnie d'assurance) on construit un processus
stochastique X, et on
s'intéresse au premier instant Tx(X) où X atteint un niveau donné x > 0. En supposant d'abord que les
sauts de X sont négatifs
(problèmes de barrage), on a montré que, pour une large
classe de processus, la loi de Tx(X) s'exprime à
l'aide de la famille de lois
{P(Xt
. ) ;t > 0}
(relation dite de Zolotarev). En revanche, dans le cas où les
sauts peuvent être positifs (problèmes d'assurance), on a
montré que la fonction de répartition de Tx(X), considérée en
tant que fonction des deux variables (x, t), vérifie une équation
intégrale. Ceci permet d'avoir une solution approchée de la
probabilité de ruine ou de non-ruine.
Ce travail est en cours de rédaction.
Participants : Mihai Gradinaru,
Samuel Herrmann, Bernard Roynette.
M. Gradinaru, S. Herrmann et B. Roynette ont étudié un
phénomène singulier de grandes déviations. Soit
Xt
(
>
0) la solution de l'équation différentielle
stochastique :
où
0 <
<
1. Cette EDS est une petite perturbation brownienne de
l'équation différentielle ordinaire
x't =
sgn(xt)|
xt|
qui admet une infinité
de solutions. L'étude de la décroissance exponentielle de la
densité de
Xt
quand
décroît vers 0 met en évidence un comportement qui dépend de
la position de (t,
x). Ainsi nous montrons que pour (t, x) appartenant au domaine
compris entre les deux solutions extrémales de l'équation
différentielle ordinaire, l'ordre de convergence est
différent de celui rencontré dans la théorie de Freidlin et
Wentzell, tandis qu'en dehors de ce domaine l'ordre de
convergence est classique. Les preuves reposent sur des
arguments probabilistes (théorie des grandes déviations)
ainsi que sur des arguments analytiques (solutions de
viscosité pour des équations de Hamilton-Jacobi). Ce travail
fait l'objet d'un article soumis pour publication à
Probability Theory and Related Fields.
Participants : Jean-Sébastien
Giet, Bernard Roynette, Sophie Wantz-Mézières.
J.-S. Giet et S. Wantz-Mézières ont généralisé l'étude
effectuée par B. Roynette et S. Wantz-Mézières [23], concernant la loi de certaines EDS
bidimensionnelles présentant localement des coefficients de
très grande amplitude. La modélisation proposée couvre un
spectre plus large d'applications car nous considérons des
coefficients lipschitziens à l'intérieur de leur support. Les
grandes amplitudes des coefficients sont modélisées par la
famille suivante d'EDS, paramétrée par le réel positif
destiné à tendre vers 0 :
On désigne par
D
,
le plus grand domaine
délimité par les supports des fonctions
et
. On démontre que la
loi de la solution
(X
, Y
) de cette EDS,
au temps de sortie du processus
X
du domaine
D
,
, lorsque
converge vers 0, est décrite par une fonctionnelle additive
du processus (Zt)
solution de :
Cette étude conduit à un schéma de simulation
permettant de réduire l'erreur faite par discrétisation
(article en préparation).
Participants : Bernard De Meyer,
Bernard Roynette, Pierre Vallois.
En collaboration avec M. Yor (université de Paris
6), B. De Meyer, B. Roynette et P.
Vallois s'intéressent aux problèmes suivants (Bt désigne un mouvement
brownien issu de zéro) :
- les lois
sur
telles qu'il
existe un temps d'arrêt T
tel que
(T, BT) soit de
loi
,
- les temps d'arrêt T
tels que T et BT soient indépendants,
- les temps d'arrêt T
tels que BT1 et
BT2
soient indépendants,
(B1, B2)
étant un mouvement brownien en dimension 2,
- les temps d'arrêt T
bornés, non constants, tels que BT soit une gaussienne.
Participant : Pierre Vallois.
Le projet a continué à explorer des questions difficiles
de calcul stochastique. P. Vallois en collaboration avec F.
Russo (université de Paris 13) ont défini, dans une série de
travaux précédents, la notion d'intégrale stochastique et de
crochet généralisés. On a obtenu de nouveaux résultats
relatifs à des processus gaussiens. Les auteurs considèrent
également des EDS généralisées du type :
dXt =
b(Xt)dt +
(Xt)d
où
est un processus possédant un crochet
généralisé. On étudie également le cas des processus avec
sauts.
Ce travail a fait l'objet : d'un article en commun avec F.
Russo ([25]) et de deux articles soumis, un en
collaboration avec J. Wolf et F. Russo, et un autre en
collaboration avec M. Errami et F. Russo.
M. Gradinaru et P. Vallois, en collaboration avec F.
Russo, étudient l'existence d'intégrales stochastiques par
rapport à un processus gaussien. Les EDS associées pourraient
ouvrir le champ à de nouvelles applications : il serait
possible de remplacer le mouvement brownien directeur usuel
par un processus gaussien.
Participants : Hélène
Ganidis-Cochard, Pierre Vallois.
H. Ganidis-Cochard a étudié le processus de l'amplitude
pour une classe de chaînes de Markov,
(Xn)n
, associées aux
polynômes ultrasphériques (également appelées chaînes
ultrasphériques). Ces chaînes de Markov à valeurs dans
ont
été notamment étudiées par George ([Geo75]).
On a établi que ces chaînes, convenablement renormalisées,
convergent en loi vers les processus de Bessel, ce qui
généralise ainsi un résultat de George. Ainsi, via un passage
à la limite, on a pu déterminer (ou quelquefois retrouver) la
loi de certaines fonctionnelles de processus de Bessel.
Les auteurs se sont plus particulièrement intéressés au
processus de l'amplitude
(An)n
ainsi qu'à son
inverse
(
(p))p
:
An =
Xk -
Xk,

(
p) =
inf{
k,
Ak
p}.
Par définition des chaînes ultrasphériques,
| Xn + 1 -
Xn| = 1.
A partir de cette propriété, on a établi que la loi de
(p)
est intimement liée à celle du temps de sortie d'un
intervalle
Tb, c = inf{
n 
0,
Xn =
b ou c}.
Tout naturellement ceci a conduit à étudier les temps
d'atteinte de points et les temps de sortie d'intervalles. On
a en particulier déterminé leur transformée de Laplace et
leurs deux premiers moments. Nous en avons déduit la
transformée de Laplace et le premier moment de
(p), premier
instant où l'amplitude atteint le niveau p. Les calculs ont été simplifiés dans
deux cas particuliers : ceux correspondant aux chaînes
ultrasphériques associées aux processus de Bessel de
dimension 1 et 3.
Participants : Hélène
Ganidis-Cochard, Pierre Vallois.
H. Ganidis-Cochard a construit des solutions explicites
pour deux problèmes de type Skorokhod avec le mouvement
brownien, et a établi des inégalités maximales relatives à
chacun des ces problèmes.
Plus précisément, on considère deux classes de martingales
:
1 - la classe des martingales
(Mt)t
0 càdlàg,
uniformément intégrables, dont la loi
du couple
(M0,
M
) est fixée,
2 - la classe des martingales
(Mt)t
0 càdlàg,
uniformément intégrables, dont les lois
de M0 et
de M
sont données.
On a construit une solution explicite à ces deux problèmes
de type Skorokhod à partir d'un mouvement brownien :
pour toute probabilité sur
,
donnée
(respectivement tout couple
(
,
) de probabilités sur
), on
construit une fonction
et on définit un temps d'arrêt T par
(Wt)t
0 désigne ici un
mouvement brownien de loi initiale
(respectivement
) et
(
)t
0 le processus du maximum
de
(Wt)t
0. On montre que
(WT
t)t
0 appartient à la classe
1 (respectivement à la classe 2). De plus, dans le second
cas,
(x,
. ) ne dépend pas de x. On a ensuite montré des inégalités
maximales pour chacun des deux problèmes considérés.
Participant : Marco Dozzi.
En collaboration avec E. Merzbach, M. Dozzi étudie les
extensions possibles de la théorie de renouvellement à des
processus indexés par des sous-ensembles d'un espace
métrique. Les théorèmes de renouvellement décrivent le
comportement asymptotique d'un système stochastique après un
nombre aléatoire d'événements. Ces théorèmes sont appliqués à
de nombreux problèmes, par exemple en statistique
séquentielle, en théorie du risque ou en théorie des files
d'attente. Depuis ses débuts dans les années 50, ce domaine a
connu récemment un développement important, d'un point de vue
théorique aussi bien qu'appliqué.
Le travail en cours a pour but de démontrer des théorèmes
de renouvellement pour des sommes (au sens de Minkowski) de
sous-ensembles convexes et compacts d'un espace vectoriel
général muni d'un produit scalaire. Notre motivation pour ce
travail est double : d'une part, ces résultats possèdent des
applications en écologie et en sciences de
l'environnement ; d'autre part, sur le plan théorique,
de nombreux problèmes se posent, et on peut mettre en oeuvre
les outils de la géométrie intégrale, de la géométrie
stochastique et de la théorie des martingales indexées par
des ensembles.