Flashcards : Processus stochastiques et diffusions (91 cartes)

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1Question

Qu’est-ce qu’un processus stochastique ?

Réponse

Une famille de variables aléatoires indexée par le temps et à valeurs dans un espace mesurable.

2Question

Comment définit-on la trajectoire associée à une réalisation ω\omega ?

Réponse

Par l’application t↦Xt(ω)t\mapsto X_t(\omega) du temps vers l’état.

3Question

Comment caractérise-t-on E(X∣B)E(X\mid\mathcal{B}) par rapport aux événements de B\mathcal{B} ?

Réponse

C’est l’unique variable intégrable et B\mathcal{B}-mesurable, à égalité presque sûre près, telle que E(E(X∣B)1B)=E(X1B)E(E(X\mid\mathcal{B})1_B)=E(X1_B) pour tout B∈BB\in\mathcal{B}.

4Question

Qu’est-ce qu’une filtration et que représente-t-elle ?

Réponse

C’est une famille croissante de sous-tribus représentant l’information disponible au cours du temps.

5Question

Quelle condition définit les accroissements indépendants d’un processus ?

Réponse

Les accroissements sur des intervalles successifs sont indépendants pour tout choix ordonné de temps.

6Question

De quoi dépend la loi de Xt+h−XtX_{t+h}-X_t pour des accroissements stationnaires ?

Réponse

Elle dépend uniquement de hh.

7Question

Quelle égalité caractérise la propriété de Markov pour un processus adapté ?

Réponse

E(f(Xt)∣Fs)=E(f(Xt)∣Xs)E(f(X_t)\mid\mathcal{F}_s)=E(f(X_t)\mid X_s) pour s≤ts\leq t et toute fonction mesurable bornée ff.

8Question

Comment la marche aléatoire simple sur ℤ est-elle définie à partir de ses pas ?

Réponse

S0=0S_0=0 et Sn=ξ1+⋯+ξnS_n=\xi_1+\cdots+\xi_n, avec des pas indépendants de même loi tels que P(ξk=1)=pP(\xi_k=1)=p et P(ξk=−1)=1−pP(\xi_k=-1)=1-p.

9Question

Quelle relation lie SnS_n à une variable Un∼B(n,p)U_n\sim B(n,p) ?

Réponse

Sn=2Un−nS_n=2U_n-n.

10Question

Quelles sont l’espérance et la variance de la marche simple au temps nn ?

Réponse

E(Sn)=n(p−q)E(S_n)=n(p-q) et Var⁡(Sn)=4npq\operatorname{Var}(S_n)=4npq.

11Question

Qu’est-ce qui caractérise une chaîne de Markov concernant le prochain état ?

Réponse

Sa loi conditionnelle sachant tout le passé ne dépend que de l’état présent.

12Question

Quelle condition vérifie chaque ligne de la matrice de transition d’une chaîne de Markov ?

Réponse

Ses coefficients sont positifs ou nuls et leur somme vaut 1.

13Question

Quelle formule donne les probabilités de transition à n pas d’une chaîne de Markov ?

Réponse

Elles sont les entrées de PnP^n.

14Question

Quand l’état jj est-il accessible depuis l’état ii ?

Réponse

Lorsqu’une probabilité de transition de ii à jj en n≥0n\geq 0 pas est strictement positive.

15Question

Quand deux états communiquent-ils, et que forment ces classes ?

Réponse

Chacun est accessible depuis l’autre, et les classes partitionnent les états.

16Question

Qu’est-ce qui distingue une classe fermée d’une chaîne irréductible ?

Réponse

Une classe fermée ne laisse sortir aucune transition ; une chaîne irréductible n’a qu’une classe de communication.

17Question

Comment définit-on la période de l’état ii ?

Réponse

C’est le pgcd des temps de retour positifs, ou +∞+\infty si aucun retour n’est possible.

18Question

Quand l’état ii est-il récurrent ou transitoire selon sa probabilité de retour ?

Réponse

Il est récurrent si cette probabilité vaut 1, et transitoire si elle est strictement inférieure à 1.

19Question

Quel critère de série distingue récurrence et transience pour l’état ii ?

Réponse

L’état est récurrent si ∑n≥1pii(n)\sum_{n\geq 1}p_{ii}^{(n)} diverge, et transitoire si cette somme converge.

20Question

Quelles classes fermées possède une chaîne absorbante ?

Réponse

Des classes constituées d’états absorbants.

21Question

Quelle forme bloc prend la matrice de transition d’une chaîne absorbante partitionnée ?

Réponse

P=(QR0I)P=\begin{pmatrix}Q&R\\0&I\end{pmatrix}

22Question

Quelle matrice donne les probabilités d’absorption dans chaque état absorbant ?

Réponse

DRDR

23Question

Quelle équation définit une loi invariante π pour une matrice P ?

Réponse

πP = π.

24Question

Que possède toute chaîne de Markov finie ?

Réponse

Au moins une loi invariante.

25Question

Quelle est la limite de p⁽ⁿ⁾ᵢⱼ sous les hypothèses d’irréductibilité, d’apériodicité et d’invariance ?

Réponse

πⱼ.

26Question

Comment estime-t-on le maximum de vraisemblance de la transition i→ji\to j à partir d’une trajectoire ?

Réponse

Par p^ij=Nij/Ni\hat p_{ij}=N_{ij}/N_i, la fréquence des transitions de ii vers jj parmi les transitions issues de ii.

27Question

Quelles propriétés définit le processus de comptage (Nt)(N_t) ?

Réponse

Il part de zéro, compte les événements de ]0,t]]0,t] et croît par sauts unitaires dans les entiers naturels.

28Question

Quelle est la loi du nombre d’événements en un intervalle de longueur tt ?

Réponse

P(Nt=k)=e−λt(λt)kk!P(N_t=k)=e^{-\lambda t}\frac{(\lambda t)^k}{k!}

29Question

Quelle loi suit le temps entre deux événements successifs d’un processus de Poisson ?

Réponse

Une loi exponentielle de paramètre λ\lambda.

30Question

Quelle est l’intensité de la somme de deux processus de Poisson indépendants d’intensités λ1\lambda_1 et λ2\lambda_2 ?

Réponse

λ1+λ2\lambda_1+\lambda_2.

31Question

Quelles sont les intensités des processus de Poisson conservé et rejeté après une conservation indépendante de probabilité pp ?

Réponse

pλp\lambda et (1−p)λ(1-p)\lambda.

32Question

Pour le dernier bus avant l’heure limite t0t_0, quel choix de ss maximise la probabilité de succès ?

Réponse

s=t0−1/λs=t_0-1/\lambda

33Question

Quelle condition sur le temps d’attente du 32e véhicule fait dépasser 250 m à une file de véhicules immobilisés ?

Réponse

Il doit être inférieur à la durée de l’interruption.

34Question

Quelles propriétés caractérisent l’intensité d’un processus de Poisson non homogène ?

Réponse

Elle dépend du temps et est localement intégrable.

35Question

Quelle loi suit le nombre d’événements entre ss et tt, pour s<ts<t ?

Réponse

Une loi de Poisson de paramètre m(t)−m(s)m(t)-m(s).

36Question

Comment s’écrit un processus de Poisson composé à partir de ses sauts ?

Réponse

St=∑k=1NtYkS_t=\sum_{k=1}^{N_t}Y_k

37Question

Quelle est l’espérance de StS_t lorsque E(Y2)<∞E(Y^2)<\infty ?

Réponse

λtE(Y)\lambda tE(Y)

38Question

Quelles sont les trois martingales associées au processus de Poisson d’intensité λ\lambda ?

Réponse

Nt−λtN_t-\lambda t, (Nt−λt)2−λt(N_t-\lambda t)^2-\lambda t et exp⁡(θNt−λt(eθ−1))\exp\bigl(\theta N_t-\lambda t(e^\theta-1)\bigr).

39Question

Quelle est la variance de l’estimateur λ^=Nt/t\widehat\lambda=N_t/t sur [0,t][0,t] ?

Réponse

λ/t\lambda/t.

40Question

Quelles hypothèses sur les pas garantissent la convergence de Donsker vers un mouvement brownien ?

Réponse

Les pas sont indépendants, identiquement distribués, centrés et de variance 1.

41Question

Quelle est la loi d’un accroissement du mouvement brownien standard entre s et t ?

Réponse

N(0,t−s)\mathcal N(0,t-s).

42Question

Quelles quatre expressions sont des martingales pour la filtration naturelle de BtB_t ?

Réponse

BtB_t, Bt2−tB_t^2-t, exp⁡(θBt−θ2t/2)\exp(\theta B_t-\theta^2t/2) et Bt3−3tBtB_t^3-3tB_t.

43Question

Quelle probabilité le principe de réflexion donne-t-il pour Mt≥aM_t\ge a ?

Réponse

P(Mt≥a)=2(1−Φ(a/t))P(M_t\ge a)=2(1-\Phi(a/\sqrt t)).

44Question

Comment l’intégrale de Wiener d’une fonction en escalier est-elle définie ?

Réponse

∫0Tf(s) dBs=∑iαi(Bti+1−Bti)\int_0^T f(s)\,dB_s=\sum_i\alpha_i(B_{t_{i+1}}-B_{t_i})

45Question

Comment l’intégrale d’Itô d’un processus adapté est-elle définie ?

Réponse

Comme la limite dans L2L^2 des sommes de Riemann au point gauche.

46Question

Quelle forme générale définit une équation différentielle stochastique avec condition initiale ?

Réponse

dXt=b(t,Xt)dt+σ(t,Xt)dBtdX_t=b(t,X_t)dt+\sigma(t,X_t)dB_t, avec X0=x0X_0=x_0.

47Question

Quelles conditions assurent une solution forte unique et continue pour une EDS ?

Réponse

Des coefficients lipschitziens en l’espace, uniformément en temps, et à croissance au plus linéaire.

48Question

À temps fixé, que représente l’application ω↦Xt(ω)\omega\mapsto X_t(\omega) ?

Réponse

Une variable aléatoire.

49Question

Quels ensembles d’indices caractérisent les temps discret et continu ?

Réponse

N\mathbb{N} pour le temps discret et R+\mathbb{R}_+ pour le temps continu.

50Question

Quel théorème garantit la réalisation d’une famille compatible de lois fini-dimensionnelles ?

Réponse

Le théorème d’existence de Kolmogorov.

51Question

Quelles propriétés fondamentales vérifie l’espérance conditionnelle ?

Réponse

Elle est linéaire et positive, conserve l’espérance et vérifie l’emboîtement lorsque C⊂B\mathcal{C}\subset\mathcal{B}.

52Question

Quand peut-on sortir un facteur de l’espérance conditionnelle par rapport à B\mathcal{B} ?

Réponse

Si le facteur est borné et B\mathcal{B}-mesurable.

53Question

Quelle condition définit un processus adapté à une filtration ?

Réponse

Chaque variable XtX_t est mesurable par rapport à Ft\mathcal{F}_t.

54Question

Quelle loi suit l’accroissement du processus de Poisson sur une durée hh ?

Réponse

Une loi de Poisson de paramètre λh\lambda h.

55Question

Quelle est la moyenne de XtX_t aux temps entiers ?

Réponse

mtmt.

56Question

Quelle expression centrée de toute marche simple est une martingale ?

Réponse

Sn−n(p−q)S_n-n(p-q) est une martingale.

57Question

Quelle est la parité de SnS_n dans une marche aléatoire simple ?

Réponse

SnS_n a la même parité que nn.

58Question

Quelles données déterminent la loi d’une chaîne de Markov ?

Réponse

Sa loi initiale et sa matrice de transition.

59Question

Quelles fréquences météo observe-t-on sur cent jours simulés en partant du soleil ?

Réponse

49 % de soleil, 26 % de nuageux et 25 % de pluie.

60Question

Quelle classe forme à lui seul un état ii tel que pii=1p_{ii}=1 ?

Réponse

Une classe fermée.

61Question

Quand un état récurrent est-il positif plutôt que nul ?

Réponse

Il est positif si son temps moyen de premier retour est fini, et nul s’il est infini.

62Question

Quelle est la loi de NiN_i sous PiP_i pour un état transitoire ?

Réponse

C’est une loi géométrique de paramètre de non-retour 1−fii1-f_{ii}.

63Question

Quelles propriétés sont communes aux états d’une même classe ?

Réponse

La récurrence, la transience et la récurrence positive.

64Question

Que représente l’entrée DijD_{ij} de la matrice fondamentale ?

Réponse

Le nombre moyen de passages en jj avant absorption, en partant de ii.

65Question

Quelles valeurs prend hih_i dans la classe cible et dans les autres états absorbants ?

Réponse

11 dans la classe cible et 00 dans les autres états absorbants.

66Question

Si X₀ suit une loi invariante π, quelle loi suit Xₙ ?

Réponse

La loi π pour tout n.

67Question

Que garantit le bilan détaillé πᵢpᵢⱼ = πⱼpⱼᵢ pour tous i et j ?

Réponse

La loi π est invariante.

68Question

Vers quelle valeur p^ij\hat p_{ij} converge-t-il presque sûrement sous les conditions du théorème ergodique ?

Réponse

Vers pijp_{ij}.

69Question

Quelle formule donne l’intervalle de confiance approximatif à 95 % de pijp_{ij} ?

Réponse

p^ij±1,96p^ij(1−p^ij)Ni\hat p_{ij}\pm1{,}96\sqrt{\frac{\hat p_{ij}(1-\hat p_{ij})}{N_i}}.

70Question

Quelle est la probabilité d’un événement sur un intervalle court de longueur hh ?

Réponse

λh+o(h)\lambda h+o(h)

71Question

Quelle loi suit le nombre d’événements avant ss, sachant que Nt=nN_t=n et s<ts<t ?

Réponse

Une loi binomiale B(n,s/t)B(n,s/t).

72Question

Quelle est la probabilité qu’un passager prenne le bus dans l’exemple d’intensité 4 par heure ?

Réponse

1−e−0,4≈0,3301-e^{-0,4}\approx 0,330.

73Question

Sachant que quatre véhicules passent en trois minutes, quelle loi suit leur nombre pendant les deux premières minutes ?

Réponse

La loi B(4,2/3)\mathcal{B}(4,2/3).

74Question

Selon l’approximation normale, quelle durée d’interruption donne une probabilité de 0,2 que la file dépasse 250 m ?

Réponse

Environ 13,6 minutes.

75Question

Quelle est la densité du temps du premier événement d’un processus de Poisson non homogène ?

Réponse

fT1(t)=λ(t)e−m(t)f_{T_1}(t)=\lambda(t)e^{-m(t)}

76Question

Quelle est la loi des temps entre événements d’un processus de Poisson non homogène ?

Réponse

Ils ne sont ni indépendants ni de même loi.

77Question

Sachant que Nt=nN_t=n, quelle est la densité des variables dont les statistiques d’ordre donnent les instants des événements ?

Réponse

λ(u)/m(t)\lambda(u)/m(t) sur [0,t][0,t].

78Question

Quelle est la fonction caractéristique de StS_t ?

Réponse

E(eiuSt)=eλt(φY(u)−1)E(e^{iuS_t})=e^{\lambda t(\varphi_Y(u)-1)}

79Question

Quelles propriétés d’accroissement possède un processus de Poisson composé ?

Réponse

Il a des accroissements indépendants et stationnaires.

80Question

Quelle est l’espérance annuelle de la charge pour 10 sinistres mensuels et des montants exponentiels de moyenne 0,5 million de FCFA ?

Réponse

60 millions de FCFA.

81Question

Quelle propriété caractérise le futur du processus de Poisson après ss sachant NsN_s ?

Réponse

Il est indépendant du passé.

82Question

Quelle formule donne l’intervalle de confiance approché à 95 % de l’intensité de Poisson ?

Réponse

λ^±1,96λ^/t\widehat\lambda\pm1,96\sqrt{\widehat\lambda/t}.

83Question

Quel seuil entraîne le rejet normal de H0:λ=λ0H_0:\lambda=\lambda_0 au niveau 5 % ?

Réponse

∣Nt−λ0t∣λ0t>1,96\frac{|N_t-\lambda_0t|}{\sqrt{\lambda_0t}}>1,96.

84Question

Quelle loi suit BtB_t pour un mouvement brownien standard ?

Réponse

N(0,t)\mathcal N(0,t).

85Question

Comment s’écrit un brownien général de dérive μ\mu et de volatilité σ\sigma ?

Réponse

Xt=x0+μt+σBtX_t=x_0+\mu t+\sigma B_t.

86Question

Que devient (Bτ+t−Bτ)t≥0 (B_{\tau+t}-B_\tau)_{t\ge0} après un temps d’arrêt fini presque sûrement τ\tau ?

Réponse

Un mouvement brownien indépendant de la filtration au temps τ\tau.

87Question

Quelle est l’espérance du temps d’atteinte TaT_a d’un niveau a>0a>0 ?

Réponse

Elle est infinie.

88Question

Quelle est la variance de l’intégrale de Wiener de ff ?

Réponse

∫0Tf2(s) ds\int_0^T f^2(s)\,ds

89Question

Quelle est l’espérance du carré de l’intégrale d’Itô de HH ?

Réponse

E∫0tHs2 dsE\int_0^t H_s^2\,ds

90Question

À quelle filtration une solution forte est-elle adaptée ?

Réponse

À la filtration du mouvement brownien.

91Question

Quelle est la solution explicite du brownien géométrique ?

Réponse

St=S0e(μ−σ2/2)t+σBtS_t=S_0e^{(\mu-\sigma^2/2)t+\sigma B_t}.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 58 questions sur Processus stochastiques et diffusions.

1. Une famille indexée par le temps, dont chaque membre est une variable aléatoire à valeurs dans un espace mesurable, constitue quelle notion ?

2. Pour une réalisation fixée ω0\omega_0 d’un processus XX, quelle application décrit les états observés au fil du temps ?

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