International scientific conference of young researchers



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II INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE OF YOUNG RESEARCHERS 

Baku Engineering University

  

30  

27-28 April 2018, Baku, Azerbaijan

 

STOCHASTIC DIFFERANTIAL EQUATIONS AND THEIR APPLICATIONS 

 

Shams ANNAGHİLİ  

Bakı Engineering University 



sems.ennagili18@gmail.com 

AZERBAIJAN 



ABSTRACT 

There  is  a  strong  relations  between  ordinary  differential  equations  and  probability  processes.  In  particular,  stochastic 

differential equations and their applications to different real life problems will be considered. 

Keywords and phrases: differential equations, probability, stochastic differential equations, Brownian motion.  

Let us consider the probability space, that consists of three parts 



P



,

,



. Here, 


 represents 

the set of all possible outcomes of the random experiment, 

-is the



 − field representing the set of 

all events, and 

P

- the assignment of probabilities to the events. To understand stochastic differential 

equations it is helpful to begin with an example of deterministic differential equation. 

An ordinary differential equation 

)

,

(



)

(

x



t

f

dt

t

dx

 



dt

x

t

f

t

dx

)

,



(

)

(



 

with initial conditions 



0

)

0



(

x

x

 can be written in integral form 





t

ds

s

x

s

f

x

t

x

0

0



)

(

,



(

)

(



where 


)

,

,



(

)

(



0

0

t



x

t

x

t

x

 is the solution with initial conditions 



0

0

)



(

x

t

x

. An example is given 



as  

)

(



)

(

)



(

t

x

t

a

dt

t

dx



0

)

0



(

x

x

  



(1) 

Sometimes  we  meet  case when,  due to  some  unexpected randomness  we  can  no  longer  assume 

that  the  initial  condition 

0

x

  to  be  deterministic  constant.  If  it  happens,  we  may  assume 

0

x

  to  be  a 

random variable

)

(

0





X

, where 




-represents the result of experiment 

When  we  deal  with  (1),  and  suppose  that 

)

(t



a

  is  not  a  deterministic  parameter  but  rather  a 

stochastic parameter, we get a stochastic differential equation.  

If we assume that 

)

(

)



(

)

(



)

(

t



t

h

t

f

t

a



, then we obtain 



)

(

)



(

)

(



)

(

)



(

)

(



t

t

X

t

h

t

X

t

f

dt

t

dX



   


(2) 

If in (2) we introduce 



dt

t

t

dW

)

(



)

(



 where 


)

(t



dW

denotes differential form of the Brownian 

motion, we obtain:  

)

(



)

(

)



(

)

(



)

(

)



(

t

dW

t

X

t

h

dt

t

X

t

f

t

dX



 

 

(3) 



In general, a stochastic differential equation is given as  

)

,



(

))

,



(

,

(



)

,

(



,

(

)



,

(





t

dW

t

X

t

g

dt

t

X

t

f

t

dX



 

(4)


 

where 


-indicates that 

)

,

(





t

X

X

 is a random variable and possesses the initial condition



0

)

,



0

(

X



X



For stochastic differential equations we often obtain a more realistic mathematical model of the 

situation. 

1)

 



 The simple population growth model: 

)

(



)

(

t



N

t

a

dt

dN



0

)

0



(

N

N

-constant,  where 



)

(t



N

-is  the  size  of  population  at  time  t  ,  and 

)

(t



a

 - is the relative rate of growth at time t. In some cases, it is possible that 

)

(t



a

is unknown, but 




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