凸g-期望的若干性質*

紀榮林，江 龍，石學軍

(中國礦業大學理學院，江蘇 徐州 221116)

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凸g-期望的若干性質*

紀榮林，江 龍，石學軍

(中國礦業大學理學院，江蘇 徐州 221116)

在倒向隨機微分方程生成元滿足基本假設的前提下，證明了一個關于凸g-期望和凹g-期望的Sandwich定理。進一步地，得到了一類凸g-期望全體的極小元的存在性，并給出了其極小元性質的等價刻畫。

倒向隨機微分方程; 凸g-期望; Sandwich定理; 極小元

考慮如下形式的一維倒向隨機微分方程(簡記為BSDE)：

g-期望的概念可以看成是著名的Girsanov變

換的非線性推廣。自從g-期望的概念提出以來，研究者已經得到了關于g-期望的很多性質及其應用。如Chen-Epstein[3]利用g-期望研究了遞歸效用；Rosazza Gianin[4]首次研究了g-期望與風險度量之間的關系；Jiang[5]則建立了凸g-期望(g-期望誘導的凸風險度量)與生成元g之間的一一對應關系。在Coquet-Hu-Mémin-Peng[6]關于非線性期望的公理化假設框架下，Jia[7]研究了次線性期望的極小元的性質并獲得了相應的Sandwich定理。

眾所周知，g-期望是一類典型的信息流相容的非線性期望，且是由BSDE誘導出來的而非公理化假設產生的。因此，一個自然的問題是：在g-期望的框架下，關于凸g-期望的極小元的性質刻畫及相應的Sandwich定理是否類似成立？

1 預備知識

(A1) (Lipschitz條件) 存在常數K≥0使得dP×dt-a.s.，對任意的(y1,z1),(y2,z2)∈R×Rd，有

(A3) dP×dt-a.s.，對任意的y∈R有g(t,y,0)≡0。

為方便讀者起見，我們回顧Peng[2]關于g-期望和條件g-期望的定義并引入Jia[7]中非線性期望的定義，如下：

(i) 保常數性：ε[c]=c，?c∈R。

(ii) 單調性：ε[X]≥ε[Y]，若X≥Y，P-a.s.。 (iii) 嚴格單調性：ε[X]>ε[Y]，若X≥Y，P-a.s.，且P(X>Y)>0。

定義3 稱非線性期望ε為凸期望(凹期望)，若其滿足

凸性 (凹性)：ε[αX+(1-α)Y]≤(≥)αε[X]+(1-α)ε[Y]，?α∈[0,1]。

定義4 稱非線性期望ε為次線性期望(超線性期望)，若ε是凸期望(凹期望)且滿足

正齊次性：ε[λX]=λε[X]，?λ≥0。

定義5 稱非線性期望ε為線性期望，若ε既是次線性期望又是超線性期望。

定義 6 設(S,≤)為一偏序集，稱F0為S的一個極小元，若其滿足

(i)F0∈S；

(ii) 對任意的F∈S，如果F≤F0，則F=F0。 下面引入本文的一些重要引理，其中引理1來自文[7]推論3.2；引理2和引理3則分別源自文[5]定理3.2及引理2.1。

引理1 設ε1為次線性期望，ε2為超線性期望。若ε1≥ε2，則存在線性期望ε使得ε1≥ε≥ε2。

引理2 設生成元g滿足條件(A1)和(A3)，則以下陳述等價：

(i)εg[·]是凸期望；

(ii)g獨立于y且關于z是凸的。

引理3 設生成元g滿足條件(A1)和(A3)，且g獨立于y，則對任意的p∈[1,2)，z∈Rd，有

2 主要結果

證明 首先，證明對任意的凸期望ε，定義

(2)

由ε*的定義，立即可得

(3)

(4)

(5)

接下來，有

(6)

事實上，β=0時，由ε*的實值性及(3)式，可得ε*[βX]=0=βε*[X]。令β>0，有

(7)

故ε*是次線性期望。

其次，證明對任意的凸期望ε1及凹期望ε2，若ε1≥ε2，則存在線性期望ε使得ε1≥ε≥ε2。事實上，定義

應用引理1，即知存在線性期望ε使得ε1≥ε≥ε2。

最后，證明存在滿足題設條件的概率測度Q0，使得εg1≥EQ0≥εg2。由Peng[2]知g-期望是一類典型的非線性期望，結合上一步的結論，我們知道存在一個線性期望ε0，使得

應用引理2知，g1是獨立于y的，結合Lipschitz條件，g1(t,0)≡0及比較定理，得

由文[6]定理7.1知, 存在定義在Ω×[0,T]×Rd上的唯一的生成元，記為gQ0，且生成元gQ0滿足以下三個假設條件：

(B1) (Lipschitz條件) dP×dt-a.s.，對任意的z1,z2∈Rd，有|gQ0(t,z1)-gQ0(t,z2)|≤K|z1-z2|。

(B2) dP×dt-a.s.，gQ0(t,0)≡0。

由(B3)及條件期望的唯一性，可得

Q0(A)=EQ0[1A]=EQv[1A]=Qv(A)

從而，Q0=Qv。證畢。

定理2 設εg1為凸g-期望，εg2為凹g-期望且εg1≥εg2。令

S={εg:εg是凸g-期望且εg1≥εg≥εg2}

則S至少存在一個極小元，且以下陳述等價：

(i)εg0是S的一個極小元。

(ii)εg0是線性g-期望且εg1≥εg0≥εg2。

εg4[X]≤εg[X]=-εg[-X]≤-εg4[-X]，

0=2εg4[X-X]≤εg4[X]+εg4[-X]

下證(i)?(ii)成立。設εg0為S的一個極小元，顯然εg0是凸g-期望且εg1≥εg0≥εg2。應用定理1可知，存在一個線性g-期望εg，使得εg1≥εg0≥εg≥εg2，故εg∈S。又εg0為S的極小元且εg0≥εg，則由極小元的定義得εg0=εg。證畢。

推論1 設εg1為凸g-期望，令

S={εg:εg是凸g-期望且εg1≥εg}

則S至少存在一個極小元，且εg0是S的一個極小元當且僅當εg0是線性g-期望且εg0≤εg1。

推論2 設εg2為凹g-期望，令

S={εg:εg是凸g-期望且εg≥εg2}

則S至少存在一個極小元，且εg0是S的一個極小元當且僅當εg0是線性g-期望且εg0≥εg2。

推論3 設S為所有凸g-期望的全體，則S至少存在一個極小元，且εg0是S的一個極小元當且僅當εg0是線性g-期望。

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Some Properties of Convexg-Expectations

JIRonglin,JIANGLong,SHIXuejun

(School of Sciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

Under the basic assumptions on generators，a sandwich theorem for convexg-expectations and concaveg-expectations is proven. Furthermore，for some subsets of all convexg-expectations, the existence of their minimal members are proven and the properties of those minimal members are characterized.

backward stochastic differential equation; convexg-expectation; sandwich theorem; minimal member

10.13471/j.cnki.acta.snus.2015.05.003

2015-01-09

國家自然科學基金資助項目(11371362)；2014年江蘇省普通高校研究生科研創新計劃資助項目(KYZZ_0373)

紀榮林 (1984年生)，男；研究方向：非線性數學期望；通訊作者：江龍;E-mail:jianglong365@hotmail.com

O211.67

A

0529-6579(2015)05-0011-04