Incertitudes sur les modèles en finance et équations différentielle stochastiques rétrogrades du second ordre

Model Uncertainty in Finance and Second Order Backward Stochastic Differential Equations

• Auteur / Autrice : Chao Zhou
• Direction : Anis Matoussi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l’Ecole Polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mathématiques appliquées de l'Ecole polytechnique (Palaiseau ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Denis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Bouchard-Denize, Emmanuel Gobet, Nizar Touzi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rainer Buckdahn, Jianfeng Zhang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations différentielles stochastiques

Équations différentielles non linéaires

Monte-Carlo, Méthode de

Finances -- Modèles mathématiques

Mots clés libres

Maximisation d'utilité robuste

Edsr

EDP non-linéaire

Croissance quadratique

Mathématiques financières

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est d'étudier quelques problèmes de mathématiques financières dans un marché incomplet avec incertitude sur les modèles. Récemment, la théorie des équations différentielles stochastiques rétrogrades du second ordre (2EDSRs) a été développée par Soner, Touzi et Zhang sur ce sujet. Dans cette thèse, nous adoptons leur point de vue. Cette thèse contient quatre parties dans le domain des 2EDSRs. Nous commençons par généraliser la théorie des 2EDSRs initialement introduite dans le cas de générateurs lipschitziens continus à celui de générateurs à croissance quadratique. Cette nouvelle classe des 2EDSRs nous permettra ensuite d'étudier le problème de maximisation d'utilité robuste dans les modèles non-dominés. Dans la deuxième partie, nous étudions ce problème pour trois fonctions d'utilité. Dans chaque cas, nous donnons une caractérisation de la fonction valeur et d'une stratégie d'investissement optimale via la solution d'une 2EDSR. Dans la troisième partie, nous fournissons également une théorie d'existence et unicité pour des EDSRs réfléchies du second ordre avec obstacles inférieurs et générateurs lipschitziens, nous appliquons ensuite ce résultat à l'étude du problème de valorisation des options américaines dans un modèle financier à volatilité incertaine. Dans la quatrième partie, nous étudions des 2EDSRs avec sauts. En particulier, nous prouvons l'existence d'une unique solution dans un espace approprié. Comme application de ces résultats, nous étudions un problème de maximisation d'utilité exponentielle robuste avec incertitude sur les modèles. L'incertitude affecte à la fois le processus de volatilité, mais également la mesure des sauts

The main objective of this PhD thesis is to study some financial mathematics problems in an incomplete market with model uncertainty. In recent years, the theory of second order backward stochastic differential equations (2BSDEs for short) has been developed by Soner, Touzi and Zhang on this topic. In this thesis, we adopt their point of view. This thesis contains of four key parts related to 2BSDEs. In the first part, we generalize the 2BSDEs theory initially introduced in the case of Lipschitz continuous generators to quadratic growth generators. This new class of 2BSDEs will then allow us to consider the robust utility maximization problem in non-dominated models. In the second part, we study this problem for exponential utility, power utility and logarithmic utility. In each case, we give a characterization of the value function and an optimal investment strategy via the solution to a 2BSDE. In the third part, we provide an existence and uniqueness result for second order reflected BSDEs with lower obstacles and Lipschitz generators, and then we apply this result to study the problem of American contingent claims pricing with uncertain volatility. In the fourth part, we define a notion of 2BSDEs with jumps, for which we prove the existence and uniqueness of solutions in appropriate spaces. We can interpret these equations as standard BSDEs with jumps, under both volatility and jump measure uncertainty. As an application of these results, we shall study a robust exponential utility maximization problem under model uncertainty, where the uncertainty affects both the volatility process and the jump measure