Cálculo de Itô

El cálculo de Itô, extiende los métodos del cálculo a procesos estocásticos. Tiene aplicaciones muy importantes en matemáticas financieras y en ecuaciones diferenciales estocásticas.

El concepto central es la integral estocástica de Itô que es una generalización estocástica de la integral de Riemann-Stieltjes en análisis. Los integrandos y los integradores son ahora procesos estocásticos:

donde  es un proceso cuadrado-integrable adaptado a la filtración generada por , que es un movimiento browniano o más generalmente, una semimartingala. El resultado de la integral es otro proceso estocástico. Concretamente, la integral desde  hasta algún valor particular  es una variable aleatoria, definida como el límite de una secuencia de variables aleatorias. El camino de un movimiento Browniano no satisface los requisitos necesarios del cálculo infinitesimal tradicional, ya que como el integrando es un proceso estocástico, la integral de Itô se define para lograr integrar una función que es no diferenciable en ningún punto y además tiene una variación infinita en cada intervalo de tiempo.

Notación 
El proceso  definido anteriormente como

 

es en sí mismo un proceso estocástico con parámetro de tiempo , también suele escribirse como  . Alternativamente, la integral en ocasiones es escrita en forma diferencial , que es equivalente a . Como el cálculo de Itô se ocupa de los procesos estocásticos a tiempo continuo, se supone que un espacio de probabilidad filtrado se da

La σ-álgebra  representa la información disponible hasta el tiempo  y el proceso  es adaptado si  es -medible. Un movimiento browniano  se entiende por ser un -movimiento browniano, que simplemente es un movimiento browniano estándar con las propiedades de que  es -medible y que  es independiente de  para todo  .

Integración por partes 
Como en cálculo ordinario, la integración por partes es un resultado importante en cálculo estocástico. La fórmula de integración por partes para la integral de Itô difiere del resultado estándar por la inclusión del término variación cuadrática. Este término viene del hecho de que el cálculo de Itô trata con procesos con variación cuadrática no nula, que sólo ocurre con procesos con variación infinita (tal como el movimiento browniano). 

Si  y  son semimartingalas entonces

donde  es la variación cuadrática del proceso.

Lema de Itô 
El lema de Itô es una versión de la regla de la cadena o la fórmula del cambio de variables que aplica para la integral de Itô. Es uno de los teoremas más usados en cálculo estocástico.  

Para una semimartingala continua -dimensional  y una función  continuamente diferenciable,  es una semimartingala y 

lo anterior difiere de la regla de la cadena usual del cálculo debido a la inclusión del término que incluye la variación cuadrática .

Véase también 
Cálculo estocástico
Proceso de Wiener
Semimartingala
Lema de Itô

Referencias 

Hagen Kleinert (2004). Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics, and Financial Markets, 4th edition, World Scientific (Singapore); Paperback ISBN 981-238-107-4. Fifth edition available online: PDF-files, with generalizations of Itô's lemma for non-Gaussian processes.

 

 
 
 Mathematical Finance Programming in TI-Basic, which implements Ito calculus for TI-calculators.

Teoría de la medida
Procesos estocásticos