田中公式(Tanaka's formula)
/ tah-NAH-kah /
伊藤公式要求函數二次連續可微,但布朗路徑上最自然的函數——其絕對值,或到某水平的距離——卻有一個尖角。|B_t| 的隨機微分是什麼?田中公式回答了這個問題,把伊藤公式推廣到 f(x) = |x - a|,代價是一個新成分:一個恰好捕捉尖角貢獻的局部時項。
公式為:|B_t - a| = |B_0 - a| + integral over [0,t] of sgn(B_s - a) dB_s + L_t^a,其中 sgn(x) = +1(x > 0)、-1(x < 0)(在 0 處的值無關緊要,因 B 不在該處花時間),而 L_t^a 是水平 a 的局部時。對比一般伊藤:若 f 是 C^2,我們會得到 f'(B_s) dB_s 加上 (1/2) f''(B_s) ds。這裡 f' = sgn 是正確的一階導數,但 f'' 在分布意義下是狄拉克 δ 即 2 delta_a,而二階項 (1/2) integral 2 delta_a(B_s) ds 恰是局部時 L_t^a——田中公式正是當 f'' 是點質量時對「(1/2) f''(B) ds = L^a」的嚴格詮釋。一般的伊藤-田中公式對任何凸(或凸函數之差)的 f 做同樣的事:f(B_t) = f(B_0) + integral f'_-(B_s) dB_s + (1/2) integral over R of L_t^a f''(da),其中 f'' 是二階導數的(帶號)測度。
重要性:田中公式是局部時的標準「構造」(作為 |B_t - a| - |B_0 - a| - 隨機積分 之差,它自動連續且遞增),它表明 |B - a| 是以局部時為有界變差部分的半鞅,並且是斜布朗運動、Skorokhod 反射問題、以及具尖角報酬定價(局部時項即「履約價處的 gamma」)的基礎。關鍵的誠實:你「不能」對 |B| 套用樸素的伊藤微積分——這樣做會悄悄丟掉局部時項而給出錯誤答案。尖角貢獻了一個真正嶄新、路徑相依的遞增過程,而積分內的符號函數使 integral sgn(B_s) dB_s 本身成為一個布朗運動(李維刻劃),所以 |B| =(一個布朗運動)+ L,這正是喬裝的李維定理。
在 a = 0 套用田中公式:|B_t| = integral over [0,t] of sgn(B_s) dB_s + L_t^0。該隨機積分具二次變差 t,故由李維刻劃它本身是一個布朗運動;因此 |B| 即該布朗運動加上其局部時,這回收了李維定理 |B| =d M。
|x| 的尖角逼出一個額外的局部時項,普通伊藤微積分會遺漏它。
切勿對 |B| 套用 C^2 伊藤公式:尖角貢獻了局部時項 L_t^a,平滑公式會省略它,且它確實路徑相依。