Local regularity of some fractional Brownian fields
Régularité locale de certains champs browniens fractionnaires
Résumé
In this thesis, local regularity properties of some multiparameter, set-indexed and eventually L2-indexed random fields are investigated. The goal is to extend standard tools of the theory of stochastic processes, in particular local Hölder regularity, to indexing collection which are not totally ordered.The classic Kolmogorov continuity criterion gives a lower estimate of the Hölder regularityof a stochastic process indexed by a subset of R or RN . Using the lattice structure of the indexing collections in the theory of set-indexed processes of Ivanoff and Merzbach, Kolmogorov’scriterion is extended to this framework. Different increments for set-indexed processes are considered,and several Hölder exponents are defined accordingly. For Gaussian processes, these exponents are, almost surely and uniformly along the sample paths, deterministic and related to the law of the increments of the process. This is applied to the set-indexed fractional Brownian motion, for which the regularity is constant. In order to exhibit a process having a variable regularity,we resorted to structures of Abstract Wiener Spaces, and defined a fractional Brownian field indexed by a product space (0, 1=2]_L2(T,m), based on a family of positive definite kernels kh, h 2 (0, 1=2]. This field encompasses a large class of existing multiparameter fractional Brownian processes, which are exhibited by choosing appropriate metric spaces (T,m). It is proven that the law of the increments of such a field is bounded above by a function of the increments in both parameters of the field. Applying the techniques developed to measure the local Hölder regularity, it is proven that this field can lead to a set-indexed, or L2-indexed, Gaussian process with prescribed local regularity.The last part is devoted to the study of the singularities induced by the multiparameter process defined by the covariance kh on L2([0, 1]_,dx). This process is a natural extension of the fractional Brownian motion and of the Brownian sheet. At the origin 0 of RN+, this multiparameter fractional Brownian motion has a different regularity behaviour. A Chung (or lim inf ) law of the iterated logarithm permits to observe this.
Dans cette thèse, nous examinons les propriétés de régularité locale de certains processus stochastiques multiparamètres définis sur RN + , sur une collection d’ensembles, ou encore sur des fonctions de L2. L’objectif est d’étendre certains outils standards de la théorie des processus stochastiques, en particulier concernant la régularité hölderienne locale, à des ensembles d’indexation qui ne sont pas totalement ordonnés. Le critère de continuité de Kolmogorov donne classiquement une borne inférieure pour la régularité hölderienne d’un processus stochastique indicé par un sous-ensemble de R ou RN . Tirant partie de la structure de treillis des ensembles d’indexations dans la théorie des processus indicés par des ensembles de Ivanoff et Merzbach, nous étendons le critère de Kolmogorov dans ce cadre. Différents accroissements pour les processus indicés par des ensembles sont considérés, et leur sont attachés en conséquence des exposants de Hölder. Pour les processus gaussiens, ces exposants sont, presque surement et uniformément le long des trajectoires, déterministes et calculés en fonction de la loi des accroissements du processus. Ces résultats sont appliqués au mouvement brownien fractionnaire set-indexed, pour lequel la régularité est constante. Afin d’exhiber un processus pour lequel la régularité n’est pas constante, nous utilisons la structure d’espace de Wiener abstrait pour introduire un champ brownien fractionnaire indicé par (0, 1=2]_L2(T,m), relié à une famille de covariances kh, h 2 (0, 1=2]. Ce formalisme permet de décrire un grand nombre de processus gaussiens fractionnaires, suivant le choix de l’espacemétrique (T,m). Il est montré que la loi des accroissements d’un tel champ est majorée par une fonction des accroissements en chacun des deux paramètres. Les techniques développées pour mesurer la régularité locale s’appliquent alors pour prouver qu’il existe dans ce cadre des processus gaussiens indicés par des ensembles ou par L2 ayant une régularité prescrite. La dernière partie est consacrée à l’étude des singularités produites par le processus multiparamètre défini par kh sur L2([0, 1]_,dx). Ce processus est une extension naturelle du mouvement brownien fractionnaire et du drap brownien. Au point origine de RN+, ce mouvement brownien fractionnaire multiparamètre possède une régularité hölderienne différente de celle observée en tout autre point qui ne soit pas sur les axes. Une loi du logarithme itéré de Chung permet d’observer finement cette différence.
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