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Lecture

Second Order Approximations: The Hessian Matrix

In course

MATH-431: Theory of stochastic calculus

Introduction to the mathematical theory of stochastic calculus: construction of the Ito stochastic integral, proof of the Ito formula, introduction to stochastic differential equations, Girsanov's theorem and the Feynman-Kac formula, the martingale represe ...

Description

This lecture covers second order approximations for twice differentiable functions, focusing on the Hessian matrix. It explains the definition of C^1(U) functions, partial derivatives, and symmetric matrices. The instructor demonstrates the application of the Hessian matrix in finding second order approximations and proves related theorems.

Instructors (2)

Robert Dalang

Robert Dalang, né en 1961, a reçu le diplôme de Mathématicien-EPFL en 1983 et est lauréat du Prix Dommer. Il passe l'année 1985-86 à Cornell University (USA) comme chercheur invité. Il obtient le doctorat au Département de mathématiques de l'EPFL en 1987. Son domaine de spécialisation est la théorie des processeurs stochastiques. En 1987, Robert Dalang est nommé professeur assistant au Département de statistiques de l'Université de Californie à Berkeley (USA). En 1988, il reçoit une bourse post-doctorale du Fonds national scientifique américain et effectue des recherches sur les propriétés markoviennes de processus stochastiques à plusieurs paramètres. En 1990, il est nommé à Tufts University (Boston, USA). Il est promu professeur associé en mai 1993. Une partie importante de ses recherches se font dans le cadre de contrats avec le Fonds national scientifique américain et l'Office de la recherche de l'armée américaine. En collaboration avec le Prof. R. Cairoli du Département de mathématiques de l'EPFL, il a écrit un livre sur l'optimisation stochastique séquentielle publié en 1996 aux éditions John Wiley. M. Dalang est nommé professeur extraordinaire de probabilités au Département de mathématiques en 1995. Il y poursuit des travaux de recherche en processus stochastiques et probabilité appliquée et participe à l'enseignement des processus stochastiques, de la théorie des probabilités et des cours de mathématiques aux sections d'ingénieurs. Il dirige régulièrement des thèses de doctorats, est éditeur de plusieurs journaux de recherche mathématique et travail en collaboration avec des chercheurs de plusieurs universités européennes et américaines.

Thomas Mountford

D'origine britannique, né en 1961. Il a reçu la bourse présidentielle des jeunes investisseurs (Presidential Young Investigator Grant) en 1990 et le prix de la Fraternité Sloan (Sloan Fellowship) en 1991. Son travail montre que les valeurs critiques d'une classe large de de systèmes de particules proches sont égales à 1, et que, suite à plusieurs travaux sur la trajectoire du mouvement brownien, incluant une simulation numérique, le nombre d'îlots browniens en 2 dimensions tend vers l'infini quand leurs tailles tendent vers 0. Il reçoit le prix Rosenbaum en 1993 lui ouvrant ainsi les portes du Isaac Newton Institute à Cambridge. Il est également décoré par le prix Rollo Davidson en 1995 et nommé membre honoraire de l'Institute of Mathematical Statistics en 2001. Assistant Profeseur de Mathematique a UCLA 1987- 1991 Associate Professeur de Mathematique a UCLA 1991-1993 Professeur de Mathematique a UCLA 1993-2001 Professeur Departement de mathématiques, EPFL dès 2001

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Symmetric matrix

In linear algebra, a symmetric matrix is a square matrix that is equal to its transpose. Formally, Because equal matrices have equal dimensions, only square matrices can be symmetric. The entries of a symmetric matrix are symmetric with respect to the main diagonal. So if denotes the entry in the th row and th column then for all indices and Every square diagonal matrix is symmetric, since all off-diagonal elements are zero. Similarly in characteristic different from 2, each diagonal element of a skew-symmetric matrix must be zero, since each is its own negative.

Definite matrix

In mathematics, a symmetric matrix with real entries is positive-definite if the real number is positive for every nonzero real column vector where is the transpose of . More generally, a Hermitian matrix (that is, a complex matrix equal to its conjugate transpose) is positive-definite if the real number is positive for every nonzero complex column vector where denotes the conjugate transpose of Positive semi-definite matrices are defined similarly, except that the scalars and are required to be positive or zero (that is, nonnegative).

Second derivative

In calculus, the second derivative, or the second-order derivative, of a function f is the derivative of the derivative of f. Informally, the second derivative can be phrased as "the rate of change of the rate of change"; for example, the second derivative of the position of an object with respect to time is the instantaneous acceleration of the object, or the rate at which the velocity of the object is changing with respect to time. In Leibniz notation: where a is acceleration, v is velocity, t is time, x is position, and d is the instantaneous "delta" or change.

Skew-symmetric matrix

In mathematics, particularly in linear algebra, a skew-symmetric (or antisymmetric or antimetric) matrix is a square matrix whose transpose equals its negative. That is, it satisfies the condition In terms of the entries of the matrix, if denotes the entry in the -th row and -th column, then the skew-symmetric condition is equivalent to The matrix is skew-symmetric because Throughout, we assume that all matrix entries belong to a field whose characteristic is not equal to 2.

Partial derivative

In mathematics, a partial derivative of a function of several variables is its derivative with respect to one of those variables, with the others held constant (as opposed to the total derivative, in which all variables are allowed to vary). Partial derivatives are used in vector calculus and differential geometry. The partial derivative of a function with respect to the variable is variously denoted by It can be thought of as the rate of change of the function in the -direction.

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