Itô Processes and Itô’s Lemma

Itô process is like a generalized random walk and Itô’s lemma gives us a formula for doing calculus with Itô processes.

Itô Process

An Itô process is defined as a stochastic process of the form

dX = adt + bdB

where X and B are both time dependent and B is a Guassian Brownian random variable.

adt is a deterministic component of the Ito process, while bdB is stochastic. 

Deterministic means you can calculate a future event exactly, without the involvement of randomness. If something is deterministic, you have all of the data necessary to predict (determine) the outcome with certainty. 

Stochastic, on the other hand, involves some inherent randomness. The same set of parameter values and initial conditions will lead to an ensemble of different outputs.

A Brownian path is continuous everywhere, differentiable nowhere. Therefore, B and X are not differentiable.

If F is a function of X, how do we differentiate F? We use Itô’s lemma (aka Itô’s Formula).

Itô’s Lemma

\begin{aligned}
dF &= \left[\frac{\partial F}{\partial t} + \frac{b^2}{2}\frac{\partial^2 F}{\partial X^2}  \right]dt + \left[ \frac{\partial F}{\partial X}\right]dX\\
&= \left[\frac{\partial F}{\partial t} + \frac{b^2}{2}\frac{\partial^2 F}{\partial X^2} + a\frac{\partial F}{\partial X} \right]dt + \left[b\frac{\partial F}{\partial X} \right]dB
\end{aligned}

This formula denotes that dF is itself an Itô process as it consists of a deterministic term (dt) and a stochastic term (dB).

You can view the formula as the usual chain rule for partial differentiation, plus an extra term:

dF = \frac{\partial F}{\partial t} dt + \frac{\partial F}{\partial X} dX + \frac{b^2}{2}\frac{\partial^2 F}{\partial X^2} dt

Examples

Geometric Brownian motion with drift

Geometric Brownian motion with drift is modelled by the equation

dS = \mu Sdt + \sigma S dB

We can rewrite dS as

\begin{aligned}
dS &= adt + bdB, \quad where\; a = \mu S, b = \sigma S\\
\frac{dS}{S} &= \mu dt + \sigma dB
\end{aligned}

dS/S is not integratable (why?). Therefore, we need to use Itô’s lemma

\begin{aligned}
\text{Let }F &= log(S)\\
\frac{\partial F}{\partial t} &= 0\\
\frac{\partial F}{\partial S} &= \frac{1}{S}\\
\frac{\partial^2F}{\partial S^2} &= -\frac{1}{S^2}\\
\end{aligned}

Applying Itô’s lemma,

\begin{aligned}
dF &= d(log S)\\
&= \frac{1}{S}dS + \frac{(\sigma S)^2}{2}\left(\frac{-1}{S^2}\right)dt\\
&= \mu dt + \sigma dB - \frac{\sigma^2}{2}dt
\end{aligned}

Therefore, 

d(logS) = \left( \mu - \frac{\sigma^2}{2}  \right) dt + \sigma dB

Integrating on both sides from 0 to T,

\begin{aligned}
log\left(\frac{S_T}{S_0}   \right) &= \left(\mu - \frac{\sigma^2}{2}    \right)T + \sigma(B_T - B_0)\\
S_T &= S_0^{\left(\mu - \frac{\sigma^2}{2}    \right)T + \sigma(B_T - B_0)}
\end{aligned}

Comments

  1. Your comment is awaiting moderation.

    Gaming titles present gamers an amazing avenue to interact and play with gamers everywhere.
    https://r2.balmain1.ru/eWef9I7QdIr6/

  2. Your comment is awaiting moderation.

    Тут удастся просмотреть каталог публичной информации.
    В этом каталоге размещены контакты учреждений и индивидуальных предпринимателей.
    Данные представляют собой открытыми и могут использованы в целях поиска реквизитов.
    Ресурс регулярно пополняется, дабы вы в любой момент имели достоверной информацией.
    https://orq.me/

  3. Your comment is awaiting moderation.

    Плановый осмотр автомобиля является важной мерой для обеспечения исправности автомобиля.
    В ходе диагностики выявляются потенциальные поломки, что могут вызвать серьёзных поломок на дороге.
    Регулярное посещение ТО позволяет избежать больших расходов на сложный восстановление в перспективе.
    Помимо этого технически годный автомобиль гарантирует безопасность водителя и пассажиров в движении.
    https://yandex.ru/maps/org/tekhosmotr/11324347330

  4. Your comment is awaiting moderation.

    Стимуляция ПФ — является метод искусственного увеличения ранга в выдаче.
    Данный метод основана на имитацию активности посетителей: переходы, время просмотра и длительность визита.
    Однако эти манипуляции часто вызвать блокировки Google и Яндекса и потерю видимости.
    В итоге лучше делать упор на только разрешённые способы продвижения.
    пф накрутка накрутка-пф.онлайн

  5. Your comment is awaiting moderation.

    Тут сайте собрано много нужной информации.
    https://bnavigator.ru

  6. Your comment is awaiting moderation.

    На этом портале удастся почерпнуть важную информацию.
    https://bio.site/ivanbobin2026

  7. Your comment is awaiting moderation.

    Mature content constitute a category of visual media aimed at individuals over 18.
    This content often be used for sexual education as well as for private pleasure.
    However, it should be noted to differentiate between actual experiences and staged depictions.
    Responsible consumption involves respecting consent and choosing legitimate providers.
    gay sissy porn

  8. Your comment is awaiting moderation.

    Здесь сайте можно найти важную информацию.
    https://ant-nn.ru/info/1716/

  9. Your comment is awaiting moderation.

    Здесь веб-сайте вы сможете обнаружить ценную информацию.
    https://rsc-infobuh.ru/economika/22-tendentsii-zvyozdnykh-pyatnits-braki-beremennosti-i-taynye-romany.html

  10. Your comment is awaiting moderation.

    Здесь портале удастся обнаружить нужную информацию.
    https://1-mk.ru/detail/461-pod-razvalinami-doma-obnaruzheny-tela-krasavitsy-skarlent-i-eyo-vozlyublennogo/

  11. Your comment is awaiting moderation.

    На данном портале есть шанс получить интересную информацию.
    https://protivbed.ru/full-article/tri-prevoskhodnykh-varianta-saydinga-dlya-vashego-doma-kakoy-iz-nikh-vam-podkhodit-2009/

  12. Your comment is awaiting moderation.

    Здесь ресурсе вы сможете найти интересную информацию.
    https://legicon-pravo.ru/data/3470-polnyy-obzor-igrovykh-avtomatov-v-randx-casino.html

  13. Your comment is awaiting moderation.

    Здесь портале вы сможете обнаружить ценную информацию.
    https://admspasskoe.ru/

  14. Your comment is awaiting moderation.

    На данном сайте вы сможете получить ценную информацию.
    https://eurasia-log.ru/blog/2026-07-26-istoriya-razvitiya-sumok-prada-ot-pervykh-modeley-do-sovremennykh-kollaboratsiy/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *