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http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/25747
Title: | Transición de sistemas de partículas con dinámicas probabilistas a ecuaciones diferenciales parciales. |
Authors: | Boconzaca Ortega, William Santiago |
Director: | Uquillas Andrade, Adriana |
Keywords: | MATEMÁTICAS MOVIMIENTO BROWNIANO CAMINATA ALEATORIA VARIANZA INFINITA LÍMITE HIDRODINÁMICO PROCESOS |
Issue Date: | 19-Aug-2024 |
Publisher: | Quito : EPN, 2024. |
Citation: | Boconzaca Ortega, W.S.(2024).Transición de sistemas de partículas con dinámicas probabilistas a ecuaciones diferenciales parciales. 126 páginas. Quito : EPN. |
Abstract: | In this research project, we will begin by conducting a brief study of an intuitive procedure, where the Central Limit Theorem (CLT) states that the Brownian motion eventually emerges like the hydrodynamic limit of any random walk with jumps of finite variance. A tool that will be used in this procedure is the Fourier transform and it will allow us to appreciate a known result, which is that the density functions of the Brownian motion solve the traditional reaction-diffusion equation. In this sense, we are interested in knowing the kind of stochastic process that will eventually emerge from a random walk with jumps that follow a Pareto distribution or power law. Here we will find a problem, the jumps of a random walk with Pareto jumps have infinite variance, which in this case prevents us from using the TLC. However, by means of a suitable Taylor series expansion, it is possible to use the methodology made for the Brownian motion to show that this type of random walks eventually behaves like a stable process and its density functions resolve a particular type of model known as anomalous reaction-diffusion equation or simply anomalous diffusion equation. The anomalous diffusion model involves a temporal derivative and a fractional spatial derivative, so it will be necessary to study some basic properties of fractional calculus to justify that the density functions of a stable process solve the equations of the anomalous diffusion model. Although it is true, the methodology that is followed for a random walk with finite variance jumps or Pareto jumps provide evidence that connects the theory of differential equations with the theory of stochastic processes, it is necessary to formalize this through the appropriate theory. In this sense, the adequate results of the theory of stable distributions and semigroups will be studied, which will allow us to connect in an elegant and formal way the fractional calculus and the stochastic processes involved in this work. |
Description: | En el presente trabajo de investigación, empezaremos por realizar un breve estudio de un procedimiento intuitivo, donde el Teorema del Limite Central (TLC) afirma que el movimiento Browniano eventualmente emerge como el límite hidrodinámico de cualquier caminata aleatoria con saltos de varianza nita. Una herramienta que se utilizara en este procedimiento es la transformada de Fourier y nos permitirá apreciar un resultado conocido, el cual es que las funciones de densidad del movimiento Browniano resuelven la ecuación tradicional de reacción-difusión. En este sentido, estamos interesados en conocer el tipo de proceso estocástico que eventualmente emergerá de una caminata aleatoria con saltos que siguen una distribución de Pareto o ley de potencias. Aquí nos encontraremos con un problema, los saltos de una caminata aleatoria con saltos de Pareto tienen varianza infinita, lo cual en este caso nos impide utilizar el TLC. Sin embargo, mediante una expansión adecuada de series de Taylor es posible utilizar la metodología hecha para el movimiento Browniano, para mostrar que este tipo de caminatas aleatorias eventualmente se comportan como un proceso estable y sus funciones de densidad resuelven un tipo particular de modelo conocido como ecuación de reacción-difusión anómala o simplemente ecuación de difusión anómala. El modelo de difusión anómalo involucra una derivada temporal estándar y una derivada espacial fraccionaria, por lo que será necesario estudiar algunas propiedades básicas del cálculo fraccionario para justificar que las funciones de densidad de un proceso estable resuelven las ecuaciones del modelo de difusión anómalo. Si bien es cierto, la metodología que se sigue para una caminata aleatoria con saltos de varianza finita o con saltos de Pareto arrojan evidencia que conecta la teoría de las ecuaciones diferenciales con la teoría de procesos estomáticos, es necesario formalizar esto mediante la teoría adecuada. En este sentido, se estudiarán los resultados adecuados de la teoría de distribuciones estables y semigrupos, lo cual nos permite conectar, de una manera elegante y formal el cálculo fraccionario y los procesos estocásticos involucrados en este trabajo. |
URI: | http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/25747 |
Type: | bachelorThesis |
Appears in Collections: | Tesis Matemáticas (MAT) |
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