Fluctuations theory of random walks in dimension 1 Local limit theorems for reflected random walks on N

Fluctuations des marches aléatoires en dimension 1 Théorèmes limites locaux pour des marches réfléchies sur N

Rim Essifi (1, 2)

1 LMPT - Laboratoire de Mathématiques et Physique Théorique
2 FDP - Fédération de recherche Denis Poisson

The purpose of this thesis is to establish some local limit theorems for reflected random walks on N. The fluctuations theory and the Wiener-Hopf factorization play a crucial role. We will develop in the first part a classical approach that we will apply to the study of random walks on R+ with non-elastic reflections at zero. In the second part, we will explicit a different method which involves algebraic tools, complex analysis and factorization techniques, using in an essential way generating functions. These approach was developed 50 years ago to cover Markov walks, it will be presented in this part in the case of random walks with i.i.d jumps where many simplifications appear and will be then used to study random walks on N with either elastic or non-elastic reflections at zero. Finally, in the last part, we will introduce the useful tools to establish a Wiener-Hopf factorization in a markovian framework in order to study the fluctuations of Markov walks on Z. We investigate some previous work, especially some proofs that warranted to be more detailed, with a medium-term objective of applying the algebraic tools described above to study reflected Markov walks on N. Keywords : Markov chains, random walks, local limit theorems, fluctuations theory, Wiener-Hopf factorization, absorbed random walks, reflected random walks, Markov walks.

L'objet de cette thèse est d'établir des théorèmes limites locaux pour des marches aléatoires réfléchies sur N. La théorie des fluctuations des marches aléatoires et la factorisation de Wiener-Hopf y jouent un rôle important. On développera dans la première partie une approche classique que l'on appliquera à l'étude des marches aléatoires sur R+ avec réflexions non élastiques en 0. Dans la deuxième partie, on explicitera une méthode différente qui fait intervenir des outils algébriques, d'analyse complexe et des techniques de factorisation utilisant de manière essentielle les fonctions génératrices. Cette approche a été développée il y a une cinquantaine d'année pour l'étude de marches de Markov, elle sera présentée dans cette partie dans le cas des marches aléatoires à pas i.i.d. où un certain nombre de simplifications apparaissent et sera ensuite utilisée pour étudier les marches aléatoires sur N avec réflexions élastiques ou non élastiques en zéro. Finalement, dans la dernière partie, nous mettons en place les outils nécessaires pour établir une factorisation de Wiener-Hopf dans un cadre markovien afin d'étudier les fluctuations des marches de Markov sur Z ; nous reprenons des travaux anciens dont les démonstrations méritaient d'être détaillées, l'objectif à moyen terme étant d'appliquer les méthodes algébriques décrites ci-dessus pour l'étude de marches de Markov réfléchies sur N.

Mots clés: Markov chains; random walks; local limit theorems; fluctuations theory; Wiener-Hopf factorization; absorbed random walks; reflected random walks; Markov walks.

Mots clés: Chaînes de Markov; marches aléatoires; théorème limite local; théorie des fluctuations des marches aléatoires; factorisation de Wiener-Hopf; marches aléatoires absorbées; marches aléatoires réfléchies; marches de Markov.

Domaines: Probabilités [math.PR]

Rim Essifi. Fluctuations des marches aléatoires en dimension 1 Théorèmes limites locaux pour des marches réfléchies sur N. Probabilités [math.PR]. Université François Rabelais - Tours, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01003859⟩