Ein-Perioden-Modelle. Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 J. Kremer, Preise in Finanzmärkten, DOI / _1

Transkript

1 Ein-Perioden-Modelle Die Aktienkurse zum aktuellen Zeitpunkt sind bekannt, nicht aber diejenigen in einem Jahr. Damit ist auch ungewiss, was ein Derivat, etwa eine all-option, in einem Jahr wert sein wird. Eine all-option beinhaltet das Recht, eine bestimmte Aktie zu einem bereits heute festgelegten Preis K zu einem zukünftigen Zeitpunkt T kaufen zu dürfen. Es liegt im Ermessen des Eigentümers der all-option, sein Kaufrecht auszuüben oder nicht. Besitzt die Aktie zum Zeitpunkt T einen Marktwert S>K, dann kann der Inhaber der Option sie mithilfe seines Optionsrechts zum Preis K kaufen und anschließend an der Börse zum Preis S wieder veräußern. Auf diese Weise erzielt er einen Gewinn in Höhe von S K>0, und dies ist gerade der Wert der Option für diesen Fall. Liegt der Marktwert der Aktie zum Zeitpunkt T dagegen unterhalb von K, gilt also S < K, dann kann der Inhaber das Optionsrecht nicht vorteilhaft nutzen und wird sein Kaufrecht nicht ausüben. Somit hängt der Wert der Option zum Zeitpunkt T vom ungewissen Aktienkurs zu diesem Zeitpunkt ab und ist daher ebenfalls ungewiss. Nun können zwei extreme Positionen eingenommen werden. Die erste lautet, dass niemand verlässlich in die Zukunft schauen kann, und dass daher zuverlässige Prognosen für die zukünftigen Aktienkurse ausgeschlossen sind. Unter dieser Voraussetzung erscheint die Entwicklung einer sinnvollen Optionspreistheorie aussichtslos. Eine zweite, entgegengesetzte Position lautet, dass es mit einem ausgefeilten ökonomischen Modell möglich sein sollte, genaue Voraussagen für die Kurse der Zukunft zu machen. In diesem Fall wäre der zukünftige Wert der Option bekannt, und dieser müsste zur Bestimmung des Preises der Option lediglich auf den aktuellen Zeitpunkt abdiskontiert werden. In der Finanzmathematik wird ein Mittelweg zwischen diesen beiden Alles-oder- Nichts-Positionen beschritten. Die grundlegende Annahme besteht darin, dass zwar die Entwicklung eines betrachteten Finanzmarktes nicht vorausgesagt werden kann, dass aber die Menge aller möglichen zukünftigen Zustände oder Szenarien dieses Marktes bekannt ist. Es wird angenommen, dass genau eines dieser Szenarien in Zukunft eintreten wird, dass aber zum aktuellen Zeitpunkt 0 nicht bekannt ist, welches es sein wird. Das einfachste nichttriviale Modell besteht darin, neben dem Zeitpunkt 0 einen einzigen wei- Springer-Verlag GmbH Deutschland 207 J. Kremer, Preise in Finanzmärkten, DOI 0.007/ _ 3

2 4 Ein-Perioden-Modelle teren zukünftigen Zeitpunkt zuzulassen, an dem der Markt genau einen Zustand aus einer endlichen Menge von Zuständen annehmen wird. So einfach dieses Modell auch erscheinen mag, es ist in der Analyse wie wir sehen werden erstaunlich reichhaltig und lässt sich zu komplexeren und realistischeren Modellen ausbauen. Notation Im Folgenden wird das euklidische Skalarprodukt sowohl mit einem Punkt als auch mit einer Klammer h; inotiert, d. h., für x;y 2 R n gilt x y D hx;yi D nx x i y i : Skalarprodukte, bei denen über Finanzinstrumente summiert wird, werden mit einem Punkt geschrieben, während für Skalarprodukte, bei denen über Zustände summiert wird, die Klammer verwendet wird. Für x 2 R n schreiben wir x>0, falls x i 0 für alle i D ;:::;n und x k >0für wenigstens ein k gilt. Wir schreiben x 0, falls x strikt positiv ist, d. h., falls x i >0für alle i D ;:::;ngilt. id. Das Modell Das grundlegende Modell eines Wertpapiermarkts mit zwei Zeitpunkten wird Ein-Perioden-Modell oder einfach Marktmodell genannt und ist durch folgende Daten gekennzeichnet: Es gibt genau zwei Zeitpunkte, den Anfangszeitpunkt 0 und den Endzeitpunkt. Zum Zeitpunkt wird genau ein Zustand oder Szenario i, i D ;:::;K, aus einer endlichen Menge Df ;:::; K g von K Zuständen eintreten. Zum Zeitpunkt 0 sind alle Zustände bekannt, nicht aber, welcher zum Zeitpunkt realisiert werden wird. Im Rahmen des Modells werden N Wertpapiere S ;:::;S N betrachtet. Es gibt zu diesen Wertpapieren einen Preisprozess S DfS t D.St ;:::;SN t / jt D 0;g, derdie Preise der Wertpapiere zu den beiden Zeitpunkten 0 und spezifiziert. Die Preise S0 i, i D ;:::;N, der Wertpapiere zum Zeitpunkt 0 sind Zahlen. Die Preise S i, i D ;:::;N, hängen dagegen vom eintretenden Zustand ab und sind Funktionen auf, S i S i W R:./ bezeichnet den Kurs des i-ten Wertpapiers zum Zeitpunkt im Zustand 2. Sowohl die Preise S0 i als auch die Werte S i./, 2, sind den Investoren bekannt. Aber erst zum Zeitpunkt entscheidet sich, welche Kurse S i./ zu diesem

3 . Das Modell 5 Abb.. Die Zustände eines Ein-Perioden-Modells Zeitpunkt tatsächlich realisiert werden, denn erst dann stellt sich heraus, in welchen Zustand 2 der Finanzmarkt übergegangen ist. Zum Zeitpunkt 0 sind also die K Zustände der Menge D f ;:::; K g als Endzustände zum Zeitpunkt möglich, und zum Zeitpunkt wird genau einer dieser Zustände als Endzustand realisiert. Dies wird in Abb.. veranschaulicht. Das Aufspalten der Menge in die Elementarzustände bis K bildet ein Strukturgerüst, das durch die Spezifikation eines Preisprozesses zu einem Ein-Perioden-Modell ergänzt wird. Für jedes Finanzinstrument S ;:::;S N ist sowohl zum Zeitpunkt 0 als auch für jeden Zustand 2 zum Zeitpunkt jeweils ein Preis vorzugeben. Abb..2 veranschaulicht diese Ergänzung. Abb..2 Die Preise der Wertpapiere eines Ein-Perioden-Modells

4 6 Ein-Perioden-Modelle S (ω )=,02 2 S 0 = 0 S (ω 2)=,02 9 t =0 t = Abb..3 Das Ein-Perioden-Modell des Beispiels. Beispiel. Wir betrachten das in Abb..3 gezeigte Ein-Perioden-Modell mit den beiden Zuständen und 2 zum Zeitpunkt. In das Strukturgerüst wurden die Daten für zwei Finanzinstrumente S und S 2 eingefügt. Das erste Finanzinstrument S besitzt zum Zeitpunkt 0 den Wert S 0 D. Zum Zeitpunkt besitzt S die Werte S. / D S. 2/ D ;02. Da hier die Kurse in beiden Zuständen übereinstimmen, entspricht dieses Finanzinstrument einer festverzinslichen Kapitalanlage. Im Beispiel beträgt der Zinssatz 2 %. Das zweite Finanzinstrument S 2 könnte als Aktie interpretiert werden, deren Kurs im ersten Szenario vom Anfangskurs 0 auf den Wert 2 steigt und im zweiten Szenario 2 von 0 auf den Wert 9 sinkt. 4 Formal werden Ein-Perioden-Modelle wie folgt definiert: I Definition.2 Ein Tupel.S 0 ;S /.b; D/ 2 R N M N K.R/ heißt Ein-Perioden- Modell mit Preisvektor 0 S0 b D S 0 D : A 2 RN und Auszahlungsmatrix 0 S. / S. K/ D D.S. /;:::;S. K // D : : A 2 M N K.R/: S N. / S N. K/ Dabei bezeichnet M N K.R/ die Menge aller reellen N K-Matrizen. Die Komponenten von D sind definiert durch D ij D S i j für i D ;:::;N und j D ;:::;K, sodass jede Spalte von D dieselbe Struktur besitzt wie der Preisvektor S 0. S N 0

5 .2 Portfolios 7 Die Schreibweise.S 0 ;S /.b; D/ bedeutet, dass sich ein Ein-Perioden-Modell entweder durch die Anfangs- und Endkurse.S 0 ;S / oder auf äquivalente Weise auch durch.b; D/ 2 R N M N K.R/ mithilfe einer Auszahlungsmatrix D beschreiben lässt. Aus einem vorgegebenen Tupel.b; D/ 2 R N M N K.R/ lassen sich alle charakterisierenden Bestandteile eines Ein-Perioden-Modells ableiten. Die gemeinsame Anzahl der Zeilen von b und D entspricht der Anzahl der Finanzinstrumente, und die Anzahl der Spalten von D entspricht der Anzahl der Zustände des Modells. Der Vektor b wird als Preisvektor S 0 interpretiert, der die Preise aller N Finanzinstrumente zum Zeitpunkt 0 zusammenfasst, während die j -te Spalte von D als Preisvektor S j D S j ;:::;S N t j aufgefasst wird, der die Preise aller Finanzinstrumente zum Zeitpunkt im Zustand j repräsentiert. Beispiel.3 Das Ein-Perioden-Modell des Beispiels. lässt sich mit Definition.2 schreiben als ;02 ;02.b; D/ D ; : Portfolios I Definition.4 Ein Portfolio ist eine Zusammenfassung von h Finanzinstrumenten vom Typ S, h 2 Finanzinstrumenten vom Typ S 2, ::: und h N Finanzinstrumenten vom Typ S N zu einer Gesamtheit. Formal wird ein Portfolio definiert als ein Vektor 0 h h D B : h N A 2 RN ; wobei h i als Stückzahl interpretiert wird, mit der das i-te Finanzinstrument S i in der Gesamtheit vertreten ist. Das Produkt h i S i wird als Position des i-ten Finanzinstruments S i im Portfolio h bezeichnet. Der Wert V 0.h/ des Portfolios h zum Zeitpunkt 0 lautet V 0.h/ D h S 0 hn S N 0 D h S 0 : (.) Der Wert des Portfolios V.h/ zum Zeitpunkt hängt vom eintretenden Zustand j 2 ab. Daher gilt 0 h S. / V.h/ D h S D : A 2 RK : (.2) h S. K /

6 8 Ein-Perioden-Modelle Abb..4 Portfoliowerte in Ein-Perioden-Modellen Alternativ kann V.h/ als Abbildung von nach R aufgefasst werden, wobei V.h/./ D h S./ für 2 definiert wird. Betrachten wir ein beliebiges Portfolio h 2 R N,dann lassen sich die Werte V 0.h/ und V.h/ des Portfolios gemäß Abb..4 veranschaulichen. Im Folgenden wird gelegentlich die Angabe des Portfolios h in V 0.h/ oder V.h/./ weggelassen und einfach V 0 oder V./ geschrieben. Enthält ein Portfolio eine negative Anzahl h i an Aktien, dann bedeutet dies, dass jh i j Aktien von einer Finanzinstitution geliehen und anschließend am Markt verkauft wurden. Damit hat derjenige, der die Aktien geliehen hat, Schulden in Höhe von jh i j Stück dieser Aktie. Eine negative Stückzahl von Finanzinstrumenten in einem Portfolio entspricht also Schulden in diesem Finanzinstrument. Dies ist analog zu Schulden in einer Währung. Schulden werden gemacht, indem Geld geliehen und dann verkauft, also gegen ein anderes Gut eingetauscht, wird. Entsprechend werden Geldschulden in einem Portfolio durch die negative Anzahl geschuldeter Einheiten des Geldes, also z. B. durch eine negative Euro-Stückzahl, ausgedrückt. Gilt h i >0,dannwirdh i S i als Long-Position bezeichnet, d. h., der Portfolio-Inhaber hat die Position gekauft. Entsprechend wird h i S i als Short-Position bezeichnet, wenn h i <0gilt, wenn also der Portfolio-Inhaber diese Position verkauft hat. Lemma.5 Sei.b; D/ ein Ein-Perioden-Modell. Für jedes h 2 R N gilt wobei V 0.h/ D h b (.3) V.h/ D h S D D t h; 0 S. / S N. / D t D : : A S. K/ S N. K/ die Transponierte der Auszahlungsmatrix D bezeichnet.

7 .2 Portfolios 9 Abb..5 Portfoliowerte des Beispiels.6 Beweis Die erste Zeile in (.3) folgt sofort aus (.). Nach (.2) gilt V.h/ D h S,also 0 h S. / h S D : A (.4) h S. K / 0 h S. / h N S N. / D B : A h S. K/ h N S N. K/ D D t h: Beispiel.6 Wir legen das Modell des Beispiels. zugrunde und betrachten das Portfolio h D 0 : Wird S als festverzinsliche Kapitalanlage und S 2 als Aktie interpretiert, dann beinhaltet das Portfolio h neben einem Kredit von 0 Geldeinheiten den Bestand von einer Aktie. Mit diesen Daten gilt V 0.h/ D h S 0 D 0 D 0 0 und V.h/ D h S D D t h D ;02 2 ; D ;8 : ;2 Zum Zeitpunkt 0 besitzt das Portfolio h den Wert V 0.h/ D 0, d. h., die Schulden in Höhe von 0 Geldeinheiten entsprechen gerade dem Wert der Aktie S 2 zum Zeitpunkt 0.

8 0 Ein-Perioden-Modelle Das Portfolio könnte also durch den Kauf der Aktie mithilfe der Kreditsumme realisiert worden sein. Zum Zeitpunkt führt das Steigen des Aktienkurses im Szenario zu einem positiven Wert V.h/. / D ;8 des Portfolios, während das Sinken des Aktienkurses im Szenario 2 einen negativen Wert V.h/. 2 / D;2 zur Folge hat, siehe Abb..5. Im Zustand 2 reicht der Wert der Aktie von 9 Geldeinheiten nicht aus, um den Kreditbetrag plus Kreditzinsen in Höhe von 0;20 zurückzuzahlen, sondern es besteht nach Liquidierung des Portfolios noch eine Zahlungsverpflichtung in Höhe von ; Optionen und Forward-Kontrakte Auf der Basis der Wertpapiere, die in einem Marktmodell enthalten sind, lassen sich weitere Finanzinstrumente definieren, deren Eigenschaften von denjenigen des Marktmodells abhängen. Solche von anderen Finanzprodukten abgeleiteten Instrumente heißen Derivate. Zu diesen zählen Optionen und Forward-Kontrakte. Optionen I Definition.7 Eine all-option beinhaltet das Recht, ein bestimmtes Wertpapier, den Basiswert, zu einem in der Zukunft liegenden Zeitpunkt, dem Fälligkeitszeitpunkt, zu einem heute schon festgesetzten Preis, dem Ausübungspreis oder Basispreis, zu kaufen. Eine all-option heißt daher auch Kaufoption. Eine Option bietet das Recht, den Basiswert zu erwerben, der Kauf ist jedoch nicht verpflichtend. Sollte also der aktuelle Marktpreis des Basiswerts zum Fälligkeitszeitpunkt unterhalb des Ausübungspreises liegen, dann ist es nicht vernünftig, das Optionsrecht auszuüben, da in diesem Fall für den Basiswert mehr als notwendig bezahlt werden würde. Ist umgekehrt der Marktpreis des Basiswerts zum Fälligkeitszeitpunkt höher als der Ausübungspreis, dann ist es sinnvoll, das Optionsrecht der all-option auszuüben, da sich durch den Kauf des Basiswerts zum Ausübungspreis und den sofortigen Verkauf zum höheren Marktpreis ein Gewinn erzielen lässt. Bezeichnen wir den Kurs des Basiswerts zum Fälligkeitszeitpunkt mit S und den Ausübungspreis mit K, dann lautet der Wert der Option bei Fälligkeit.S K/ D max.s K; 0/: Hier wird also unterstellt, dass der Investor rational handelt und nur im Falle von S./ > K von seinem Optionsrecht Gebrauch macht. Daher ist der Wert einer Option niemals negativ.

9 .3 Optionen und Forward-Kontrakte Betrachten wir eine all-option in einem Ein-Perioden-Modell, dann lassen sich die Werte c j D.S j K/ ; j D ;:::;K, der Option bei Fälligkeit als Vektor des R K oder als Funktion c W R interpretieren. In jedem Fall wird c als Auszahlungsprofil oder als zustandsabhängige Auszahlung bezeichnet. I Definition.8 Eine Put-Option beinhaltet das Recht, ein bestimmtes Wertpapier, den Basiswert, zu einem in der Zukunft liegenden Zeitpunkt, dem Fälligkeitszeitpunkt, zu einem heute schon festgesetzten Preis, dem Ausübungspreis oder Basispreis, zu verkaufen. Eine Put-Option heißt daher auch Verkaufsoption. Eine Put-Option ist bei Fälligkeit umso wertvoller, je weiter der Kurs des Basiswerts zu diesem Zeitpunkt unterhalb des Ausübungspreises liegt. In diesen Situationen kann der Basiswert am Markt gekauft und anschließend zum höheren Ausübungspreis mithilfe des Optionsrechts verkauft werden. Der Wert einer Put-Option bei Fälligkeit lautet dementsprechend.k S/ D max.k S;0/; wobei S wieder den Kurs des Basiswerts zum Fälligkeitszeitpunkt bezeichnet. Somit gilt für das Auszahlungsprofil c 2 R K einer Put-Option in einem Ein-Perioden-Modell für j D ;:::;K. Beispiel.9 c j D.K S j / Wir wählen wieder das Ein-Perioden-Zwei-Zustands-Modell aus Beispiel. und betrachten eine all-option auf das Finanzinstrument S 2 mit Ausübungspreis K D 0;5. Zum Fälligkeitszeitpunkt besitzt die Option je nach eintretendem Zustand die Werte c. / D S 2. / K D.2 0;5/ D ;5 c. 2 / D S 2. 2/ K D.9 0;5/ D 0: Die zustandsabhängige Auszahlung c der all-option beträgt damit c D ;5 : 0

10 2 Ein-Perioden-Modelle Betrachten wir in diesem Beispiel dagegen eine Put-Option mit Ausübungspreis K D, dann ergeben sich je nach Zustand die Auszahlungen c. / D K S 2. / D. 2/ D 0 c. 2 / D K S 2. 2/ D. 9/ D 2; also c D 0 : 4 2 Da die Auszahlungsprofile von all- und Put-Optionen nicht-negativ sind, hat der Käufer einer Option zum Zeitpunkt t D niemals eine Zahlungsverpflichtung gegenüber dem Verkäufer. Aus Sicht des Käufers verfällt die Option im ungünstigsten Fall wertlos oder aber er besitzt gegenüber dem Verkäufer einen Zahlungsanspruch. Kann ein Optionsrecht wie oben definiert nur zu einem zuvor festgelegten zukünftigen Zeitpunkt, dem Fälligkeitszeitpunkt, ausgeübt werden, dann heißt die Option europäisch. Kann es dagegen zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Laufzeit bis zum Fälligkeitszeitpunkt ausgeübt werden, dann heißt die Option amerikanisch. Im Rahmen der Ein-Perioden-Modelle, die nur einen einzigen zukünftigen Zeitpunkt beinhalten, können europäische und amerikanische Optionen nicht voneinander unterschieden werden. Warum könnte es sinnvoll sein, Optionen zu erwerben? Angenommen, ein Investor möchte in der Zukunft ein Wertpapier kaufen. Mit einer all-option, die dieses Wertpapier als Basiswert besitzt, kann er sich heute gegen einen unerwarteten Preisanstieg versichern. Denn steigt der Preis des betrachteten Wertpapiers am Markt an, dann muss der Investor aufgrund seines Optionsrechts nur den vereinbarten Basispreis bezahlen. Sinkt dagegen der Kurs unter den Ausübungspreis, dann lässt der Investor sein Optionsrecht verfallen und kauft das Wertpapier günstiger am Markt. Sei weiter angenommen, ein Investor verfügt heute über einen Wertpapierbestand. Mit einer Reihe von Put-Optionen auf diesen Bestand kann er sich gegen einen unerwarteten Preisverfall absichern. Sollte nämlich der Kurs der Wertpapiere einbrechen, dann garantieren ihm die Optionen die Möglichkeit des Verkaufs dieser Wertpapiere zum vereinbarten Ausübungspreis. Damit wirkt eine Put-Option wie eine Versicherung gegenüber negativen Kursentwicklungen. Das Optionsrecht hat einen Preis, der in diesem Fall als Versicherungsprämie interpretiert werden kann. Optionen können nicht nur zur Reduzierung des Preisänderungsrisikos oder zur Absicherung eines Wertpapierbestands eingesetzt werden, sondern auch zu Spekulationszwecken. Erwartet ein Marktteilnehmer den Preisverfall eines Wertpapiers, dann kann er versuchen, Put-Optionen zu erwerben, die dieses Wertpapier als Basiswert besitzen. Bricht der Kurs daraufhin tatsächlich ein, dann können die Wertpapiere billig an der Börse gekauft und anschließend mithilfe der Put-Optionen teuer verkauft werden. Auf diese Weise lassen sich hohe Profite erzielen. Tritt jedoch der erhoffte Kurseinbruch nicht ein, dann können die Optionen wertlos verfallen, und das gesamte, für den Kauf der Optionen aufgewendete Kapital ist verloren.

11