Institut für Stochastik Prof. Dr. N. Bäuerle Dipl.-Math. S. Urban

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1 Istitut für tochastik Prof. Dr. N. Bäuerle Dipl.-Math.. Urba Lösugsvorschlag 9. Übugsblatt zur Vorlesug Fiazmathematik I Aufgabe Ei euartiges Derivat) Wir sid i eiem edliche, arbitragefreie Fiazmarkt, wähle also ei äquivaletes Martigalmaß Q Q, ud wolle de Zahlugsaspruch Hω) : t ω), ω Ω, T T tt zur Zeit t, t T < T T bewerte. T ud T spae die Periode, über die H de Durchschittspreis der Aktie berechet ud auszahlt. H ist ach Voraussetzug erreichbar, also verwede wir direkt die risikoeutrale Bewertugsformel: π t H) E Q H F t E Q T T ) T T ) T T ) T T ) t T T ) st s st E Q s F t st B s E Q st B s t s B s F t F t st B s, t T Aufgabe Butterfly-pread) Für feste chlusskurs T sid die Auszahluge vo Call bzw. Put CK) : T K) + max{, T K} bzw. P K) : K T ) + max{, K T }. Wähle K < K 3 < ud K : K + K 3 ). Der Butterfly-pread hat das Auszahlugsprofil siehe kizze auf dem Übugsblatt), T < K T K, K T < K BK, K, K3) K 3 T, K T < K 3, K 3 T <

2 Ma erhält de Butterfly-pread durch Hadel vo vier Optioe der selbe orte, wahlweise Call oder Put, ud zwar kauft ma eie Optio auf K, verkauft zwei Optioe auf K ud kauft eie Optio auf K 3 : CK ) CK ) + CK 3 ) P K ) P K ) + P K 3 ) BK, K, K 3 ). iehe auch das folgede Maple-Worksheet.

3 ) )

4 Aufgabe 3 Barriere-Optioe im spezielle CRR-Modell) Wir habe eie T -periodige CRR-Markt, u d ud wolle zum trike K > die Barriere-Optioe H C d&o T K) + mi{,..., T }>B, H C d&i T K) + mi{,..., T } B bewerte. Eie vorgegebee Barriere B R wird etweder eigehalte oder icht, also addiere sich ei ad-out ud ei ad-i -Aspruch der selbe Hadelsrichtug auf das selbe Papier ud mit idetischem trike zu eiem Zahlugsaspruch ohe Barrierebedigug. Hier gilt also H C d&o + HC d&i HC ud H C ist ei Europäischer Call zum trike K auf. Die risikoeutrale Bewertugsformel ist liear, also folgert ma π H C d&o) + π H C d&i ) π H C ). ) Der Preis vo H C ist aus der Vorlesug bekat, also geügt es im Folgede eie der beide Optioe zu bewerte. Wir etscheide us für de Dow-ad-I-Call ud stelle zuächst fest, dass auch für Barriere-Optioe eie Variate der Put-Call-Parity gilt: π A T K) +) E Q A T K) + E Q A K T ) + + T K ) π A K T ) +) + E Q A T K QA), A F T. ) Wir köe also statt des Calls de Put betrachte. Die Berechug der zwei zusätzliche Erwartugswerte wird im Folgede ebebei afalle. Der Dow-ad-I-Put ist im gewisse ie das piegelbild des i der Vorlesug diskutierte Up-ad-I-Calls: Hier muss das Miimum eie chrake uterschreite, damit die Verkaufszahlug K T ) + fließt, währed im adere Fall eie chrake überschritte werde muss, damit die Akaufsdifferez T K) + eigestriche werde ka. Tatsächlich köe wir bei der Bewertug vo H P d&i K T ) + mi{,..., T } B aalog zur Vorlesug vorgehe. Zerlege dazu zuächst de Preis küstlich i zwei Erwartugswerte: π Hd&i P ) EQ K T ) + B mi{,..., T } B, T B + EQ K T ) + mi{,..., T } B, T >B) T E Q K T ) + T B E Q K T ) + } {{ } B mi{,..., T } B, T >B T } {{ } :I + :I 3) Im CRR-Modell sid zu jeder Zeit ur edlich viele Kurswerte möglich, also gibt es eie bestimmte, oberhalb desse die chrake eigehalte wird ud uterhalb desse sie verletzt ist. Wir wähle daher obda mit B u k für ei geeigetes k die Barriere als geau diese Kurswert. Wie i der Vorlesug bezeiche Z t die Differez aus der Azahl Kursetwickluge i u-richtug ud dee i d-richtug bis zur Zeit t. Der Prozess Z t ) t,...,t ist eie je ach Maß symmetrische oder icht symmetrische) Irrfahrt auf { T,..., T }. Zu I. Es gilt t u Zt u k B Z t k, mi{,..., T } B mi{z,..., Z T } k. etze fs) : K s) + s B. Da ist I ) T q q) T f u T ) u q q) T f u T )

5 ud mit b k : max{,..., T : u T u k } max{,..., T : k+t } drückt ma die Barrierebedigug i f über die umme aus ud fidet I b k q q) T K u T ) +. ) Zu I. Wir werde die Wahrscheilichkeit vo Pfade bestimme müsse, die ei Miimum erreiche oder uterquere. Für die Irrfahrt Z gilt hier das piegelugsprizip: Z P mi{z,..., Z T } k, Z T k + l) P Z T k l), k Z, l N. 5) t N k gültiger Pfad gespiegelter Pfad chreibe kurz miz) : mi{z,..., Z T }. Wie i der Vorlesug ka ma zum Maß Q wechsel mit woraus zusamme mit dem piegelugsprizip direkt dq dp T q T +Z T ) q) T Z T ), 6) Q miz) k, Z T k + l) 6) T q T +k+l)) q) T k+l)) P miz) k, Z T k + l) 5) T q T +k+l) q) T k l) P Z T k l) 6) T k l) T q T +k+l) q) T q T +k l) q) Q Z T k+l) T k l) ) q l Q Z T k l) q ) q k Q Z T l k) 7) q folgt. Die letzte Gleichheit gilt umittelbar durch Eisetze der Biomialverteilug vo Z uter Q T + l + k gerade, sost sid alle auftretede Wahrscheilichkeite ohehi ull). Damit köe wir 5

6 de Erwartugswert ausreche: I E Q K T ) + mi{,..., T } B, T >B K E Q u Z ) + T miz) k, ZT >k K u k+l) + EQ miz) k, ZT k+l l K u k+l) + Q miz) k, ZT k + l) l 7) K u k+l) ) + q k Q Z T l k) q l ) q k u k q }{{} B l Ku k } {{ } : K u l k + Q Z T l k) ) q k ) B ) + K u Z T Q ZT l k) q l ) q k ) B ) + E Q K u Z T ZT > k q q q ) k B ) E Q K T ) + T > B wobei hier B : B u k. Wie bei I defiiert ma fs) : K s) + s> B ud fidet mit der utere chrake b k : mi{ N : u T > B} mi{ N : > T k E Q K T ) + T > B, } q q) T f u T ) q q) T K ) u T +, 8) b k für I also i Fortsetzug obiger Rechug isgesamt ) 8) q k ) B T I q b k q q) T K ) u T +. 9) Die Erwartuge E Q A T ud QA) E Q A i der Put-Call-Parity ) lasse sich wege A {ω Ω : mi {,..., T ω)} B} leicht mit de gleiche Methode wie I ud I behadel, es sid de facto die selbe Rechuge, ur falle hier sogar die Auszahluge K T ) + weg. Damit habe wir die gesuchte Preise: π Hd&o C ) ) π H C) π Hd&i) C, ) ) ) T + EQ A π H C d&i π H P d&i 3) I + I ) + E Q K QA) A T K QA). 6

7 Aufgabe Noch eimal Floatig-trike Lookback Optioe) Wir habe eie T -periodige CRR-Markt mit u d ud wolle de Floatig-trike Lookback Call Hω) : T ω) mi {, ω),..., T ω)}) +, ω Ω, bewerte. etze mi) : mi{,..., T }. Mit der risikoeutrale Bewertugsformel gilt T mi)) + πh) E Q T mi) E Q E Q mi). De Erwartugswert des Miimums uter Q köe wir schreibe als E Q mi) E Q u miz) T u QmiZ) ), wobei hier Z t die Azahl prüge ach obe i u-richtug) abzüglich der Azahl prüge ach ute i d-richtug) agibt, gezählt bis zur Zeit t, ud wie obe miz) : mi{z,..., Z T }. Die Wahrscheilichkeit QmiZ) ) ka ma wie i der Vorlesug bestimme, idem ma Z t ) t,...,t i Gedake och eie Zeitschritt weiterlaufe läßt, vergleiche dazu die ätze zum piegelugsprizip uter P bzw. uter Q. Wir wolle hier eie adere Weg gehe ud zerlege dazu wie folgt: QmiZ) ) QmiZ) ) QmiZ) ) l QmiZ), Z T + l) QmiZ), Z T + l). Diese Wahrscheilichkeite habe wir bereits i Aufgabe 3 zu de Barriere-Optioe berechet. Es gilt mit dem piegelugsprizip ) q QmiZ), Z T + l) QZ T l ) q q l q) T l, l QmiZ), Z T + l) QmiZ) ), Z T ) + l + )) ) q QZ T l + ) q ) T q l+ q) T l l + ud wir habe ur och Terme übrig, die wir bereche köe. 7