Geometriai Brown-mozgás
Ez a lecke a részvényár szokásos folytonos idejű modelljét, a geometriai Brown-mozgást (GBM) építi fel. Összekapcsolja a „Véletlen bolyongás és Brown-mozgás” lecke folyamatát a „Hozamok és volatilitás” lecke loghozamaival és volatilitásával. A GBM egyben a „Többlépéses fák és visszafelé indukció” lecke fáinak folytonos határesete. A következő lecke Black–Scholes-képlete erre a modellre épül.
Hozamok modellezése árak helyett
A legegyszerűbb ötlet az lenne, hogy maga az ár kövessen Brown-mozgást: . Ennek két hibája van. Egyrészt normális eloszlású, így az ár negatívvá válhat. Másrészt egy 1 egységnyi elmozdulás egészen mást jelent egy 10-es és egy 1000-es részvénynél. Ami véletlen, és részvények között összevethető, az a hozam, nem az árváltozás.
Ezért egy rövid időszak hozamát modellezzük. A feltevések:
- Az időegységre jutó várható hozam állandó, (a drift).
- A hozamok volatilitása állandó, .
- A hozam véletlen része Brown-mozgásból származik: nem átfedő időszakok hozamai függetlenek és normális eloszlásúak.
- A részvény nem fizet osztalékot, és ára folytonosan, ugrások nélkül mozog.
A modell egyenlete
A feltevések képletben:
Olvasd egy kis lépés receptjeként: alatt a hozamnak van egy determinisztikus része, , és egy véletlen része, . Mivel normális, 0 várható értékkel és varianciával, a lépés hozamának várható értéke , szórása ; ez a „Hozamok és volatilitás” lecke négyzetgyökös időszabálya. Mivel mindkét tag arányos -vel, az ármozgások az árszinttel együtt skálázódnak.
A megoldás
Az egyenletnek explicit megoldása van:
Logaritmust véve a időszak loghozama
A logaritmikus ár tehát állandó driftű Brown-mozgás. Azt a valószínűségi változót, amelynek logaritmusa normális, lognormális eloszlásúnak nevezzük. Mivel az és egy exponenciális szorzata, mindig pozitív: a GBM kijavítja a naiv modell első hibáját.
A volatilitás-korrekció
A logaritmikus ár driftje , nem . A korrekció a normális eloszlás egy tulajdonságából jön. Ha , akkor
Az exponenciális függvény konvex, ezért nagy pozitív értékeit jobban felnagyítja, mint amennyire a negatívakat tompítja, így várható értéke nagyobb -nél. Alkalmazzuk ezt és mellett:
A tag pontosan ahhoz kell, hogy a várható ár ütemben nőjön, ahogy feltettük. A formális levezetés az Itô-lemmát használja, amely a Brown-mozgás függvényeire vonatkozó láncszabály, és -ről -re áttérve hozzáadja a tagot.
Ugyanennek a hatásnak hétköznapi változata a volatilitási veszteség (volatility drag). Ha egy ár 10%-ot emelkedik, majd 10%-ot esik, a végén -szerese a kiinduló értéknek: az átlagos hozam nulla, a kamatos növekedés mégis negatív. Minél ingadozóbbak a hozamok, annál nagyobb a rés az átlagos hozam és a ténylegesen elért növekedési ütem között.
Várható érték és medián
Mivel az exponenciális függvény növekvő, mediánja a logaritmikus ár mediánjának exponenciálisa, a logaritmikus ár mediánja pedig egyenlő a várható értékével:
A várható érték a medián fölött van: a lognormális eloszlás jobbra ferde, a nagy kimenetelek hosszú farka felhúzza az átlagot. Egy tipikus pálya a medián közelében végez, a várható érték alatt.
Példa: , , , . A várható érték , a medián . A loghozam eloszlású, így annak valószínűsége, hogy a részvény 100 alatt zár, , noha a várható hozam pozitív. 95%-os tartománya , nagyjából 71,7 és 157,1 között, ami nem szimmetrikus a medián körül.
Az ábra 20 pályát szimulál egy évre -ból, mindegyiket sok kis lognormális lépésből, és felrajzolja az várhatóérték-görbét és az mediángörbét. Növeld -t: a pályák szétterülnek, a medián egyre jobban a várható érték alá kerül, és több pálya végez a kiinduló érték alatt. Az „Új pályák” gombbal új mintát húzhatsz.
- Várható érték, t = 1
- 108.33
- Medián, t = 1
- 103.56
- Volatilitási veszteség σ²/2
- 4.5%
Kapcsolat a binomiális fával
Egy , paraméterű CRR-fában minden lépés -t ad a logaritmikus árhoz. Ez a „Véletlen bolyongás és Brown-mozgás” lecke skálázott pénzfeldobásos bolyongása. A lépésszám növelésével a logaritmikus ár egy volatilitású, driftes Brown-mozgáshoz tart, a lejáratkori részvényár pedig lognormálissá válik. A GBM az a modell, amelyet a fák közelítenek; ezért konvergálnak a fás árak növelésével.
A kockázatsemleges változat
A „Kockázatsemleges valószínűségek” lecke megmutatta, hogy árazáshoz azt a mértéket használjuk, amely alatt a részvény a kockázatmentes kamatlábat hozza. GBM-ben ez azt jelenti, hogy helyére kerül, helyére pedig egy alatti Brown-mozgás:
A volatilitás nem változik, csak a drift. Ekkor , a diszkontált ár pedig martingál alatt, pontosan úgy, mint az egylépéses fában. A valódi drift kiesik az opcióárakból, ahogy a valódi valószínűség is kiesett.
Összefoglalás
- A GBM a hozamokat modellezi: , állandó drifttel és volatilitással.
- Megoldása : lognormális és mindig pozitív.
- A tag miatt a várható érték ; az medián ennél kisebb.
- Árazáshoz helyére kerül; a volatilitás változatlan.
alatt . A következő lecke a call kifizetését erre az eloszlásra integrálja, és így kapja meg a Black–Scholes-képletet.