12. Rynek Blacka-Scholesa kontraktów futures
Celem tego paragrafu będzie przedstawienie metody wyceny opcji na
kontrakty futures. Gdy rozważamy instrument o cenie S, to na rynku
bez możliwości arbitrażu cena (kurs rozliczeniowy) fSt,T
kontraktu futures z datą wykonania T w chwili t na instrument
o cenie St jest równa
(co wynika z rozumowania arbitrażowego). Gdybyśmy zatem wyceniali
opcje kupna na kontrakt futures z datą realizacji T na akcje na
rynku Blacka-Scholesa, to fST,T=ST i wypłata wynosi
|
CTf:=fST,T-K+=ST-K+, |
| (12.2) |
czyli możemy skorzystać ze wzoru Blacka-Scholesa dla ceny opcji
kupna. Problem zaczyna się gdy data realizacji opcji T na kontrakt
futures jest różna od daty zamknięcia tego kontraktu futures U,
gdyż wtedy wypłata nie spełnia warunku (12.2) (istotnie,
fST,U≠ST i CTf=(fS(T,U)-K)+≠(ST-K)+)
i powyższe rozumowanie zawodzi. Jest to sytuacja typowa na rynku.
Spróbujmy na to spojrzeć inaczej, tak by ominąć tę trudności.
Ponieważ na rynku Blacka-Scholesa cena St jest dana wzorem
(9.2), więc z (12.1) dla kontraktu futures
o terminie wykonania U=T mamy
|
fSt,U=erU-tS0eμ-12σ2t+σWt=fS0,Ueμ-r-12σ2t+σWt. | | |
|
Oznaczając ft=fSt,U otrzymujemy stąd, że ft jest jedynym
rozwiązaniem równania:
|
dft=μ-rftdt+σftdWt,t∈0,U,f0=S0erU. |
|
Ponieważ kontrakt futures nie musi być związany z konkretnym
istniejącym aktywem, więc zapominamy o akcji i na kontrakt patrzymy
jako na instrument finansowy, którego cena spełnia równanie:
|
dft=ftμfdt+σfftdWt,t≤U,f0=γ, |
| (12.3) |
gdzie γ, μf, σf>0 są stałymi. Instrument ten
w dalszym ciągu jednak odzwierciedla sytuację, że w chwili t
umawiamy się, iż w przyszłości w chwili T zapłacimy ustaloną cenę
za ustalone w umowie dobro. Mając równanie opisujące ceny
instrumentu finansowego, konstruujemy rynek kontraktów futures
postępując analogicznie jak przy konstrukcji modelu rynku
Blacka-Scholesa. Na rynku futures mamy dwa aktywa: bezryzykowne
o cenie B i kontraktu futures o cenie f. Strategia to, jak
zawsze, para procesów adaptowanych φ=φ0,φ1,
ale proces bogactwa jest zadany wzorem
|
Vtfφ=φt0Bt,t∈0,T, |
| (12.4) |
gdyż wejście w kontrakt futures nic nie kosztuje. Mówimy, że
φ jest strategią samofinansującą się, gdy
|
Vtfφ=V0fφ+∫0tφu0dBu+∫0tφu1dfu. |
| (12.5) |
Definicja 12.1
Miarę probabilistyczną P¯ nazywamy miarą martyngałową
futures, gdy P¯∼P
i proces cen f jest P¯-lokalnym martyngałem.
Twierdzenie 12.1
Dla procesu f zadanego równaniem
(12.3) miara martyngałowa
futures P¯ jest dana wzorem
|
dP¯dP=exp-μfσfWT-12μf2σf2T. |
| (12.6) |
Dynamika cen f przy mierze P¯ ma postać:
gdzie W¯t=Wt+μfσft
jest P¯-procesem Wienera.
Dowód tego twierdzenia pozostawiamy jako ćwiczenie. Warto zauważyć,
że Ft=FtW=Ftf.
Od tego momentu dla wygody będziemy pisać μ, σ zamiast
μf,σf, czyli będziemy opuszczali wskaźnik dolny f we
wzorach związanych z ft. Z warunku (12.7) wynika, że
|
ft=f0expσW¯t-σ2t2, |
| (12.8) |
a więc ft jest martyngałem dodatnim. Mówimy, że strategia
φ jest dopuszczalna, gdy jest strategią samofinansującą się
i Bt-1Vtφ jest P¯-martyngałem. Zbiór takich
strategii będziemy oznaczać przez Φf. Modelem Blacka rynku
futures nazywamy trójkę Mf=B,f,Φf. Jest to rynek
wolny od arbitrażu (ćw. 12.3).
Tak samo, jak dla rynku Blacka-Scholesa, wprowadzamy pojęcie ceny
arbitrażowej. Wycenę opcji kupna przedstawia
Twierdzenie 12.2
(Black) Cena arbitrażowa Cf opcji kupna na rynku futures
Mf z terminem wykonania T i ceną wykonania K jest
w chwili t równa
gdzie
|
Cfx,t | = | e-rtxNd1¯x,t-KNd2¯x,t, |
|
|
d¯1x,t | = | lnxK+12σ2tσt, |
|
|
d¯2x,t | = | d¯1x,t-σt. |
|
Ponieważ Ctf=BtEP¯((fT-K)+BT-1|Ft), więc dowód przebiega analogicznie do dowodu formuły
Blacka-Scholesa, choć z oczywistymi zmianami.
∎
Wzór (12.9) jest nazywany wzorem Blacka. Dla cen opcji
kupna i sprzedaży na kontrakty futures zachodzi związek, nazywany
jak zawsze formułą zgodności (parytetem)
|
Ctf-Ptf=e-rT-tft-K. |
| (12.10) |
Stąd otrzymujemy wzór na cenę opcji sprzedaży
|
Ptf=e-rT-tKN-d2¯ft,T-t-ftN-d1¯ft,T-t. |
| (12.11) |
Przykład 12.1
Rozpatrzmy opcję sprzedaży na kontrakty futures na ropę
naftową. Czas do wygaśnięcia to 4 miesiące. Obecna cena futures
wynosi 30, cena wykonania 32, stopa procentowa bez ryzyka 5%
p.a., a współczynnik zmienności 20% p.a. Cenę tej opcji obliczamy
ze wzoru (12.11). Ponieważ T-t=13, ft=30,
K=32, r=0,05, σ=0,2, więc Ptf=2,60; Ctf=0,63.
12.1. Zagadnienia i zadania na ćwiczenia
Ćwiczenie 12.1
Udowodnić tw. 12.1.
Ćwiczenie 12.2
Udowodnić, że jeśli kontrakt futures dotyczy instrumentu o cenie
S, to ft=EP¯(ST|Ft).
Rozwiązanie:
Wiemy z (12.8), że ft jest martyngałem, a więc
ft=EP¯(fT|Ft), a ponadto zachodzi fT=ST.
Ćwiczenie 12.3
Udowodnić, że rynek Mf jest wolny od arbitrażu.
Ćwiczenie 12.4
Znaleźć strategię replikującą opcję:
a) kupna na rynku futures,
b) sprzedaży na rynku futures.
Wskazówka:
a) φt0=e-rtCfft,T-t,φt1=∂Cf∂xft,T-t .
Ćwiczenie 12.5
Udowodnić parytet dla cen opcji na kontrakty futures, tj. wzór
(12.10).