Zagadnienia

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

fSt,T=erT-tSt (12.1)

(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,USTCTf=(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,t0,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,tU,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,t0,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:

dft=σfftdW¯t, (12.7)

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

Ctf=Cfft,T-t, (12.9)

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=Cfxft,T-t .

Ćwiczenie 12.5

Udowodnić parytet dla cen opcji na kontrakty futures, tj. wzór (12.10).

Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.