期权定价公式的推导(欧式)
1.C=e−rTEQ[max(ST−K,0)]C = e^{-rT}E^{Q}[max(S_T-K,0)]C=e−rTEQ[max(ST−K,0)]
又可以写为C=e−rTEQ[(ST−K)]IIST>=K](1)C = e^{-rT}E^{Q}[(S_T-K)]II_{S_T > =K }] \tag 1 C=e−rTEQ[(ST−K)]IIST>=K](1)
其中QQQ表示在风险中性下的利率测度
IIST>=KII_{S_T >= K}IIST>=K为示性函数,用来表示STS_TST和KKK之间的关系。
2.现实环境中,股票价格的变动可以用如下公式来描述:
dSt=μStdt+σStdwt(2)dS_t = \mu S_t dt + \sigma S_tdw_t \tag2dSt=μStdt+σStdwt(2)
其中wtw_twt为布朗运动
现实环境下和风险中性环境下,股票价格的变动布朗运动(随机变化部分)的关系如下wtp+∫0tθsdt=wtQ(3)w_t^{p} + \int_{0}^{t} \theta_s d_t = w_t^{Q} \tag3wtp+∫0tθsdt=wtQ(3)
所以,将(2)式带入(3)式中得到在风险中性测度下股票价格的变化公式(常数项不变,照抄即可):
dStQ=μStdt+σSt(dWtQ−θsdt)(4)dS_t^{Q} =\mu S_tdt +\sigma S_t(dW_t^{Q}-\theta_s dt) \tag4dStQ=μStdt+σSt(dWtQ−θsdt)(4)
因为θs=μ−rσ\theta_s =\frac{\mu - r}{\sigma}θs=σμ−r,所以
dStQ=rStdt+σStdWtQ(5)d S_t^{Q} = rS_tdt + \sigma S_t dW_t^{Q} \tag5dStQ=rStdt+σStdWtQ(5)
⇒St=S0exp((r−12σ2)t+σWtQ)\Rightarrow S_t = S_0 exp((r-\frac{1}{2}\sigma^2)t + \sigma W_t^{Q})⇒St=S0exp((r−21σ2)t+σWtQ)
因为dwt=ϵTdw_t = \epsilon \sqrt{T}dwt=ϵT,其中ϵ\epsilonϵ服从正态分布,T为时间,所以⇒ST=S0exp[(r−12σ2)T+σϵT](6)\Rightarrow S_T = S_0 exp[(r-\frac{1}{2}\sigma^2)T + \sigma \epsilon \sqrt{T}] \tag 6⇒ST=S0exp[(r−21σ2)T+σϵT](6)
lianjie
如果ϵ\epsilonϵ服从N(0,1)N(0,1)N(0,1),则E[em+λϵIIϵ>a]=∫a∞em+λϵ.2πe−ϵ22E[e^{m+\lambda \epsilon II_{\epsilon > a}}] = \int_a^\infty e^{m+\lambda \epsilon}.\sqrt{2\pi}e^{\frac{-\epsilon^2}{2}}E[em+λϵIIϵ>a]=∫a∞em+λϵ.2πe2−ϵ2,其中m,λ,am,\lambda,am,λ,a为常数 ,得到:∫a∞em+λϵ12πe−ϵ22dϵ\int _a^{\infty}e^{m+\lambda \epsilon} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{\epsilon^2}{2}}d\epsilon∫a∞em+λϵ2π1e−2ϵ2dϵ 令ϵ=x\epsilon = xϵ=x
⇒∫a∞12πe−(x−λ)22eλ2+m\Rightarrow \int _a^{\infty} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^\frac{-(x-\lambda)^2}{2}e^{\frac{\lambda}{2}+m}⇒∫a∞2π1e2−(x−λ)2e2λ+m 令y=x−λy = x-\lambday=x−λ ⇒∫a−λ∞12πe−y22eλ22+mdy(0)\Rightarrow \int_{a-\lambda}^{\infty} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{\frac{-y^2}{2}}e^{\frac{\lambda^2 }{2}+m}dy \tag 0⇒∫a−λ∞2π1e2−y2e2λ2+mdy(0)
所以,式(0)也是服从标准正态分布N(0,1)N(0,1)N(0,1) 的
所以原式=eλ22[1−N(a−λ)]=eλ22+mN(λ−a)e^{\frac{\lambda^2}{2}}[1-N(a-\lambda)] = e^{\frac{\lambda^2}{2}+m }N(\lambda -a )e2λ2[1−N(a−λ)]=e2λ2+mN(λ−a)
4.可以将(1)式写为C=e−rTEQ[STIIST>=K]−EQ[KIIST>=K](7)C = e^{-rT}E^{Q}[S_TII_{S_T > =K }] -E^Q[ K_II{S_T > =K } ] \tag 7 C=e−rTEQ[STIIST>=K]−EQ[KIIST>=K](7)其中e−rTEQ[STIIST>=K]e^{-rT}E^Q[S_T II_{S_T>=K}]e−rTEQ[STIIST>=K]等价于
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