期权定价公式的推导(欧式)

1. C = e r T E Q [ m a x ( S T K , 0 ) ] C = e^{-rT}E^{Q}[max(S_T-K,0)]
又可以写为 C = e r T E Q [ ( S T K ) ] I I S T > = K ] (1) C = e^{-rT}E^{Q}[(S_T-K)]II_{S_T > =K }] \tag 1
其中 Q Q 表示在风险中性下的利率测度
I I S T > = K II_{S_T >= K} 为示性函数,用来表示 S T S_T K K 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:
d S t = μ S t d t + σ S t d w t (2) dS_t = \mu S_t dt + \sigma S_tdw_t \tag2
其中 w t w_t 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 w t p + 0 t θ s d t = w t Q (3) w_t^{p} + \int_{0}^{t} \theta_s d_t = w_t^{Q} \tag3

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):
d S t Q = μ S t d t + σ S t ( d W t Q θ s d t ) (4) dS_t^{Q} =\mu S_tdt +\sigma S_t(dW_t^{Q}-\theta_s dt) \tag4

因为 θ s = μ r σ \theta_s =\frac{\mu - r}{\sigma} ,所以
d S t Q = r S t d t + σ S t d W t Q (5) d S_t^{Q} = rS_tdt + \sigma S_t dW_t^{Q} \tag5
S t = S 0 e x p ( ( r 1 2 σ 2 ) t + σ W t Q ) \Rightarrow S_t = S_0 exp((r-\frac{1}{2}\sigma^2)t + \sigma W_t^{Q})

因为 d w t = ϵ T dw_t = \epsilon \sqrt{T} ,其中 ϵ \epsilon 服从正态分布,T为时间,所以 S T = S 0 e x p [ ( r 1 2 σ 2 ) T + σ ϵ T ] (6) \Rightarrow S_T = S_0 exp[(r-\frac{1}{2}\sigma^2)T + \sigma \epsilon \sqrt{T}] \tag 6

lianjie

如果 ϵ \epsilon 服从 N ( 0 , 1 ) N(0,1) ,则 E [ e m + λ ϵ I I ϵ > a ] = a e m + λ ϵ . 2 π e ϵ 2 2 E[e^{m+\lambda \epsilon II_{\epsilon > a}}] = \int_a^\infty e^{m+\lambda \epsilon}.\sqrt{2\pi}e^{\frac{-\epsilon^2}{2}} ,其中 m , λ , a m,\lambda,a 为常数 ,得到: a e m + λ ϵ 1 2 π e ϵ 2 2 d ϵ \int _a^{\infty}e^{m+\lambda \epsilon} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{\epsilon^2}{2}}d\epsilon ϵ = x \epsilon = x
a 1 2 π e ( x λ ) 2 2 e λ 2 + m \Rightarrow \int _a^{\infty} \frac{1}{\sqrt{2\pi}}e^\frac{-(x-\lambda)^2}{2}e^{\frac{\lambda}{2}+m} y = x λ y = x-\lambda a λ 1 2 π e y 2 2 e λ 2 2 + m d y (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
所以,式(0)也是服从标准正态分布 N ( 0 , 1 ) N(0,1)
所以原式= e λ 2 2 [ 1 N ( a λ ) ] = e λ 2 2 + m N ( λ a ) e^{\frac{\lambda^2}{2}}[1-N(a-\lambda)] = e^{\frac{\lambda^2}{2}+m }N(\lambda -a )

4.可以将(1)式写为 C = e r T E Q [ S T I I S T > = K ] E Q [ K I I S T > = K ] (7) C = e^{-rT}E^{Q}[S_TII_{S_T > =K }] -E^Q[ K_II{S_T > =K } ] \tag 7 其中 e r T E Q [ S T I I S T > = K ] e^{-rT}E^Q[S_T II_{S_T>=K}] 等价于

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