• Aucun résultat trouvé

III.4 Approximation num´erique de la fronti`ere d’exercice

III.4.3 Exemples num´eriques

Nous illustrons ci-dessous notre m´ethode d’approximation de la fronti`ere par diff´e- rents exemples num´eriques. Les deux premi`eres figures III.4 et III.5 correspondent `a des maturit´es tr`es petites (T1 = 0.05 et T2 = 0.01). La premi`ere repr´esente le vec-

teur {m.bjh; j = 0, . . . , N} comme une fonction de la maturit´e restante T − t = j.h

et le compare `a l’approximation asymptotique de la fronti`ere Am´ericaine donn´ee par (III.19) : s∗(jh) = m1− σ r jh ln 1 jh  . (III.21)

Fig. III.4 – Repr´esentation de mbT−t comme une fonction de T − t et compa- raison avec l’approximation analytique (III.21), pour r = 0.08, σ = 0.25, T1 =

0.05, Nombre de pas = 30.

La deuxi`eme figure compare plutˆot notre m´ethode num´erique `a l’approximation analytique de Chen-Chadam-Stamicar donn´ee par (III.20) :

s∗(jh) = m exp(p2σ2jh) exp p−0.5 ln(2πk2σ2jh), avec k = 2r

σ2. (III.22)

Fig. III.5 – Repr´esentation de mbT−t comme une fonction de T − t et compa- raison avec l’approximation analytique (III.22), pour r = 0.08, σ = 0.20, T2 =

0.01, Nombre de pas = 40.

Nous pouvons noter `a travers ces deux exemples que la fronti`ere mbT−t que nous

construisons approche bien les solutions analytiques (III.21) et (III.22).

Quant aux deux derni`eres figures III.6 et III.7, elles comparent notre fronti`ere mbT−t = {m.bjh ; j = 0, . . . , N} `a celle d’Elliott et de ses co-auteurs (voir l’an-

nexe A), pour des maturit´es plus grandes : T3 = 5 et T4 = 10. Ici aussi, notre

approximation num´erique donne des r´esultats satisfaisants.

Fig. III.6 – Repr´esentation de mbT−t comme une fonction de T − t et com- paraison avec l’approximation d’Elliott et al., pour r = 0.08, σ = 0.25, T3 =

5, Nombre de pas = 40.

Approximation num´erique de la fronti`ere d’exercice Section III.4

Fig. III.7 – Repr´esentation de mbT

−t comme une fonction de T − t et com-

paraison avec l’approximation d’Elliott et al., pour r = 0.08, σ = 0.25, T4 =

10, Nombre de pas = 50.

Signalons enfin que notre approximation num´erique pourra ˆetre compar´ee `a d’autres m´ethodes num´eriques de calcul de la fronti`ere Am´ericaine et am´elior´ee en cons´e- quence.

Le but de cette section n’est pas vraiment de trouver une solution aboutie en toute g´en´eralit´e, mais plutˆot d’amorcer la r´eflexion sur la possibilit´e d’approcher la fron- ti`ere via la d´ecomposition Max-Plus.

R´ef´erences bibliographiques

Chapitre III

[AAP04] S. Asmussen, F. Avram and M. Pistorius, “Russian and American put options under exponential phase-type l´evy models”, Stochastic Processes and their Applications 109 (2004), pp. 79–111.

[ABAE95] W. Allegretto, G. Barone-Adesi and R.J. Elliott, “Numerical evaluation of the critical price and American options”, European Journal of Finance 1 (1995), pp. 69–78.

[App04] D. Applebaum, L´evy Processes and Stochastic Calculus, Cambridge Uni- versity Press, 2004.

[AS95] F. Ait-Sahlia, Optimal stopping and weak convergence methods for some problems in financial economics, Ph.d. dissertation, Stanford University, 1995.

[BBRS95] G. Barles, J. Burdeau, M. Romano and N. Sansoen, “Critical stock price near expiration”, Mathematical Finance 5 (1995), pp. 77–95.

[BK04] P. Bank and N. El Karoui, “A stochastic representation theorem with applications to optimization and obstacle problems”, The Annals of Pro- bability 32 (2004), no. 1B, pp. 1030–1067.

[Bl03] P. Bank and H. F¨ollmer, “American options, multi-armed bandits and op- timal consumption plans : A unifying view”, Paris-Princeton Lectures on Mathematical Finance 2002, Lecture Notes in Mathematics 1814 (2003), pp. 1–42.

[CC03] J. Chadam and X. Chen, “Analytical and numerical approximations for the early exercise boundary for American Put options”, Dynamics of Continuous, Discrete and Impulsive Systems, Series A : Mathematical Analysis 10 (2003), no. 5, pp. 640–660.

[CT04] R. Cont and P. Tankov, Financial Modelling with Jump Processes, Chap- man and Hall/CRC Financial Mathematics Series, 2004.

[DLT72] D. A. Darling, T. Liggett and H. M. Taylor, “Optimal stopping for partial sums”, Annals of Mathematical Statistics 43 (1972), no. 4, pp. 1363–1368. [EK99] J. Elliott and P. Ekkehard Kopp, Mathematics of Financial Markets,

Springer Finance, 1999.

[EKK02] J. D. Evans, R. J. Keller and R. Kuske, “American options on assets with dividends near expiry”, Math. Finance 12(3) (2002), pp. 219–237. [FM03] J. Fajardo and E. Mordecki, Put-call duality and symmetry, Finance Lab

Working Papers 54, Finance Lab, Ibmec S˜ao Paulo, October 2003. [KS98] I. Karatzas and S. E. Shreve, Methods of Mathematical Finance, Springer-

Verlag, New York, 1998.

[Lam95] D. Lamberton, Critical price for an American option near maturity, Se- minar on Stochastic Analysis (E. Bolthausen, M. Dozzi and F. Russo, eds.), vol. 36, Progress in Probability. Birk¨auser, Boston, 1995, pp. 353– 358.

[LV03] D. Lamberton and S. Villeneuve, “Critical price for an American option on a dividend-paying stock”, Ann. Appl. Prob. 13 (2003), pp. 800–815. [Mor01] E. Mordecki, “Elementary proofs on optimal stopping”, Prepublicaciones

de Matem´atica de la Universidad de la Rep´ublica (2001).

[Mor02] , “Optimal stopping and perpetual options for L´evy processes”, Finance and Stochastics VI (2002), no. 4, pp. 473–493.

[Sat99] K. I. Sato, L´evy Processes and Infinitely Divisible Distributions, Cam- bridge University Press : Cambridge, UK, 1999.

[Sch03] W. Schoutens, L´evy Processes in Finance, Wiley Series in Probability and Statistics, 2003.

[Vil99] S. Villeneuve, Options Am´ericaines dans un mod`ele de Black-Scholes multi-dimensionnel, Doctoral dissertation, Universit´e de Marne-la- Vall´ee, 1999.

Chapitre IV

Existence de la

d´ecomposition Max-Plus

des surmartingales

R´esum´e

Ce chapitre a pour objectif d’´etablir l’existence de la d´ecomposition des surmartin- gales dans l’alg`ebre Max-Plus, en utilisant essentiellement des techniques simples de dualit´e convexe.

Pour cela, nous introduisons une famille convexe d’enveloppes de Snell index´ee par un param`etre r´eel m et nous ´etudions ses propri´et´es en tant que fonction de m. Puis, nous consid´erons des probl`emes d’arrˆet optimal associ´es `a cette famille d’enveloppes de Snell et nous montrons que la d´ecomposition des surmartingales (D)-r´eguli`eres (quasi-continues `a gauche, de la classe (D)) est ´etroitement li´ee `a la r´esolution de tels probl`emes.

L’´etape suivante est d’utiliser notre th´eor`eme de d´ecomposition Max-Plus pour g´e- n´eraliser les r´esultats du chapitre III sur les Calls Am´ericains. Les sous-jacents consi- d´er´es ne sont plus forc´ement des surmartingales mais des processus g´en´eraux (D)- r´eguliers.

Enfin, nous reconsid´erons les diff´erentes ´etapes de la d´ecomposition Max-Plus dans un cadre Markovien, afin de mettre en ´evidence l’aspect Markovien des processus impliqu´es.

IV.1

Introduction

Ce chapitre a pour objectif d’´etablir l’existence de la d´ecomposition des surmartin- gales dans l’alg`ebre Max-Plus. Pour cela, nous allons utiliser des m´ethodes de dualit´e convexe qui s’av`erent tr`es efficaces pour ce genre de probl`eme.

Dans notre contexte, Whittle ´etait le premier `a introduire dans son papier [Whi80] une famille convexe de probl`emes d’arrˆets optimaux, en vue de r´esoudre le probl`eme du bandit. Depuis, la mˆeme id´ee a ´et´e exploit´ee par d’autres auteurs, comme El Karoui-Karatzas [KK95] pour le probl`eme du bandit, Bank-El Karoui [BK04] ou encore El Karoui-F¨ollmer [Kl05] pour obtenir une repr´esentation non-lin´eaire de processus g´en´eraux (voir la remarque III.10 et la section IV.6).

IV.2

Aper¸cu des principaux r´esultats sur les probl`emes

Documents relatifs