Tari…cation d’options de type américaine Exercices
Exercice 7.1. Voici un modèle de marché à trois périodes.
! (S
00; S
01) (S
10; S
11) (S
20; S
21) (S
30; S
31)
!
1(1; 80) (1; 1; 100) (1; 2; 125) (1; 3; 150)
!
2(1; 80) (1; 1; 100) (1; 2; 125) (1; 3; 100)
!
3(1; 80) (1; 1; 100) (1; 2; 80) (1; 4; 100)
!
4(1; 80) (1; 1; 100) (1; 2; 80) (1; 4; 64)
!
5(1; 80) (1; 1; 64) (1; 15; 80) (1; 2; 100)
!
6(1; 80) (1; 1; 64) (1; 15; 80) (1; 2; 64)
!
7(1; 80) (1; 1; 64) (1; 15; 50) (1; 3; 64)
!
8(1; 80) (1; 1; 64) (1; 15; 50) (1; 3; 40)
Le droit contingent de type américain considéré est une option de vente concernant le deux- ième titre (modélisé par S
1) avec un prix d’exercice de 75 dollars.
a) Quel est le prix de ce droit conditionnel ?
b) Vous achetez cette option de vente. Pour chaque état de la nature (!), donnez le moment optimal où vous devriez exercer votre option en considérant que, à tout instant, vous prenez votre décision selon l’information disponible à ce moment.
Exercice 7.2. Nous observons l’évolution des prix de trois titres …nanciers pendant deux périodes de temps. Le premier processus stochastique, S
(1), représente le prix du titre sans risque à chaque instant, tandis que les deux autres processus, S
(2)et S
(3); modélisent les
‡uctuations des prix de deux titres risqués. C’est le modèle de marché utilisé lors
de l’exercice 6.2, vous êtes donc supposé avoir déjà calculé la ou les mesure(s)
martingale(s).
! S
0(1); S
0(2); S
0(3)S
1(1); S
1(2); S
1(3)S
2(1); S
2(2); S
2(3)!
1(10; 9; 12) (11; 9; 12) (12; 9; 11)
!
2(10; 9; 12) (11; 9; 12) 12; 11;
1459!
3(10; 9; 12) (11; 12; 16) 13; 12;
122147!
4(10; 9; 12) (11; 12; 16) (13; 12; 16)
!
5(10; 9; 12) (11; 12; 16) 13; 15;
122147!
6(10; 9; 12) (11; 12; 16) (13; 15; 16)
a) Quelle est la mesure martingale ou quelles sont les mesures martingales du modèle de marché (les calculs sont facultatifs) ?
b) Le premier droit contingent C
1que vous devez tarifer a pour sous-jacent le titre (2), c’est-à-dire le premier titre risqué. C’est une option de vente avec un prix d’exercice de 13 dollars, X = max 13 S
2(2); 0 ; combinée à une option qui verse 10 fois la di¤érence entre le prix du titre risqué et 14 dollars si le prix du titre risqué dépasse 14 dollars, Y = 10 max S
2(2)14; 0 .
! ! S
0! S
1! S
2X Y C
1!
1(10; 9; 12) (11; 9; 12) (12; 9; 11) 4 0 4
!
2(10; 9; 12) (11; 9; 12) 12; 11;
14592 0 2
!
3(10; 9; 12) (11; 12; 16) 13; 12;
1221471 0 1
!
4(10; 9; 12) (11; 12; 16) (13; 12; 16) 1 0 1
!
5(10; 9; 12) (11; 12; 16) 13; 15;
1221470 10 10
!
6(10; 9; 12) (11; 12; 16) (13; 15; 16) 0 10 10 (i) Trouvez le prix à l’instant t = 0 de C
1s’il est de type européen.
(ii) Trouvez le prix à l’instant t = 0 de C
1s’il est de type américain.
(iii) Expliquez la di¤érence entre les prix obtenus en (i) et (ii).
(iv) Déterminez l’instant optimal pour exercer l’option de type américain. (Vous n’avez pas droit à la boule de cristal !)
c) Le droit conditionnel C
2de type européen engendre, au temps t = 2, les ‡ux
monétaires présentés dans le tableau suivant :
! ! S
0! S
1! S
2C
2!
1(10; 9; 12) (11; 9; 12) (12; 9; 11) 0
!
2(10; 9; 12) (11; 9; 12) 12; 11;
14591
!
3(10; 9; 12) (11; 12; 16) 13; 12;
1221477
!
4(10; 9; 12) (11; 12; 16) (13; 12; 16) 2
!
5(10; 9; 12) (11; 12; 16) 13; 15;
1221478
!
6(10; 9; 12) (11; 12; 16) (13; 15; 16) 5
Pouvez-vous déterminer le prix de ce droit conditionnel à l’instant t = 0 ? Si oui, quel est-il ?
Sinon, pourquoi ? Justi…ez votre réponse.
Solutions
1 Exercice 7.1
a) Déterminons, dans un premier temps, la valeur au marché du droit contingent:
X
t= valeur du droit contingent si exercé au temps t
= max 75 S
t1; 0 ;
Y
t= valeur actualisée du droit contingent si exercé au temps t
= max (75 S
t1; 0) S
t0: Ainsi,
! Y
0Y
1Y
2Y
3!
10 0 0 0
!
20 0 0 0
!
30 0 0 0
!
40 0 0
75 641:4= 7: 8571
!
50
75 641:1= 10 0 0
!
60
75 641:1= 10 0
75 641:2= 9: 1667
!
70
75 641:1= 10
75 501:15= 21: 739
75 641:3= 8: 4615
!
80
75 641:1= 10
75 501:15= 21: 739
75 401:3= 26: 923
La tari…cation du droit contingent se fait selon une mesure martingale. Déterminons donc les mesures martingales de notre modèle de marché. Une mesure Q est une mesure martingale pour notre modèle de marché si pour tout t 2 f 1; 2; 3 g ;
E
QS
t1S
t0jF
t 1= S
t1 1S
t0 1ou encore, si pour tout t 2 f 1; 2; 3 g ;
E
QS
t1S
t0S
t1 1S
t0 1jF
t 1= 0:
Nous cherchons donc ( Q (!
1) ; :::; Q (!
8)) = (q
1; :::; q
8) tel que S
31(!
1)
S
30(!
1)
S
21(!
1) S
20(!
1)
Q (!
1)
Q (!
1; !
2) + S
31(!
2) S
30(!
2)
S
21(!
1) S
20(!
1)
Q (!
2) Q (!
1; !
2) = 0 , S
31(!
1)
S
30(!
1)
S
21(!
1)
S
20(!
1) Q (!
1) + S
31(!
2) S
30(!
2)
S
21(!
1)
S
20(!
1) Q (!
2) = 0;
S
31(!
3) S
30(!
3)
S
21(!
3) S
20(!
3)
Q (!
3)
Q (!
3; !
4) + S
31(!
4) S
30(!
4)
S
21(!
3) S
20(!
3)
Q (!
4) Q (!
3; !
4) = 0 , S
31(!
3)
S
30(!
3)
S
21(!
3)
S
20(!
3) Q (!
3) + S
31(!
4) S
30(!
4)
S
21(!
3)
S
20(!
3) Q (!
4) = 0;
S
31(!
5) S
30(!
5)
S
21(!
5) S
20(!
5)
Q (!
5)
Q (!
5; !
6) + S
31(!
6) S
30(!
6)
S
21(!
5) S
20(!
5)
Q (!
6) Q (!
5; !
6) = 0 , S
31(!
5)
S
30(!
5)
S
21(!
5)
S
20(!
5) Q (!
5) + S
31(!
6) S
30(!
6)
S
21(!
5)
S
20(!
5) Q (!
6) = 0;
S
31(!
7) S
30(!
7)
S
21(!
7) S
20(!
7)
Q (!
7)
Q (!
7; !
8) + S
31(!
8) S
30(!
8)
S
21(!
7) S
20(!
7)
Q (!
8) Q (!
7; !
8) = 0 , S
31(!
7)
S
30(!
7)
S
21(!
7)
S
20(!
7) Q (!
7) + S
31(!
8) S
30(!
8)
S
21(!
7)
S
20(!
7) Q (!
8) = 0;
S21(!1) S20(!1)
S11(!1) S01(!1)
Q(!1;!2)
Q(!1;!2;!3;!4)
+
SS120(!3) 2(!3)S11(!1) S10(!1)
Q(!3;!4)
Q(!1;!2;!3;!4)
= 0 ,
S21(!1) S20(!1)
S11(!1)
S01(!1)
( Q (!
1) + Q (!
2)) +
SS120(!3)2(!3)
S11(!1)
S10(!1)
( Q (!
3) + Q (!
4)) = 0;
S21(!5) S20(!5)
S11(!5) S01(!5)
Q(!5;!6)
Q(!5;!6;!7;!8)
+
SS120(!7) 2(!7)S11(!5) S10(!5)
Q(!7;!8)
Q(!5;!6;!7;!8)
= 0 ,
S21(!5) S20(!5)
S11(!5)
S01(!5)
( Q (!
5) + Q (!
6)) +
SS120(!7)2(!7)
S11(!5)
S10(!5)
( Q (!
7) + Q (!
8)) = 0;
S
11(!
1) S
00S
01S
00Q (!
1) + Q (!
2)
+ Q (!
3) + Q (!
4) + S
11(!
5) S
00S
01S
00Q (!
5) + Q (!
6)
+ Q (!
7) + Q (!
8) = 0 et
Q (!
1) + Q (!
2) + Q (!
3) + Q (!
4) + Q (!
5) + Q (!
6) + Q (!
7) + Q (!
8) = 1:
Par conséquent, il su¢ t de résoudre le système d’équations linéaires
M 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
q
1q
2q
3q
4q
5q
6q
7q
83 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5
= 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
0 0 0 0 0 0 0 1
3 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5 où
M = 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
875 78
2125
78
0 0 0 0 0 0
0 0
10021 440210 0 0 0
0 0 0 0
95069 1120690 0
0 0 0 0 0 0
1720299 3800299875 66
875 66
800 33
800
33
0 0 0 0
0 0 0 0
2880253 2880253 3720253 3720253120 11
120 11
120 11
120 11
240 11
240 11
240 11
240 11
1 1 1 1 1 1 1 1
3 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5
La solution est unique : 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
q
1q
2q
3q
4q
5q
6q
7q
83 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5
= 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
: 30527 : 1257 : 19204 4: 3646 10
2: 10165 8: 6225 10
2: 10013 4: 5323 10
23 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5 :
Il faut ensuite déterminer le temps d’arrêt optimal et, pour cela, nous avons besoin d’un processus intermédiaire :
Z
3= Y
3Z
2= max Y
2; E
Q[Z
3jF
2] = max Y
2; E
Q[Y
3jF
2] Z
1= max Y
1; E
Q[Z
2jF
2]
Z
0= max Y
0; E
Q[Z
1jF
2] :
Ce processus est
! Z
0Z
1Z
2Z
3!
14: 2952 : 51439 max f 0; 0 g = 0 0
!
24: 2952 : 51439 max f 0; 0 g = 0 0
!
34: 2952 : 51439 max f 0; 1: 455 g
= 1: 455 0
!
44: 2952 : 51439 max f 0; 1: 455 g
= 1: 455
75 64 1:4
= 7: 8571
!
54: 2952 11: 857 max f 0; 4: 207 g
= 4: 207 0
!
64: 2952 11: 857 max f 0; 4: 207 g
= 4: 207
75 64 1:2
= 9: 1667
!
74: 2952 11: 857 max f 21: 739; 14: 214 g
= 21: 739
75 64 1:3
= 8: 4615
!
84: 2952 11: 857 max f 21: 739; 14: 214 g
= 21: 739
75 40 1:3
= 26: 923 car
E
Q[Y
3jF
2] (!
3)
= 75 64
1:4 4: 3646 10
21
: 19204 + 4: 3646 10
2= 1: 455
E
Q[Y
3jF
2] (!
5)
= 75 64
1:2 8: 6225 10
21
: 10165 + 8: 6225 10
2= 4: 207
E
Q[Y
3jF
2] (!
7)
= 75 64
1:3 : 10013 + 75 40
1:3 4: 5323 10
21
: 10013 + 4: 5323 10
2= 14: 214;
E
Q[Z
2jF
1] (!
1)
= 1: 455 (: 19204 + 4: 3646 10
2) : 30527 + : 1257 + : 19204 + 4: 3646 10
2= : 51439
E
Q[Z
2jF
1] (!
5)
= 4: 207 (: 10165 + 8: 6225 10
2) + 21: 739 (: 10013 + 4: 5323 10
2) : 10165 + 8: 6225 10
2+ : 10013 + 4: 5323 10
2= 11: 857 et
E
Q[Z
1jF
0] (!
5)
= : 51439 (: 30527 + : 1257 + : 19204 + 4: 3646 10
2) +11: 857 (: 10165 + 8: 6225 10
2+ : 10013 + 4: 5323 10
2)
= 4: 2952:
Les temps d’arrêt intermédiaires sont
t
= min f s 2 f t; :::; 3 g j Y
s= Z
sg : Nous trouvons donc
!
0 1 2 3!
12 2 2 3
!
22 2 2 3
!
33 3 3 3
!
43 3 3 3
!
53 3 3 3
!
63 3 3 3
!
72 2 2 3
!
82 2 2 3
Le temps d’arrêt optimal est
0et le prix du droit contingent est
E
Q[Y
0] = 4: 2953
car
0 0 0 7: 8571 0 9: 1667 21: 739 21: 739 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
: 30527 : 1257 : 19204 4: 3646 10
2: 10165 8: 6225 10
2: 10013 4: 5323 10
23 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5
= 4: 2953:
b) Nous avons déjà déterminé cet instant lors de la résolution de la partie a :
!
0!
12
!
22
!
33
!
43
!
53
!
63
!
72
!
82
2 Exercice 7.2
a) Les mesures martingales sont, selon le choix de la variable libre, Q (!
1)
22091 22091 22091 22091Q (!
2)
22063 22063 22063 22063Q (!
3) q
32 0;
1109 1109q
4 25 7952256q
5q
6 25 7953372Q (!
4)
1109q
3q
42 0;
1109q
5 51 590291 10 3182193q
6Q (!
5)
25 7952256q
3 51 590291+ q
4q
52
51 590291;
25 7952256 1255q
6c’est-à-dire que
Q (!
1) = 0; 41364 = 0; 41364 Q (!
2) = 0; 28636 = 0; 28636 Q (!
3) q
32 (0; 0; 081818) 0; 081818 q
4Q (!
4) 0; 081818 q
3q
42 (0; 0; 081818) Q (!
5) 0; 087459 q
30; 0056406 + q
4Q (!
6) 0; 13072 + q
30; 21254 q
4Q (!
1) = 0; 41364 = 0; 41364
Q (!
2) = 0; 28636 = 0; 28636
Q (!
3) 0; 087459 q
5q
60; 130 72 Q (!
4) q
50; 0056406 0; 212 54 q
6Q (!
5) q
52 (0; 0056406; 0; 087459) 0; 21818 q
6Q (!
6) 0; 21818 q
5q
62 (0; 13072; 0; 21254)
b) Le facteur d’actualisation est
!
0=
S(1) 0
S(1)0 1
=
S(1) 0
S1(1) 2
=
S(1) 0
S(1)2
f !
1; !
2g 1
1011= 0:90909
1012= 0:83333 f !
3; !
4; !
5; !
6g 1
1011= 0:90909
1013= 0:76923 Par conséquent,
E
Q[
2C
1] = 40 12
91 220 + 20
12 63 220 + 10
13 q
3+ 10 13
9 110 q
3+ 100
13
2256
25795 q
3+ 100 13
3372 25795 + q
3= 6173 1716
= 3; 5973
(ii)
! X
0X
1X
2!
14 4 4
!
24 4 2
!
34 1 1
!
44 1 1
!
54 1 0
!
64 1 0
! Y
0Y
1Y
2!
10 0 0
!
20 0 0
!
30 0 0
!
40 0 0
!
50 0 10
!
60 0 10
! X
0+ Y
0X
1+ Y
1X
0+ Y
0!
14 4 4
!
24 4 2
!
34 1 1
!
44 1 1
!
54 1 10
!
64 1 10
La valeur actualisée du droit contingent C
1évolue comme suit :
! Y
0Y
1Y
2!
14
4011 4012!
24
4011 2012!
34
1011 1013! Y
0Y
1Y
2!
44
1011 1013!
54
1011 10013!
64
1011 10013! Z
2!
1 4012!
2 2012!
3 1013! Z
2!
4 1013!
5 10013!
6 10013! Z
1!
1max
4011;
40 12
91
220+2012 22063
91 220+22063
= max
4011;
17566=
4011!
2 4011= 3:6364
!
3max
1011;
10
13
(
q3+1109 q3)
+10013(
25 7952256 q3+25 7953372 +q3)
q3+
(
1109 q3)
+(
25 7952256 q3)
+(
25 7953372+q3)
= max
1011;
2690429=
830143!
4 830143= 5: 804 2
!
5 830143= 5: 804 2
!
6 830143= 5: 804 2
! Z
0!
1max
4010;
4011 107+
830143 103= max
104;
613143=
1430613!
2 1430613= 4: 286 7
!
3 1430613= 4: 286 7
!
4 1430613= 4: 286 7
!
5 1430613= 4: 286 7
!
6 1430613= 4: 286 7 Z
0= 613
1430 = 4: 286 7
(iii) Il est normal que le droit contingent américain soit plus cher car il vaut la même
chose que l’européen au temps t = 2, et il vaut plus aux instants 0 et 1 car nous avons
l’option de l’exercer prématurément.
(iv) L’instant optimal pour exercer est le premier instant où Z
t= Y
t.
!
!
11
!
21
!
32
!
42
!
52
!
62
c) Ce droit conditionnel n’est pas accessible. Par exemple, sur l’atome f !
3; !
4; !
5; !
6g , il n’est pas possible de construire un portefeuille ( ; ; ) qui vaudra 7 si !
3se réalise, 2 si
!
4se réalise, 8 si !
5se réalise et 5 si !
6se réalise. Le système linéaire 2
6 6 4
13 12
12214713 12 16 13 15
12214713 15 16
3 7 7 5
2 4
3 5 =
2 6 6 4
7 2 8 5
3 7 7 5 ne possède pas de solutions.
E
Q"
C
2S
2(1)#
= 0
12 10
91 220 + 1
12 10
63 220 + 7
13 10
q
3+ 2
13 10
9 110 q
3+ 8
13 10
2256
25 795 q
3+ 5
13 10
3372 25 795 + q
3= 20
13 q
3+ 754 101 536 536
= 1: 538 5q
3+ 1: 405 5 Puisque q
32 0;
1109;
1: 405 5 = 1: 538 5 0 + 1: 405 5 E
Q"
C
1S
2(1)#
20 13
9
110 + 754 101
536 536 = 821 637
536 536 = 1: 531 4
Annexe 1
M = 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 4
1500 13
1250 12
1000 13
1250
12
0 0 0 0 0 0
0 0
100014 80012 64014 800120 0 0 0
0 0 0 0
100012 8000115 64012 80001150 0
0 0 0 0 0 0
64013 5000115 40013 5001151250 12
1000 11
1250 12
1000 11
800 12
1000 11
800 12
1000
11
0 0 0 0
0 0 0 0
8000115 64011 8000115 64011 5000115 64011 500115 640111000
11
80
10001180
10001180
10001180
6401180
6401180
6401180
6401180
1 1 1 1 1 1 1 1
3 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 5
! Z
0Z
1Z
2Z
3!
1max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 0; : 51439 g
= : 51439 max f 0; 0 g = 0 0
!
2max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 0; : 51439 g
= : 51439 max f 0; 0 g = 0 0
!
3max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 0; : 51439 g
= : 51439
max f 0; 1: 455 g
= 1: 455 0
!
4max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 0; : 51439 g
= : 51439
max f 0; 1: 455 g
= 1: 455
75 64 1:4
= 7: 8571
!
5max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 10; : 11: 857 g
= 11: 857
max f 0; 4: 207 g
= 4: 207 0
!
6max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 10; : 11: 857 g
= 11: 857
max f 0; 4: 207 g
= 4: 207
75 64 1:2
= 9: 1667
!
7max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 10; : 11: 857 g
= 11: 857
max f 21: 739; 14: 214 g
= 21: 739
75 64 1:3
= 8: 4615
!
8max f 0; 4: 2952 g
= 4: 2952
max f 10; : 11: 857 g
= 11: 857
max f 21: 739; 14: 214 g
= 21: 739
75 40 1:3