options and futures market #5

Post on 22-Jul-2015

92 Views

Category:

Documents

0 Downloads

Preview:

Click to see full reader

TRANSCRIPT

1

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Options and Futures Markets

Class #5

30.4.2015

Prof Rafi Eldor

Mr. Eitan Zeevi

2

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

The Binomial model was first introduced by w.

Sharpe and formalized by Cox, Ross and

Rubinstein in 1979. (“Option pricing: A simplified approach”)

Binomial Model

The Binomial model is an option valuation

model, the model provides an easy

explanation to option pricing

Option pricing is different from bond and equity pricing

3

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Binomial Model

An Example

Assumptions:

One Step Binomial Tree

Current stock price is $100

Interest Rate 5%

Stock price can move up to $110 or move down to $90

Calculate the value of a Call option with Strike of $100 at

the beginning of the period

4

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Option

C

10

0

Stock

100

110

90

Solution

Binomial Model

Values of Stock and Call Option – End of Period

5

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Hedge Ratio

090 *10110 * xhxh

5.020

10

100)9.01.1(

010 *

h

6

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Risk Neutral Portfolio

The value of the portfolio at the end of the period:

0.5 x 110 – 10 = 0.5 x 90 – 0 = 45

Therefor, for each Call option we sell, we need to

buy 0.5 X Stock

7

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

( h*S –C ) x (1 + r ) = 45

Risk Neutral Portfolio

Under the assumption of arbitrage free market and

future stock prices are known (either $110 or $90),

the following formula must exists:

8

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

(Investment t0) X ( 1+ Interest Rate) = 45

Or

(50-C) = 45/1.05 = 42.86

Therefore

C = 50-42.86 = 7.14

Interest Rate = 5%

9

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Binomial Model Formula

R = 1+ r

RCddu

RuCu

du

dRC /

Call option value can also be calculated directly

from the below formula:

10

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

Call option value:

C = (0.75 x 10 + 0.25 x 0) / 1.05 = 7.14

11

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Replicating Portfolio

OptionStock

100

110

90

Bond

50

55

45

100

105

105

42.86

45

45

C(100)

10

0

10

0

50-42.86

12

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Profit

An example of Arbitrage profit:

Assume the same parameters as the previous

example, but in this case:

- Call Option price is 10 ILS

Please check if arbitrage profit is possible?

13

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Table

Action Cash Flow S(T)=110 S(T)=90

Sell Call 10+ 10- 0

Buy 0.5 Stock

50- 55+ 45+

Take a Loan

40+ 42- 42-

Total 0 3+ 3+

Cash Flow at Expiration Date

14

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

Assumptions are the same as previous example

(Call Option)

Calculate the value of Put option with Strike of

$100 at the beginning of the period

15

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

38.210005.1

10014.7

)1(

S

r

XCP

Put Option Value

Put option value can be derived by:

1. Calculating Call option value

And

2. Using Put Call Parity formula

16

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

Direct Calculation

Put option value can also be calculated by

creating a risk neutral portfolio,

In this case we need to Buy both the Stock

and the Option as the correlation between

the prices is negative

(In the previous example for Call option we had

to buy one and sell the other one)

17

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

38.205.1

10

4

310

4

1

1

RPd

du

RuPu

du

dRP

Put option value:

18

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

SummaryCase A

u= 1.10 S=

d= 0.90 110

X= 100

r= 5% 100

90

C= P=

10 0

7.14 2.38

0 10

147051

10

9011

90051.

...

..

C 382

051

110

4

10

4

3.

.

P

5010020

10.

.

h

19

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

הערות למודל הבינומי

לא נזקקים להסתברויות למצבי העולם בכדי .לחלץ את מחיר האופציה

בנוסחה הינם ההסתברויות Cd-וCuמקדמי .למימוש מצבי העולם בעולם ניטרלי לסיכון

.הינה יחסיתDOWN-וUPההגדרה של מצבי העולם . יתכן כי מחיר הנכס בשני מצבי העולם

20

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Two Steps Binomial Tree

We can extend the analysis to a two steps

binomial tree

First we need to calculate the second step as

shown in previous example, then we can

calculate the first step using Cu and Cd from

earlier calculation

The procedure is to work back through the tree from the end to the beginning

21

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

American Option

As an option with American expiration style

can be exercised at any time during the option

life, the calculation is different,

In this case we need to compare the value of

the portfolio at the first step to the present value of the second step

22

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Multi Steps Binomial Model

We will use the same methodology for

calculation, the procedure is to work back

through the tree from the end to the

beginning

When the number of periods is infinite the

price of the option will be similar to Black and Schools model

23

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Example 1

dS=90 , uS=110 , r=5% , S=100

dS=80 , uS=120 , r=5% , S=100

- One step tree

- Exercise price for Call and Put = 100

Show that an increase in volatility will have a positive affect on both Call and Put prices

24

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Example 1

38.205.1/104

10

4

3

14.705.1/109.01.1

9.005.1

P

C

100

110

90

C(100)

10

0

P(100)

0

10

25

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Example 2

14.705.1/208.02.1

05.12.1100

9.1105.1/208.02.1

8.005.1100

P

C

100

120

80

C(100)

20

0P(100)

0

20

26

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary

911051

20

8021

80051.

...

..

C

Case B

u= 1.20 S=

d= 0.80 120

X= 100

r= 5% 100

80

C= P=

20 0

11.90 7.14

0 20

147051

20

8021

05121.

...

..

P

27

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Conclusion

When uncertainty increases (volatility is higher) the

value of the Call option will be higher,

Call option price changes from 7.14 -> 11.9

And also the price of the Put options will be higher,

Put option price changes from 2.38 -> 7.14

28

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Binomial Model – 2 Steps

- 2 Steps

- r = 5%, Stock = 100- For each period u = 1.1, d = 0.9

1. What is the value of Call and Put Option?

2. Compare these values to 1 step

3. Does the hedge ration change?

29

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

European Option

100EC

Cu

100110

9099

121

81

Cd

21

0

0

100EP

EPu

EPd

0

1

19

30

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

1505.1

214

3

0

Cu

Cu

Therefore

71.1005.1

154

3

)100( eC

31

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – Call Option

15051

121

4

3

.Cu

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

S= 121

110

100 99

90

81

C= 21

15.00

10.71 0

-

0

0Cd

95011020

21.

.

hu 0hd

75010020

15.

.

h

7110051

115

4

3.

.

C

32

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

23.505.1

194

11

4

3

23.005.1

194

11

4

3

E

E

Pd

Pu

33

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

4.105.1

238.04

323.5

4

1

100

EP

34

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – Put Option

230051

1

4

1.

.

Pu

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

045011020

1.

.

hu 1

9020

18

.hd 250

10020

5.

.

h

41051

1

4

23803

4

235.

.

..

P

S= 121

110

100 99

90

81

P= 0

0.24

1.42 1

5.24

19

235051

1

4

19

4

3.

.

Pd

35

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

American Option Value

Now lets check for American Options

Is there a difference from European Option?

36

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

American Option Value

10PdFor American Options

55.205.1

104

1238.0

4

3

)100(

AP

There is no difference for a Call option as early exercise is not recommended

37

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – American option

230051

1

4

1.

.

Pu

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

045011020

1.

.

hu 1

9020

18

.hd 490

10020

24010.

.

.

h

552051

1

4

23803

4

10.

.

.

P

10Pd

S= 121

110

100 99

90

81

P= 0

0.24

2.55 1

10.00

19

38

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Change is Strike Price

- 1 Step

- r = 5%, Stock = 100

- For each period u = 1.1, d = 0.9- Exercise price for Call and Put = 105

Calculate the value of a Call and Put options

and compare to the values of the options with strike 100 (from previous example)

39

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

05.1

4

15

05.1

54

3

)105( C

S=100

110

90

C=105

5

0

40

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

05.1

4

15

05.1

154

1

)105( P

S=100

110

90

P(105)

0

15

We can see that if Strike price is equal to the future

price of the underlying asset, the price of a Call options = price of Put option

41

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary

573051

15

20

150.

..

.

C

u= 1.10 S=

d= 0.90 110

X= 105

r= 5% 100

90

C= P=

5 0

3.57 3.57

0 15

573051

115

20

050.

..

.

P

42

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question #1

- 1 Step

- Stock Price = $20, can move up to $40 or

down to $10

- r = 10%- Call and Put exercise price = $25

- Calculate the value of a Call and Put options

- Check if there is an arbitrage in case C(25) = 3

- Check if there is an arbitrage in case P(25) = 11

43

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #1

8.901.1

15

5.02

01.12)25(

05.501.1

0155.02

5.001.1

)25(

P

C

S 20=

40

10C(25)

15

0

P(25)

0

15

44

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary

055011

115

502

50011.

..

..

C 89

011

115

502

0112.

..

.

P

u= 2.00 S=

d= 0.50 40

X= 25

r= 1% 20

10

C= P=

15 0

5.05 9.80

0 15

45

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Table #1

Action Cash Flow

S(T)=10 S(T)=40

Buy Call -3 0 15

Sell ½ Stock 10+ -5 -20

Deposit -7 +7.07 +7.07

Total 0 +2.07 +2.07

3 =If C(25)

46

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Table #1

Action Cash Flow

S(T)=10 S(T)=40

Sell Put +11 -15 0

Sell ½ Stock 10+ -5 -20

Loan -21 +21.21 +21.21

Total 0 +1.21 +1.21

11 =If P(25)

47

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question #2

Calculate the value of Call and Put options

- 3 Steps

- Stock = 100

- Strike = 100

- r=0.05

- d = 0.9, u = 1.1 (constant for all steps)

48

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #2

Underlying asset price

S=100

110

90

99

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

49

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #2

Call option price

C(100)

Cu

Cd

Cud

Cuu

Cdd

Cuuu=33.1

Cuud=8.9

Cddu=0

Cddd=0

50

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #2

Cuu = (0.75* 33.1 +0.25*8.9)/ 1.05=25.76

Cud = 0.75*8.9 / 1.05=6.36

Cdd=0

Cu = (0.75*25.76 + 0.25*6.35) / 1.05=19.91

Cd = 0.75*6.35 / 1.05=4.53

3.1505.1/53.425.091.1975.0 C

Call options value

51

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3

100,100, 32 SSOMAXCLI

32 100,100, SSOMAXPLI

- 3 Steps

- S = 100, r = 5%

- X = 100

- Price can move up or down 10%

- Price of Call option and Put option can be locked after the second step

52

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.1

100LIP100LIC

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

Calculate the value of: and

53

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.2

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

What is the value of an Asian Call and Put

option?

Using the average prices of the second and third steps

54

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.3

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

What is the value of a Call (100) with Knock-Out

trigger at $100?

(The option no longer exists is the price of the stock is below $100)

55

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.4

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

What is the value of a Put (100) with Knock-Out

trigger at $100?

(The option no longer exists is the price of the stock is above $100)

56

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

Question 3.5

Calculate the value of a portfolio with Lookback

Call and Lookback Put with the same expiration date

57

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – 3 Steps

S= 133.1

121

110 108.9

100 99

90 89.1

81

72.9

C= 33.1 P= 0

25.76 -

19.91 8.9 0.62 0

15.31 6.357 1.69 2.60

4.541 0 5.24 10.9

0 14.24

0 27.1

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

58

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Generalization

rCppCC

rCppCC

rCppCC

dddddudd

dduduudu

duuuuuuu

/1

/1

/1

dudrpwhere

rCppCC

rCppCC

rCppCC

du

dddud

duuuu

//

/1

/1

/1

59

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

33223

222

222

/11313

112

112

rCpCppCppCp

C

rCpCppCpC

rCpCppCpC

ddddduduuuuu

ddddduduud

dduduuuuuu

Generalization

top related