7/27/2019 Requisites for the Long-Term Growth

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W o r k i n g P a p e r

J a n u a r y 3 , 2 0 1 0

O n t h e G r o w t h O p t i m a l i t y :

R e q u i s i t e s f o r t h e L o n g - t e r m G r o w t h

A u t h o r :

A n d r s U r b n

u r b a n @ f i n a n c e . b m e . h u

D e p a r t m e n t o f F i n a n c e

B u d a p e s t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y a n d E c o n o m i c s ,

M u e g y e t e m r k p . 9 , B u i l d i n g R , B u d a p e s t , H u n g a r y ,

H - 1 1 1 1

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2/8

1 . I n t r o d u c t i o n 1

1 I n t r o d u c t i o n

T h i s p a p e r g i v e s a n o v e r v i e w o f m u l t i - p e r i o d i n v e s t m e n t s . A m u l t i - p e r i o d i n v e s t m e n t i s a c o n s e c u t i v e

s e q u e n c e o f s i n g l e - p e r i o d d e c i s i o n s w h e r e t h e i n i t i a l c a p i t a l a n d i t s g a i n s a r e r e i n v e s t e d . I s h o w , a l t h o u g h ,

m a x i m i z a t i o n o f t h e m e a n r e t u r n i s e q u i v a l e n t t o t h e m a x i m i z a t i o n o f t h e e x p e c t e d w e a l t h , a n i n v e s t o r

i s a b l e t o n e a r t h e e x p e c t e d w e a l t h w i t h p r o b a b i l i t y c l o s e t o z e r o , t h e r e f o r e t h e m e a n o f t h e s i n g l e

p e r i o d r e t u r n s i s n o t a b l e t o c a p t u r e t h e g r o w t h o f c a p i t a l . I t i s p o i n t e d o u t t h a t t h e a d v a n t a g e o f

h o l d i n g i n v e s t m e n t s w i t h h i g h r e t u r n e x p e c t a t i o n s i s n o t g e n e r a l t r u t h , e v e n i n t h e l o n g - r u n , s i n c e i f t h e

i n v e s t m e n t i s v e r y r i s k y t h e f e a s i b l e w e a l t h l e v e l i s n o t a b l y l o w e r t h a n i t s e x p e c t e d v a l u e . T h e p a p e r

p r e s e n t s a c l o s e t h e o r e t i c a l c o r r e s p o n d e n c e b e t w e e n t h e l o n g - t e r m g r o w t h a n d t h e c l a s s i c a l m e a n - v a r i a n c e

a p p r o a c h , w h e r e I u s e t h e v a r i a n c e a s t h e o n l y m e a s u r e m e n t o f t h e i n v e s t m e n t r i s k . F u r t h e r m o r e , I s h o w

a n o p t i m a l t r a d e - o b e t w e e n t h e s i n g l e p e r i o d m e a n a n d v a r i a n c e w h i c h p r o v i d e s m a x i m u m g r o w t h i f

t h e r e t u r n d i s t r i b u t i o n i s n o t h i g h l y s k e w e d .

2 R a t e o f g r o w t h

I n v e s t i g a t e a m a r k e t o f l o n g - t e r m i n v e s t m e n t s w h e r e c a p i t a l g a i n s a r e r e i n v e s t e d a f t e r e a c h t r a d i n g

p e r i o d . E v o l u t i o n o f t h e m u l t i - p e r i o d i n v e s t m e n t i s e a s i e r t o c h a r a c t e r i z e u s i n g p r i c e r e l a t i v e s r a t h e r

t h a n r a t e s o f r e t u r n . P r i c e r e l a t i v e x i i s a s t o c h a s t i c v a r i a b l e r e p r e s e n t i n g t h e r e l a t i v e c h a n g e i n t h e

v a l u e o f a n i n d i v i d u a l a s s e t o r p o r t f o l i o o n t r a d i n g p e r i o d i s u c h t h a t

x i =pi

pi1,

w h e r e p r i c e s o n d a y i a n d i 1 a r e d e n o t e d b y pi a n d pi1 , r e s p e c t i v e l y . R e l a t i v e p r i c e c o r r e s p o n d s t o

r a t e o f r e t u r n s i n c e

x i r i + 1 ,w h e r e r i d e n o t e s t h e r a t e o f r e t u r n f r o m t r a d i n g p e r i o d i 1 t o p e r i o d i .

W h e n p r i c e r e l a t i v e s a r e i n d e p e n d e n t a n d i d e n t i c a l l y d i s t r i b u t e d w e c a n t a k e t h e f o l l o w i n g e x p e c t a t i o n

o f t h e w e a l t h Wn a f t e r n i n v e s t m e n t p e r i o d s :

E{Wn} = E{W0 x 1 x 2 . . . x n} = W0ni=1

E{ x 1} = W0en

l n

E{x 1}

, ( 2 . 1 )

w h e r e W0 i s t h e i n i t i a l w e a l t h . C o n s i d e r i n g ( 2 . 1 ) a n i n v e s t o r m a y g u e s s t h a t a n a s s e t p r o m i s i n g m a x i m u m

e x p e c t e d r e t u r n w i l l a l s o g a i n t h e m a x i m u m w e a l t h a f t e r s e v e r a l i n v e s t m e n t p e r i o d s , w h e r e , u n d e r

e x p e c t e d v a l u e I m e a n s t a t i s t i c a l e x p e c t a t i o n . M o r e o v e r , s i n c e o n i . i . d . m a r k e t s 1

n

ni=1

x i

E{ x 1} a s n a n d

Var 1n

ni=1

x i 0 a s n ,

a n i n v e s t o r w h o h a s t h e o p p o r t u n i t y t o f u n d h i s w e a l t h s e v e r a l t i m e s , h a s b e t t e r c h a n c e t o r e a c h h i s

e x p e c t a t i o n o n a v e r a g e t h a n o n e w h o s i m p l y i n v e s t s f o r a s i n g l e p e r i o d . T h i s i n t e r p r e t a t i o n o f t h e l a w

o f l a r g e n u m b e r s m a y s u g g e s t s i f t h e i n v e s t m e n t h o r i z o n i s v e r y l o n g t h e i n v e s t o r s h o u l d t a k e o n l y t h e

e x p e c t e d r e t u r n i n t o a c c o u n t s i n c e t h e v a r i a n c e o f t h e a v e r a g e r e l a t i v e c o n v e r g e s t o z e r o . W e m a y a c c e p t

t h i s a p p r o a c h i f w e a s s u m e t r a d i t i o n a l c o n d i t i o n s w h e n t h e i n v e s t o r ' s u t i l i t y f u n c t i o n i s b a s e d o n l y o n

t h e m e a n a n d v a r i a n c e o f t h e p r i c e r e l a t i v e s . T h i s s i m p l e l o g i c c o u l d l e a d t o t h e a r g u m e n t t h a t i n t h e

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2 . R a t e o f g r o w t h 2

l o n g - r u n i t i s w o r t h h o l d i n g i n v e s t m e n t s w i t h h i g h r e t u r n e x p e c t a t i o n s , e v e n i f t h e y a r e r i s k y , s i n c e t h e

r i s k d i s p e r s e s o v e r m u l t i p l e p e r i o d s . N o t e , h o w e v e r , t h e v a r i a n c e o f t h e a v e r a g e r e l a t i v e d e c r e a s e s a s t h e

l e n g t h o f t h e i n v e s t m e n t h o r i z o n g r o w t h s , t h e v a r i a n c e o f t h e e x p e c t e d w e a l t h d o e s n o t .

I n l i e u o f t h e c o m m o n m e a n - v a r i a n c e a p p r o a c h I c a p t u r e t h e n a t u r e o f t h e c a p i t a l g r o w t h b y a n o t h e r

w a y , w h i c h c h a r a c t e r i z e s h o w m u l t i p l e - p e r i o d g r o w t h w o r k s . I n a m u l t i - p e r i o d i n v e s t m e n t

Wni s t h e

p r o d u c t o f t h e f o r m e r w e a l t h Wn1 a n d t h e a c t u a l p r i c e r e l a t i v e s u c h a s

Wn = x n Wn1 ,

r e c u r s i v e l y

Wn = x n x n1 . . . x 1 W0 .W i t h m o r e m a n i p u l a t i o n w e c a n w r i t e

Wn = W0

ni=1

x i = W0e

n

i=1l n x i = W0e

nGn, ( 2 . 2 )

w h e r e Gn d e n o t e s t h e a v e r a g e r a t e o f g r o w t h

Gn =1

n

ni=1

l n x i .

T a k i n g t h e l o g a r i t h m i n ( 2 . 2 ) g i v e s

l n

Wn

W0

1/n= Gn ,

w h i c h m e a n s t h a t m a x i m i z a t i o n o f Wn a n d m a x i m i z a t i o n o f Gn a r e e q u i v a l e n t . A d d i t i o n a l l y , i f x ir e l a t i v e s a r e i . i . d . , l n x i l o g r e t u r n s a r e i . i . d . t o o . T h u s , t h e l a w o f l a r g e n u m b e r s c o m e s i n t o p l a y a g a i n

w i t h t h e f o l l o w i n g f o r m :

Gn

E{l n x 1} a s n

, ( 2 . 3 )

w h e r e E{l n x 1} i s c a l l e d e x p e c t e d r a t e o f g r o w t h o r s i m p l y e x p e c t e d l o g r e t u r n . I f n i s l a r g e e n o u g h , t h e

a v e r a g e r a t e o f g r o w t h c a p t u r e s t h e t y p i c a l v a l u e o f Wn s i n c e

Wn W0enE{ l n x 1}

b y ( 2 . 2 ) a n d ( 2 . 3 ) .

I n t h e s e q u e l w i t h o u t l o s s o f g e n e r a l i t y I a s s u m e W0 = 1 . T h e k e y t o t h e n o v e l a p p r o a c h l i e s i n t h e

r e c o g n i t i o n t h a t Wn i s n o t c l o s e t o i t s m e a n E{Wn} i f a n i n v e s t o r f u n d s h i s w e a l t h s e v e r a l t i m e s . I s h o w

a b i t m o r e . I f n i s l a r g e Gn i s a p p r o x i m a t e l y n o r m a l l y d i s t r i b u t e d w h i c h i m p l i e s t h a t t h e e v e n t

3

n{l n x 1} + E{l n x 1} < Gn =1

n

ni=1

< 3

n{l n x 1} + E{l n x 1}

h a s p r o b a b i l i t y c l o s e t o 1 , w h e r e {l n x 1}

Var{ l n x 1} . F u r t h e r m o r e , t h e i . i . d . p r o p e r t y i m p l i e s t h a t P

3n

{l n x 1} + E{ l n x 1} 0 .

S i n c e l a r g e r e x p e c t e d r e l a t i v e s , c e t e r i s p a r i b u s , i m p l y l a r g e r g r o w t h r a t e , E{ l n x 1} i s a n i n c r e a s i n g f u n c t i o n

o f E{ x 1}. F o r ( 3 . 2 ) t h i s c o n d i t i o n i s v a l i d o n l y w h e n 0 < E{ x 1} < 1 , t h u s , t h e l o w e r s q u a r e r o o t o f t h e

i n e q u a l i t y w i l l b e r e l e v a n t , t h e o t h e r o n e i s f a l s e . H e n c e , i n o r d e r t o a c h i e v e p o s i t i v e g r o w t h w e h a v e t h e

c o n d i t i o n

E{x 1} > 2

1 Var{ x 1} ( 3 . 3 )

s u b j e c t t o

2 > E{x 1} a n d 1 > Var{x 1} ,

w h i c h c o n d i t i o n s a r e n e c e s s a r y f o r t h e v a l i d i t y o f t h e a p p r o x i m a t i o n . C o n s i d e r i n g t h a t t h e s e c o n d i t i o n s

a s s i g n a r e g i o n o f i n v e s t m e n t s w i t h e x p e c t e d r e t u r n a n d v a r i a n c e b e l o w 100% a n d 100 % 2 w e l o s e a s m a l l

p a r t o f g e n e r a l i t y . I n e q u a l i t y ( 3 . 3 ) d e n e s a b o u n d a r y b e t w e e n i n v e s t m e n t s w i t h p o s i t i v e a n d n e g a t i v e

g r o w t h r e g a r d i n g i t s m e a n a n d v a r i a n c e . H e n c e , t h e p r i n c i p l e o f h o l d i n g r i s k y i n v e s t m e n t s f o r t h e l o n g -

r u n l o s e s s o m e o f i t s e a r l i e r a p p e a l i f ( 3 . 3 ) i s n o t s a t i s e d . I f t h e m e a n d o e s n o t e x c e e d t h e r i s k i n c r e m e n t

c o n s i d e r a b l y i t i s o n l y w o r t h u t i l i z i n g t h e s i n g l e - p e r i o d g a i n s .

F i g u r e 2 p r e s e n t s t h e a v a i l a b l e i n v e s t m e n t o p p o r t u n i t i e s i n a m e a n - v a r i a n c e f r a m e w o r k . E a c h i n -

v e s t m e n t i s a v a i l a b l e o n t h e m a r k e t w i t h i n a n d o n t h e s o l i d b l a c k f r o n t i e r . O p p o r t u n i t i e s w h i c h p r o v i d e

p o s i t i v e g r o w t h a r e l o c a t e d i n t h e g r e y a r e a a b o v e t h e d a s h e d

E{x 1} = 2

1 Var{ x 1} b o u n d a r y .

F i g u r e 2 : I n v e s t m e n t o p p o r t u n i t i e s w i t h p o s i t i v e g r o w t h

4 G r o w t h o p t i m a l i n v e s t m e n t s

F o r i n v e s t m e n t s A a n d B w h e r e

Var

x

A1

= Var

x

B1

a n d E{ x A1 } > E{x

B1 } ( 4 . 1 )

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4 . G r o w t h o p t i m a l i n v e s t m e n t s 5

s t a n d , i n v e s t m e n t A g r o w t h s f a s t e r . S t a t e m e n t ( 4 . 1 ) i s a l s o a n a p p r o x i m a t i o n s i n c e ( 3 . 1 ) t a k e s o n l y t h e

r s t a n d s e c o n d m o m e n t i n t o a c c o u n t . I f h i g h e r m o m e n t s a r e n o t a b l e ( 4 . 1 ) m i g h t n o t s t a n d .

I n t h e i n t r o d u c e d m o d e l , s i m i l a r l y t o M a r k o w i t z [ ] a n d S h a r p e [ ] , t h e p o s s i b l e m a x i m u m e x p e c t e d

r e l a t i v e ( a n d r a t e o f r e t u r n ) i s a n i n c r e a s i n g f u n c t i o n o f v a r i a n c e , s u c h t h a t

E(c) m a xx 1

E{ x 1|Var{x 1} = c} ,

w h e r e E() d e n e s t h e p o i n t s o f t h e s o - c a l l e d e c i e n t f r o n t i e r . T h i s f r o n t i e r a s s i g n s i n v e s t m e n t o p - p o r t u n i t i e s w i t h m a x i m u m m e a n t h a t c a n b e a c h i e v e d a t a c e r t a i n r i s k l e v e l . A c c o r d i n g t o ( 4 . 1 ) t h e

m a x i m u m g r o w t h i n v e s t m e n t l i e s o n t h e e c i e n t f r o n t i e r i f h i g h e r m o m e n t s a r e n e g l i g i b l e . F u r t h e r m o r e ,

w e g e t f r o m ( 3 . 2 ) b y d e r i v a t i o n t h a t t h e g r o w t h o p t i m a l i n v e s t m e n t s a t i s e s

dE(c)

dc(2 E(c)) =

1

2( 4 . 2 )

s u b j e c t t o

2 > E(c) a n d 1 > c .

C o n d i t i o n ( 4 . 2 ) a p p o i n t s a t h r e s h o l d f o r t h e v a r i a n c e . B e y o n d t h i s l i m i t , w h e r e

dE(c)

dc(2 E(c))