《数理金融》习题参考答案.docx

1、数理金融习题参考答案数理金融分析-基础原理与方法习题参考答案第一章（P52）题1-1希德劳斯基模型的金融学含义是什么？解：参考方程（1.2.13 ）式后面的一个自然段。题1-2欧拉方程的经济学和金融学的含义是什么？解：参考方程（1.5.9 ）式和方程（1.5.10 ）式后面的一个自然段。题1-3如果你借款1000美元，并以年利率8%按每季度计息一次的复利形式支付利息,借期为一年。那么一年后你欠了多少钱？利息，而每个季度索要的利息,不仅要考虑原有的本金，而且还要加上累计到该时刻的利息。因此，一个季度后你的欠款为： 1000（1+0.02）两个季度后你的欠款为：21000(1+0.02)(1+0.

2、02) 1000(1+0.02)三个季度后你的欠款为：2 31000(1+0.02) (1 0.02) 1000(1+0.02)四个季度后你的欠款为：1000(1+0.02) 3(1 0.02) 1000(1+0.02)4 1082.40题1-4 许多信用卡公司均是按每月计息一次的 18%的年复合利率索要利息的。 如果在一年的年初支付金额为 P，而在这一年中并没有发生支付，那么在这一年的年末欠款将是多 少？解：这样的复合利率相当于每个月以月利率 1812% 1.5%支付利息，而累计的利息将加到下一个月所欠的本金中。因此，一年后你的欠款为：12P（1+0.015） 1.1956P题1-5 如果一

3、家银行所提供的利息是以名义利率 5%连续地计算利息，那么每年的有 效利率应该是多少?解：有效利率应为:即有效利率是每年 5.127%。题1-6 一家公司在未来的5年中需要一种特定型号的机器。这家公司当前有一台这种机器，价值6000美元，未来3年内每年折旧2000美元，在第三年年末报废。 该机器开始使用后，第一年运转费用在该年年初值为 9000美元，之后在此基础上每年增加 2000美元。在每年的年初可以按固定价格 22000美元购买1台新机器。1台新机器的寿命是 6年，在最初使用的两年中每年折旧 3000美元，这之后每年折旧4000美元。新机器在第一年的运转成本 是6000美元，在随后的每年中将

4、增加 1000美元。如果利率为 10%，公司应在何时购买新机器？解：这家公司可以在第1、2、3、4年的年初购买新机器， 其对应的6年现金流如下（以1000美元为单位）：在第一年的年初购买新机器： 22，7，8，9，10，-4；在第二年的年初购买新机器： 9，24，乙8，9，-8；在第三年的年初购买新机器： 9，11，26，7，8，-12；在第四年的年初购买新机器： 9，11，13，28，乙-16。为了验证上面所列现金流的正确性，假设公司将在第三年的年初购买新机器，则公司在第一年的成本为旧机器 9000美元的运转成本；在第二年的成本为旧机器 11000美元的运转成本；在第三年的成本为新机器 22

5、000美元的购买成本，加上 6000美元的运转成本，再减去从替换机器中得到的 2000美元；在第四年的成本是 7000美元的运转成本；在第五年的成本是8000美元的运转成本；在第六年的成本是 -12000美元，它是已经使用了 3年的机器价值的负值。其他的 3个现金流序列可以通过相似的方法推得。对于年利率r=0.10，第一个现金流序列的现值为46.08322+Z _4_1.1 (1.1)2 (1.1)3 (1.1)4 (1.1)5其他现金流的现值可用同样的方法计算出。这四个现金流的现值分别是46.083，43.794，43.760，45.627因此，公司应在两年后购买新机器。题1-7 一个打算在

6、20年后退休的人，决定今后 240个月每月月初在银行存款 A，使得他可以在随后的 360个月的每月月初提款 1000美元。假设每月计息一次的名义年利率为 6%，那么A的值应该为多少？1解：r= 0.0612=0.005是月利率。令 彳二，他所有存款的现值为240A A A 2 L A 239 A11类似地，如果 W是在随后的360个月中每月的提款额，那么所有的提款额的现值为这样，如果满足以下等式，他就可以实现所有的提款（同时他的账户中也不再有任何钱）对于 W 1000， 11.005，可以得到A 360.99这就是说，在 240个月中每月存款 361美元，就可以使得他在随后的 360个月中每月

7、提取1000美兀。注 在这个例子中，我们使用了以下的代数恒等式为了证明这个等式，我们令x=1+b+b2 L bn由于注意到x-1=b+b2 L bnn-1b(1+b L b ) b(x bn)因此,(1-b )x 1 bn 1这就证明了该等式。利用相同的方法，或者令 n趋向于无穷，可以证明当 b 1时有1+b+b2 L 1 b题1-8终身年金给其持有者在未来每一年年末领取数额 C款项的权利。这就是说，对于每一个i=i,2, L，在第i年的年末要向持有者支付 c，如果利率为r，每年计息一次，那 么这个现金流序列的现值是多少？解：该现金流可以被复制为初始时刻在银行存入本金 cr，并在每一年的年末提

8、取所得的利息（保留本金不动），但是在初始阶段存入任何少于 c r的金额都无法复制这个现金流，因此这个无限期现金流的现值为 cr。这个结论可以由下式推得:c 1Fr 1 11 r题1-9假设你向银行借款 100000美元买房，负责贷款的经理告诉你可以以 0.6%的月利率贷款15年，每月分期偿还。如果银行要收取贷款初始费用 600美元，房屋检验费 400美元，以及贷款额的一个百分点，那么银行提供的贷款的实际年利率是多少？解：首先我们考虑这个贷款的每月抵押支付，记之为 A。由于100000美元的贷款需要在未来的180个月中以月利率 0.6%偿还，所以A180 100000其中 =11.006。因此,

9、因此如果你实际得到了 100000美元，在180个月中每月偿还 910.05美元，那么实际月利率应该是0.6%。但是考虑到银行收取的初始贷款费用、房屋检验费以及一个百分点的贷款额（这意味着收到贷款时， 银行将收取名义贷款额 100000美元的1%），你实际只得到了 98000美元。因此有效月利率应该满足下式的 r的值:A + 2 L 180 98000其中 (1 r) 1。因此，1或者，由 r得1801107.691 r利用实验误差法求上面方程的数值解（由于 r 0.006，很容易计算）得出：r 0.0062712因为（1 0.00627） 1.0779，所以0.6%的名义月利率对应的有效年利

10、率约为 7.8%。题1-10假设一个人抵押贷款的金额为 L，需要在今后n个月的每月月末偿还等额 A。贷款的月利率是r,每月计息一次。a） 已知L，n，r，那么A的值是多少？b） 在第j月的月末支付已经完成后，还剩下多少贷款的本金？c） 在第j月的支付中，多少是利息的支付，多少是本金的扣除（这很重要，因为有些合同允许贷款提前偿还，偿还的利息部分是可减免税的）？解：n个月支付的现值为:其中,r 0.09/12 0.0075,每月支付(以美元计)为令Rj表示在第j(j 0,L ,n)月月末支付完当月偿还额后还欠的本金余额， 为了确定这几个量，应该注意到，如果在第j月的月末欠款为 Rj，那么在第j 1

11、月月末未发生支付前的欠款应该是(1 r)Rj。由于每个月末的支付额为 A，所以有Rj 1(1 r)Rj A aRjA从R。 L开始，我们得到：R1aL A ；R2aR Aa(aL A) Aa2L (1 a) A ；R3aR2 Aa(a2L (1 a)A)A3 2a L (1 a a)A 。般地，对于j 0,L ,n，有ajRj ajL A(1 a L aj 1)ajL ajL空 卫（由等式（1-1）a 1L(an aj)an 1令Ij和Pj分别表示在第j月月末支付的利息和本金的扣除额。由于 Rj 1是到上一个月月末的欠款额，因此有I j rRj 1L(a 1)(an aj1)an 1Pj A

12、IjL(aL(a 1)aj 1an 1可以用下面的式子验证上面的结果:Pjj 1804.62美元中只有54.62美元是贷款本金的扣除额；而其余的都是利息。在接下来的每一个 月，用于偿还本金的支付额以倍数 1.0075增长。题1-11 已知r（S）R 汽2求出收益曲线和现值函数。解：改写r（s）为因此，现值函数为P（t）exp Dtexp log(1 t)r1 r2)exp创(1 t)ri第二章（P109）题2-1在金融学中，资产和资产结构是如何定义的?解：参考定义2.3.4和定义2.3.5。题2-2不确定性与风险二者是什么关系？风险与协方差的基本关系是什么？解：本题第一问可参考 2.4节第一个

13、自然段，第二问答案就是本章（ 2.4.15 ）式。题2-3什么是公司的资本结构和企业（或公司）价值？解：第一问即2.6.1第一自然段中：公司的资本结构是指其债务、 权益和其它融资工具 的相互组合及其组合中的比例关系。 公司理财决策的目的是确定最佳资本结构， 使之公司和 投资人的财富价值实现最大化。第二问企业（或公司）价值即： 企业债券和股票的收益率是对投资人而言的，但对于企业来说，它们则是成本。一般把企业债券和股票的市场价值总和称为企业的价值。习题2-4 M-M定理的基本含义是什么?解：即( 2.6.6 )式后面的的自然段：企业的债务与股票的总价值等于在各种状态下企 业收益的现值， 这个现值是

14、按照相关自然状态下一美元的要求权价格计算的， 因此，总价值E + B与债务对股票的比例无关。这就是著名的莫迪利亚尼 -米勒定理的结论。题 2-5 在金融学中，完备市场的条件是什么?市场有效性的基本条件是什么? 解：第一问可见 2.7.4 完备市场的具体假设条件这部分。第二问参考 (2.7.10) 式，即：各种资产的预期收益率相等。就是完备市场有效性的基 本条件。题 2-6 考虑将 100 的资本投资到两种证券，它们回报率的均值和标准差分别为：r1 0.15， v1 0.20 ； r2 0.18 ， v2 0.25i1得：EW 100 0.15y 0.18(100 y) 118 0.03y 。又

15、由于 c(1,2) v1v2 0.02 ，由式nn(2-2) Var (W ) wi2vi2 wiwjc(i, j)i 1 i1 j i得： Var (W ) y2 (0.04) (100 y)2(0.0625) 2 y(100 y)(0.02)20.1425 y2 16.5y 625所以我们应该选择 y ，使下式的值达到最大：118 0.03y 0.005(0.1425 y2 16.5y 625)/2或等价的，最大化0.01125 y 0.0007125y2/2简单计算后得知y取下值时，上式达到最大：0.01125 , ccy15.7890.0007125即，当投资15.789于证券1,投资

16、84.211于证券2时，期末财富的期望效用达到最大。将y 15.789代入前面等式，得EW 117.526，Var(W) 400.006，最大期望效用等于:1 exp 0.005(117.5260.005(400.006) /2) 0.4416这可以和下述投资组合的效用比较一下：将 100全部投资到证券 1时，期望效用为0.3904 ;当100全部投资到证券 2时，期望效用为 0.4413。题2-7 设当前无风险利率为 6%，市场回报率的均值和标准差分别为 0.10, 0.20。如果给定股票的回报率与市场回报率的协方差为 0.05，求该股票回报率的期望值。解：由于.52 1.25(0.20)所

17、以(假定CAPM模型有效)ri 0.06 1.25(0.10 0.06) 0.11即股票的期望回报率为 11%。第三章(P148)题3-1均值-方差模型的最根本意义是哪两条？解：可参考(3.2.3 )式前面的自然段：金融研究和金融数学的任务之一是要解决收益和风险的分析，通过对资产收益和风险的分析来解决金融资产在市场上的价值评估和组合中的效率衡量这两个基本问题。在这里，通过均值 来分析金融资产的收益，显然，均值越大，资产组合的收益越好。用方差 2和协方差ik来分析资产选择的风险，显然，方差 2和协方差ik越大，风险就越大。于是，我们就可以用均值和方差来描述个人的效用与利益,即较大的均值和较低的方

18、差是与个人的效用水平正相关的。 至此，我们就基本完成了两个根本任务：(1)把不同资产的组合选择转化为均值 -方差组合选择；(2)把传统的效率标准转化为均值-方差效率，即当均值给定时方差越小越好，或者方差限定时均值越大越好。题3-2 CAMP模型的基本含义是什么？解：(335 )式和(337 )式就是消费-资本资产定价模型的基本形式。它们非常深刻地揭示了资产价格与个人消费之间的关系，一般均衡与资产定价之间的关系。它们表明：(1)资产的预期收益(价格)与消费的边际效用之间的协方差负相关。换句话说，其等价的命题是，消费的预期效用应该和资产的预期收益是一致的。(2)在实际经济中，个人首先承受着与消费有

19、关的风险，既应该首先有o 0cov(u (c i), Rj) cov(RZ, Rj)然后才是与其它资产之间的风险关系，即cov(Rz, j)var(RZ)题3-3 (股票定价)企业I在时期 t=1将发行100股股票，企业在时期t=2的价值为随机变量(2)。企业的资金都是通过发行这些股票而筹措的，以致于股票持有者有资格获得完全的收益流。最后给出的有关数据是：I c 11000 $之概率P V1丿 21 L 800 $之概率P -2cov(X1,Xm) 0.045, x var(XM) 0.30r 0.10, E(Xm) 0.20试用资本资产基本定价方程求出该股票的合理价值。解：应用证券市场线性方

20、程(3.2.1 ),E(Xm) rE(XJ r 严 cov(XXm)(X m )票在时期t=1的市场价格，于是我们有1 1EV1 (2) 1000 800 900$2 2以15%贴现，V(1) 900/1.15$，因有100股，故每股价值为 7.83$。题3-4 (债券定价)有一面值为 100元的债券，约定到期付息 8%,假设在债券有效期内有70%的时间可以赎回本金并获得利息， 30%的时间不能还本付息，但将支付 50元的承保金。即可将债券在时期 2的价值表示为随机变量108，P 0.70B I)，P 0.30设COV( B,Xm) 7，其它数据如上题，试确定债券在时期 1的合理价值。解 由证

21、券市场线性方程(3.2.1)可得确定等价定价公式。E(B) E(Xm) r 2(Xm) cov(B,Xm)1 r90.60 (0.20 0.10) 0.09 71.10市场所需的期望收益率为题3-5某公司在时期1的市场价值为900元。现有一项目，其在时期2的期望收益为E(Vi) =1000，E (Xm)=0.5，r=0.05。公司现考虑一个新的投资项目，其单位成本为 60元。在时期2的现金收益流为 E(F)=130元，cov ( F, Xm) /(T 2 ( Xm) =250元。试回答，该公司管理者应怎样考虑这个项目？解：由题3-4的确定等价定价公式可得E(Vi) Eel：)covMXm) (

22、X M)P01 r由此式得1000 0.10 COV2Vi,XM)900 (Xm)1.05求解上式得型“人)550$(Xm)又cov(Vi R,Xm) cov(Vi, X ： ) cov(Fi,X：)故cov(V Fi, X M ) *2 - M 550 250 800$(X m)又E(%F%) 1000 130 1130假如投资新项目，那么公司在时期 1的总收入（不考虑投资成本）是E(V Fi)曲 FMm)2小、(E(Xm) r) (X M )1130 800 0.10 10501000$1.05 1.05因为公司市场价值P0比原来的F0上涨了 100元，而投资成本为 60元，故可以得到补P

23、01 r偿，所以可以投资该项目。第四章（P208）题4-1未定权益的基本含义是什么？解：可参考本章422 未定权益与期权的基本概念的内容：资产是一般化的概念，未 定权益是实质性概念。现在，未定权益的研究已经成为现代金融学研究的方向性工作。未定权益(Contingent Claim )是表示时间从卖者向买者所支付损益的随机变量。其中 的随机变量能够作为原生证券价格的某种函数。 对于单时期分析模型而言，未定权益是唯一的衍生证券，是两个参与者之间的一种合约或协议。 由于一方向另一方许诺，在时间T时支付数量X，所以，买者将正式地支付一些资金给卖者。因此，在交易中需要处理的基本问 题就是，未定权益在时间

24、 t T时的价值是多少？题4-2什么是期权平价原理？其含义是什么？解：可参考本章434 卖出一一买入期权的平价原理。题4-3什么是基本维纳-布朗过程？解：可参考本章443中的2 期权价格的基本维纳-布朗过程：设S是任一个随机变量，t表示时间。在小的时间间隔 t内，随机变量 S变化了 S。如果S服从Wien er - Brow nian运动，则在小时间间隔 t内S的变化 S满足方程S / t其中 是随机项，服从标准正态分布，其均值为 0,方差为1。在随机收敛意义下，它可以写成dS . dt因为 是标准正态分布， s也服从正态分布，它的均值为零，方差为 t，标准差为. t。由上式所描述的期权价格随

25、机过程就被称为基本 Wiener- Brownia过程。在数学上它们被称为随机微分。题4-4如果一个变量遵循基本维纳 -布朗过程，问：其均值变化为 0，标准差为.T的含义是什么？解：是指随机变量变化将有零期望值和等于未来时期长度的平方根的标准差。题4-5什么是一般维纳-布朗过程？解：即本章(447)式。题4-6 般维纳-布朗过程与基本维纳-布朗过程的区别是什么？为什么一般维纳 -布朗过程才能准确描述资产价格的随机过程？解：可参考本章443最后一段：现在，我们还不能应用这个基本 Wiene- Brownian过程去描述期权价格这一随机过程， 因为将基本 Wien er- Brow nian过程应

26、用到期权价格上， 在 以下三个方面是无效的：（1） 不同资产有不同的波动程度。上面的描述，资产的波动都是 1。（2） 风险资产平均看有正的期望收益， 在上面的过程中 S的均值被假设为0,这样从平均上看，未来价格等于现在价格。（3） Wien er-Brow nia n过程假设价格是绝对变化 S，不依赖于S的大小，然而事实上S. S比S更合适。我们不期望这种情况。平均来看，高价格资产的绝对价格变化比低价格资产的绝对变化要大。 相对期权价格 S S是成比例变化的，它不依赖于S。这个比例或百分比与这个期权价格同样无关。因而这指出了在期权价格变化度量上的一个重要事实：关系题4-7写出标准的维纳-布朗运

27、动方程。解：即本章（4410 ）式。题4-8 CAMP莫型与APT模型的主要区别是什么？解：可参考本章4.7.3 APT 模型与CAMP模型的比较这部分。题4-9 APT模型是如何解释市场有效性条件的？解：即定理4.7.1。题4-10股票现在的价值为 50元。一年后，它的价值可能是55元或40元。一年期利率为4%。假设我们希望计算两种看涨期权的价格，一种执行价格为 48美元，另一种执行价为53美元。我们也希望为一种执行价为 45元的看涨期权定价。问，应该如何用 V =e-rtPU+（1-P）D=e-rEpV1求出这3个价格？其中的 P、U和D如图Vo解：第1步：从股票二叉图得到q。由公式（4.

28、5.6 ）知：1.04 50 55q 40（1 q）从52 55q 40（1 q）我们得到12 55q 40q 15q所以题4-11 （本题更正如下：）假设名义利率为r，现在考虑如下的期权定价。该期权是未来以指定价格购买一种股票，股票的初始价格是100并且假设一段时间后股票的价格只可能是 200或者50。如果在0时 刻我们能以每股C的价格买入一个期权，这个期权使我们在时刻 1能以每股150的价格购买股票，那么当C的值为多少时稳赢的赌博不可能存在？解：在本节的背景下，试验的结果是时刻 1时的股票价格，因此，有两种可能的结果。与此同时也存在两种不同的赌博：买（或者卖）股票和买（或者卖）期权。由套利

29、定理我们知道，如果在结果集上存在概率 （p,1 P）使得这两种赌博的期望收益现值为零，那么就不会有稳赢的情况出现。购买一股该股票收益的现值为:收益=*能是 p (1 2r)/3。此外，购买一个期权收益的现值为:收益因此，当p （1 2r）/3时，购买一个期权的期望收益是:E收益于汽根据套利定理，我们就得到了不可能存在稳赢策略时 C的唯一值是:1 2r 50C即,C ，3(1 r)的波动率是0.20。求一个3个月后到期且执行价为 34的买入期权的无套利价格。解：本题中的参数是：t 0.25, r 0.08, 0.20, K 34, S(0) 30所以我们就有0.02 0.005 log(34/30)冗代(0.2)(0.5)由此得到C 30 ( 1.0016) 34e 0.02 ( 1.1016)30(0.15827) 34(0.9802)(0.13532)0.2383这个期权合适的价格就应该是 24。题 4-13定义 函数f(x)称为凸的，如果对所有的 x和y，以及0 1，有f( x (1 )y) f(x) (1 )f(y)函数凸性的几何解释是， f(x) (1 )f (y)是f (x)和f(y)连线上的点，它给 f (x)的权重与在x和y的连线上的点 x (1 )y所给予点x的权重是相同的。因此，凸性的几何解释又是，连接曲线 f (