ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYEN THỊ PHƯƠNG THUY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội — Năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYEN THỊ PHƯƠNG THUY Chuyên ngành: Ly thuyết Xác suất và Thống kê toán học Mã số: 60 46 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC TS. NGUYEN THINH Hà Nội — Năm 2012 BANG KÝ HIỆU Tập các số tự nhiên Tập các số hữu tỉ Tập các số thực Tập các số nguyên Tập các số phức Không gian n - chiêu EE Thuộc, không thuộc 3,V Tôn tại, với mọi AcB A la tap con cua B AUB A¬B=AbB Hợp của A và B Sa, Giao của A và B Tông các sô a¡ Tích các sô a; {veX:xeP}={xeX|xe P} Tập các phan tử xe X có tính chất P |x| Chuan của x sup E Cận trên đúng của E inf E — Cận dưới đúng của E lim = limsup no n—>0 Giới han trên lim = liminf moe om Giới han dưới P(A). Xác suât cua A P(A|r) Xác suất có điều kiện của A đối với F EX =[X()aP. Ky vọng của X E"(X)=E(X|F).
6 th Lian của X Ác vét Ky vọng có điêu kiện của X đôi với F MỤC LỤC 00/0/0671. KIÊN THỨC CƠ SỞ.©5<<sstt+ereEeeEtrEEerttrdrreotoririe 9 Phan 1. Cơ sở giải tích ngẫu nhiên:. Một số kiến thức liên quan tới quá trình ngẫu nhiên.
Quá trình đo ƯỢC.- --- Ăn 1S HH TH HH HH 9 1. Quá trình đo được dẫn. Quá trình khả đoán. Quá trình thích nghi với một bộ lọc.
Quá trình khuếch tán.-- - 2 SE E+E£EE+EEEEEEEEEEErkererkerxrreree 11 1. Qua trình Ornstein-Uhlenbeck. Quá trình Wiener (Chuyên động Brown). Tích phân ngẫu nhiên và Bài toán lọc.
Tích phân ngẫu nhiên Itô và công thức ltô. Lý thuyết lọc ngẫu nhiên .-- ¿- ¿2 + E+EE+E£+E££E££EerEerxrrsrree 18 Phần 2. Martingale với thời gïan rò rrc. Khái niệm tương thích và dự báo được.
Thời điểm Markov và thời điểm dừng. Thời điểm dừng. Qua hy ii. Thời điểm Markov .--ccc-cccccc2tttttkrrtttrrrrttrrirrrrirrrrireiee 24 1.
Quá trình MarkOvV. 5 c1 vn ng TH HH ng 25 1. Hai điều kiện tương thích của quá trình Markov. Các tính chat của thời điểm Markov và thời điểm dừng.
-- --- cv TH HH nh HH rry 26 1. G1111 HH ng HH ng rưy 26 1.--c+:+22+tt2E x2 tt trt. Phép biến đổi Martingale. Một số bat đăng thức và định lý cơ bản.
Bat đăng thức KolmOBOFOYV.----- + 2 + E+EE+EE+EE2EE£E£Eerkerxerssrs 30 1. Bat đăng thức Doob.--- ¿+52 s+SE+EE2E2+EEEEEEEEEEEEE21121121221 2121 xe. Bat đăng thức cắt ngang. Định lý hội tụ Doob.---- +: 55c 25+2EE+EE‡EECEEEEEEEEEEEEEErrrrkerkervee 31 1.
Dinh lý về tồn tại và duy nhất lời giải. Lời giải yếu và lời giải mạnh.-- 2-2-5 2+E2+EE+EEeEEzEsrxerxerree 37 CHUONG 2. TÍNH TOÁN NGẪU NHIÊN VA MOT SO UNG DỤNG VÀO LĨNH VUC TÀI CHÍNH. 5---2s°°©©EE2Eed©EEEEE22add9EEE22222d9920222229990022222d2 38 2.
Thị trường, danh mục đầu tư và thị trường có độ chênh lệch thi giá .-- -- Ăn HT TH HH ng HH già 38 2.-- - -- 5 11121191 HH HH ky 42 "8. Định ly của Dudley .- cv HH HH ng ưệt 45 ;»Š: ca. Dinh nghia nh. Tinh đạt được và tính đầy đủ.
Định IY oeecccccscssssssessessssssessecsecsssssessecsussusssessessussusssessessessussseesessesseeseeseess 54 2. VEU ceecccccsscsssssessecsessssssessecsussssssessscsusssessecsessusasessecsecsusasecsecsesauesseeseeseees 57 CHUONG 3. ĐỊNH GIÁ QUYEN CHON onsssssssssssssssssssssssscsosssssssssssssnsssssssssssssssssnnssssses 59 3. Vi dU wee .----:----- 69 Quyền chọn kiêu Mỹ (American Options) .-- 5-5555: 75 Trường hop Khuyéch tán Itô: Liên kết với tối ưu đừng.
80 LOI MO DAU Ngày nay quá trình ngẫu nhiên ứng dung rộng rãi trong nhiều ngành khoa học như: tin học, sinh học, y học, vật lý, tài chính. Trong đó có những kiến thức về lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên, lý thuyết martingale, lý thuyết lọc ngẫu nhiên, lý thuyết khuyéch tán, tích phân ngẫu nhiên, công thức Itô. Bản luận văn gồm 3 chương: Dựa trên cơ sở các phần nội dung cơ bản là lý thuyết của các quá trình ngẫu nhiên để nghiên cứu và vận dụng vào các mô hình toán đáng tin cậy và được áp dụng rất nhiều trong thực tế đặc biệt là trong ngành tài chính. Các mô hình được nghiên cứu là các mô hình chung (có thể không liên tục) như mô hình nửa martingale hoặc những mô hình làm cơ sở cho các quá trình ngẫu nhiên mà không cần nửa martingale như chuyên động Brown.
Trình bày một số khái niệm cơ bản của giải tích ngẫu nhiên Đó là các quá trình liên quan tới quá trình ngẫu nhiên như: quá trình đo được, đo được dần, quá trình khả đoán, quá trình thích nghi, quá trình khuyếch tán, quá trình Ornstein - Uhlenbeck, quá trình Wiener (chuyền động Brown). Đó là Martingale với thời gian rời rac nội dung chủ yếu là Thời điểm Markov và thời điểm dừng, Mactingale; Các bất đăng thức và Định lý Kolmogorov, Doob. Trình bày về tính toán ngẫu nhiên Ito và khái niệm đầy đủ của thị trường. Chương này đưa ra các định nghĩa về thị trường đầu tư, danh mục đầu tư, danh mục đầu tư chấp nhận được (có độ chênh lệch thị giá - arbitrage) dé so sánh với thị trường thực tế hiện nay là không có độ chênh lệch thị giá -no arbitrage (Định nghĩa 2.2); Nội dung cơ bản của chương đó là đưa ra các Bồ đề, trên cơ sở đó nêu định nghĩa về tính đạt được và tính đầy đủ (Định nghĩa 2.4); Định lý quan trọng (2.5) đó là đưa ra điều kiện cần và đủ đề một thị trường đầy đủ, hệ quả va ví dụ cụ thể của thị trường day đủ.
Dùng các kỹ thuật tính toán ngẫu nhiên được trình bày trong chương 2 để tính giá (pricing) và chiến lược đầu tư tương ứng (hedging) cho thị trường đầy đủ, sau đó áp dụng cho mô hình Black & Scholes là trường hợp riêng của thị trường đầy đủ. Trong lĩnh vực tài chính ta biết rằng hoạt động tiêu biểu chính là hoạt động ngân hang và trong nền kinh tế thị trường hoạt động này thường có các dịch vụ chủ chốt như: dịch vụ khách hàng, ngoại thương, nhận tiền gửi, dịch vụ cho vay kinh doanh và các dịch vụ khác. Trong các dịch vụ ay, có nhiều công đoạn hoạt động với lãi lỗ khác nhau và thay đôi theo thời gian. Vì vậy điều quan trong là: xác định được giá của mỗi quyền chọn mua tại từng thời điểm và đầu tư số tiền bảo chứng là bao nhiêu cho vừa phải dé dam bảo cho hoạt động kinh doanh.
Có hai loại quyền chọn mua chủ yếu: - Quyền chọn kiêu Châu Âu (European options) - Nhà đầu tư đi mua quyền được bán hoặc được mua, trong đó chỉ cho phép kinh doanh tại chính một thời điểm có định. - Quyền chọn kiéu Mỹ (American options) trong đó có thé kinh doanh tại bat cứ thời điểm nào trước thời điểm kết thúc kinh doanh. Hiện nay quyền chọn kiểu Châu Âu là khá phổ biến và nội dung cơ bản của phần này đó là đưa ra các định nghĩa về giá, giá mà người mua sẽ phải trả cho quyền chon mua và giá mà người bán có thé chấp nhận trong quyền chọn bán của mình (Định nghĩa 3. Bên cạnh đó cũng đưa ra cơ sở lý luận cho việc đầu tư quay vòng như thé nào dé có thé dat được một yêu cau? thể hiện trong nội dung (Định ly 3.4) tìm một danh mục đầu tư quay vòng để đạt được yêu cầu F cho trước.
Hiểu rõ hơn vấn đề này luận văn cũng đưa ra một ví dụ cụ thể (Ví dụ 3. Lý thuyết xác suất nói chung và lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên nói riêng đã được áp dụng có hiệu quả trong ngành tài chính những năm gần đây, đặc biệt là sử dụng mô hình Black & Scholes để xác định chính xác hơn giá chi phí cho một quyền chọn mua kiểu Châu Âu (Định lý 3. Quyền chọn kiểu Mỹ có sự khác biệt với quyền chọn kiểu Châu Âu đó là người mua có thê tự do chọn lựa thời điểm kinh doanh bất kỳ trước hoặc tại thời điểm kết thúc kinh doanh. Chương này cũng đưa ra các định nghĩa trong quyền chọn kiêu Mỹ và công thức định giá quyền chọn kiểu Mỹ (Định lý 3.
KIÊN THUC CƠ SỞ Phần 1. Cơ sở giải tích ngẫu nhiên Trong chương này, các kiến thức chuẩn bị về giải tích ngẫu nhiên được đưa ra gồm các khái niệm, các tính chất và các định lý có liên quan được ứng dụng vào lĩnh vực tài chính. Trong đó có những kiến thức về lý thuyết các quá trình ngẫu nhiên, lý thuyết martingale, lý thuyết lọc ngẫu nhiên, lý thuyết khuyếch tán, tích phân ngẫu nhiên, các công thức Itd. Một số kiến thức liên quan tới quá trình ngẫu nhiên 1.
Quá trình đo được Cho (Q,F,P) là một không gian xác suất. Một quá trình ngẫu nhiên X ={X,,t20} được gọi là đo được nếu nó đo được đối với Ø —truong tích B @FE. Điều đó có nghĩa là với mọi tập Borel của , tập hợp {(t,@): X (t,@) eB} thuộc về Ø— trường tích B , @F. Đó là o—trudng nhỏ nhất chứa các tập có dạng [0,t]x A voite ”,AeF.
Quá trình đo được dần Cho một không gian xác suất được lọc (O,F,(F,) 120’ „.] là o—trudng Borel trên [0,:]. Cho một quá trình ngẫu nhiên X =(X,) te * =[0. Xét hạn chế của X trên đoạn [0. với một ¡ cố định thuộc.
Ta có ánh xạ + X:[0. Trên tích [0,r]xQ, ta xét z— trường tích B,[0. Néu X do duoc đối với o—trudng tích ấy với mỗi te ' thì quá trình X là quá trình đo được dan. Quá trình khả đoán - trường khả đoán là ø- trường nhỏ nhất các tập con của * xQ, mà đối với nó mọi quá trình liên tục trái đều là đo được.
Cho một quá trình ngẫu nhiên X=(X(.ø)) thích nghi với (F,). ơ— trường các tập hoan toàn đo được trên “x© đó là o-truong O các tập con của *xQ và nhỏ nhất mà đối với nó mọi quá trình liên tục bên phải và có giới hạn trái là đo được.B ) ta nói X là một quá trình hoan toàn do được. Quá trình thích nghỉ với một bộ lọc 1. Một họ các Ø-— trường con F, CF được gọi là một bộ lọc nếu thoả mãn các điều kiện sau: (i) Họ đó là một họ tăng, tức là Fs E, nếu s <t (ii) Họ đó là liên tục phải, tức là F, ={ ,.
Cho một quá trình ngẫu nhiên X ={X,,/>0}. Xét họ o—trudng F,* sinh bởi biến ngẫu nhiên X,(q@), tức F,* =ơ(X,,0<s</). Khi đó họ {F,* te 0} được gọi là bộ lọc tự nhiên của quá trình X , hay lịch sử của X. Cho một bộ lọc bất kỳ {Ft = | trén (WF ).
Một quá trình Y được gọi là thích nghỉ với bộ lọc này nếu với mọi Y, là đo được đối với o —trường E,. Mọi quá trình X ={X,,t¢ '} là thích nghỉ với lịch sử của nó {F,*,te '}.