Preface to the Third Edition
Preface to the Second Edition
I Option Pricing 1
1 Derivatives 3
1.1 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 Introduction to Option Management 13
2.1 Arbitrage Relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Portfolio Insurance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Binary One-Period Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3 Basic Concepts of Probability Theory 43
3.1 Real Valued Random Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Expectation and Variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 Skewness and Kurtosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 Random Vectors, Dependence, Correlation . . . . . . . . . . . 48
3.5 Conditional Probabilities and Expectations . . . . . . . . . . 49
3.6 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4 Stochastic Processes in Discrete Time 55
4.1 Binomial Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 Trinomial Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3 General Random Walks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4 Geometric Random Walks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.5 Binomial Models with State Dependent Increments . . . . . . 63
4.6 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
xi
51
xiii
Contents
5 Stochastic Integrals and Differential Equations 67
5.1 Wiener Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.2 Stochastic Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.3 Stochastic Differential Equations . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.4 The Stock Price as a Stochastic Process . . . . . . . . . . . . 76
5.5 Itˆo’s Lemma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.6 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.7 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6 Black–Scholes Option Pricing Model 85
6.1 Black–Scholes Differential Equation . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.2 Black–Scholes Formula for European Options . . . . . . . . . 92
6.2.1 Numerical Approximation . . . . . . . . . . . . . . . . 96
6.3 Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.3.1 Linear Congruential Generator . . . . . . . . . . . . . 100
6.3.2 Fibonacci Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.3.3 Inversion Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.3.4 Box-Muller Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.3.5 Marsaglia Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.4 Risk Management and Hedging . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.4.1 Delta Hedging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.4.2 Gamma and Theta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.4.3 Rho and Vega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.4 Volga and Vanna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.4.5 Historical and Implied Volatility . . . . . . . . . . . .
6.4.6 Realised Volatility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7 Binomial Model for European Options 133
7.1 Cox–Ross–Rubinstein Approach to Option Pricing . . . . . . 134
7.2 Discrete Dividends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.1 Dividends as a Percentage of the Stock Price . . . . . 139
7.2.2 Dividends as a Fixed Amount of Money . . . . . . . . 140
7.3 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8 American Options 145
8.1 Arbitrage Relations for American Options . . . . . . . . . . . 145
8.2 The Trinomial Model for American Options . . . . . . . . . . 153
8.3 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
8.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
xvi
118
122
138
126
Contents
9 Exotic Options 159
9.1 Compound Options, Option on Option . . . . . . . . . . . . . 159
9.2 Chooser Options or “As You Wish” Options . . . . . . . . . . 161
9.3 Barrier Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.4 Asian Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
9.5 Lookback Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
9.6 Cliquet Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
9.7 Basket Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.8 Recommended Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
9.9 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
10 Interest Rates and Interest Rate Derivatives 173
10.1 Interest Rates and Prices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.1.1 Money Market Account . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
10.1.2 Forward Rate Agreement . . . . . . . . . . . . . . . . 176
10.1.3 Interest Rate Swap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
10.2 Risk Neutral Valuation and Numeraire Measures . . . . . . . 179
10.2.1 Principles of Risk Neutral Valuation . . . . . . . . . . 180
10.2.2 Change of Numeraire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
10.2.3 Equivalent Martingale Measure . . . . . . . . . . . . . 182
10.2.4 Traditional Risk Neutral Numeraire . . . . . . . . . . 183
10.2.5 Other Choices of Numeraire . . . . . . . . . . . . . . . 184
10.3 Interest Rate Derivatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.3.1 The Black Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
10.3.2 Bond Option . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
10.3.3 Caps and Floors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
10.3.4 Swaption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
10.4 Short Rate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
10.4.1 One-Factor Short-Rate Models . . . . . . . . . . . . . 191
10.4.2 Two-Factor Short-Rate Models . . . . . . . . . . . . . 193
10.5 Heath Jarrow Morton Framework . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10.5.1 HJM Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10.5.2 Short Rate Process in the HJM Framework . . . . . . 197
10.6 LIBOR Market Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
10.6.1 Dynamics in the LMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
10.6.2 The Numeraire Measure . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
10.7 Bond Valuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
10.7.1 The Bond Valuation Equation . . . . . . . . . . . . . 199
10.7.2 Solving the Zero Bond Valuation . . . . . . . . . . . . 200
10.8 Calibrating Short-Rate Models . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
10.8.1 CIR Process Densities . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
10.8.2 Initial Estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
xvii
203
Statistics of Financial Markets: An Introduction