Talousmatematiikka on soveltavan matematiikan haara , joka käsittelee talouslaskuihin liittyviä matemaattisia ongelmia . Rahoitusmatematiikassa mitä tahansa rahoitusinstrumenttia tarkastellaan jonkin tämän instrumentin tuottaman (mahdollisesti satunnaisen) kassavirran näkökulmasta .
Pääohjeet:
Klassisen rahoitusmatematiikan tehtävä rajoittuu eri rahoitusinstrumenttien kassavirtojen vertaamiseen rahan aika-arvon kriteerien perusteella (ottaen huomioon diskonttaustekijän ), tiettyihin rahoitusinstrumentteihin tehtyjen sijoitusten tehokkuuden arvioimiseen (mukaan lukien rahoitusinstrumenttien tehokkuuden arviointi) . investointihankkeisiin ) kehittämällä kriteerit instrumenttien valintaa varten. Klassisessa talousmatematiikassa korkojen ja maksuvirtojen determinismi oletetaan oletusarvoisesti.
Stokastinen talousmatematiikka käsittelee todennäköisyyspohjaisia maksuja ja korkoja. Päätehtävänä on saada instrumenteille riittävä arvostus, jossa otetaan huomioon markkinaolosuhteiden todennäköisyys ja instrumenttien maksuvirta. Muodollisesti tämä sisältää instrumenttien portfolion optimoinnin keskivarianssianalyysin puitteissa. Myös rahoitusriskien arviointimenetelmät perustuvat stokastisen talousmatematiikan malleihin . Samaan aikaan stokastisessa rahoitusmatematiikassa tulee välttämättömäksi määritellä kriteerit riskien arvioimiseksi, mukaan lukien rahoitusinstrumenttien riittävä arviointi.
Yksi varhaisimmista esimerkeistä rahoitusjärjestelystä on antiikin kreikkalaisen filosofin Thaleksen Miletoslaisen (624-547 eKr.) kirjoitukset. Aristoteleen kirjan mukaan Thales osoitti esimerkkinä oliivipuristimien käytöstä, kuinka matematiikka voi vaikuttaa rikastukseen, kun taas hänen mallinsa oli vain osto-optio , joka antoi oikeuden ostaa tietty tuote tietyllä hetkellä [ 1] .
Vuonna 1202 Fibonacci kirjoitti ensimmäisen kirjan, joka sisälsi talousmatematiikan elementtejä, Abacus-kirjan . Siinä hän laski vaihtoehtoisten kassavirtojen nykyarvoa sen lisäksi, että kehitti yleisen sijoitusmenetelmän ja ratkaisi monenlaisia korkoongelmia.
Vuonna 1565 italialainen matemaatikko Girolamo Cardano julkaisi tutkielman uhkapelaamisesta, jossa perustettiin rahapelaamisen perusteoria .
Vuonna 1654 ranskalaiset matemaatikot Blaise Pascal ja Pierre Fermat loivat perustan todennäköisyysteorialle. Heidän tehtävänsä oli päättää, panostaako se, että 24 nopparullaa heittäisivät kaksi 6:ta. Pascalin ja Fermatin välillä vaihdetuissa kirjeissä he ratkaisivat tämän ongelman ja pisteongelman (tunnetaan myös nimellä "epätäydellinen peli" -ongelma), joka on olennaisesti sama kuin Cox-Ross-Rubinstein-mallin osto-optioiden hinnoitteluongelma. .
Vuonna 1900 ranskalainen matemaatikko Louis Bachelier puolusti väitöskirjaansa " Spekulaatioteoriasta ", joka myöhemmin tunnustettiin todisteeksi modernin talousmatematiikan syntymisestä. Bachelieria pidetään ensimmäisenä, joka otti Brownin liikkeen matematiikkaan ja soveltaa sen liikeratoja osakekurssien dynamiikan mallintamiseen ja optiohintojen laskemiseen [2] .
Talousmatematiikassa tällä hetkellä käytettävien kaavojen ja teorioiden joukossa tärkeä paikka on Kiyoshi Iton , Harry Markowitzin , Fisher Blackin , Myron Scholesin ja Robert Mertonin [3] teoksilla .
Talousmatematiikan laskentamenetelmät perustuvat sijoitettujen varojen koron laskentaperiaatteisiin. Yksinkertainen korko ei sisällä saatujen korkojen uudelleensijoittamista. Siksi PV :n määrä sijoittamalla ajalla t saatu FV :n kokonaisarvo määritetään lineaarisesti .
Useimmiten rahoitusmatematiikka käsittelee kuitenkin korkokorkoa , kun otetaan huomioon saatujen korkojen uudelleensijoittaminen (pääomittaminen). Tässä tapauksessa tulevan arvon kaava on eksponentiaalinen:
missä r on jatkuva tai logaritminen nopeus. Viimeinen koronkorkotietue on kätevä analyyttisiin tarkoituksiin.
Rahoituskäytännössä on tapana asettaa vuosikorot , kun taas karttuminen ja pääomittaminen voi tapahtua useammin kuin kerran vuodessa. Jos korko pääomitetaan m kertaa vuodessa, tulee tulevaisuuden arvon kaava
missä on efektiivinen vuosikorko .
Efektiivisellä korolla voit verrata erilaisia sijoitusvaihtoehtoja eri nimelliskoroilla ja korkopääomajaksoilla. Kun meillä on jatkuva kertymä ja kaava saa muodon . Tämä kaava vastaa yllä olevaa kaavaa koron korolla, joka on yhtä suuri kuin logaritminen korko.
Tulevaisuus ja nykyarvoFinanssimatematiikan perusoletus on, että taloudessa on mahdollista sijoittaa mikä tahansa summa johonkin (vaihtoehtoiseen) instrumenttiin (oletusarvoisesti pankkitalletukseen) jollain yhdistetyllä korolla i . Perustuen koron kerryttämisen periaatteisiin tällä korolla i , kullekin rahamäärälle (arvolle) tiettynä ajankohtana määritetään tuleva arvo hetkellä t ( ) ja kullekin summalle määritetään nykyinen (esitetty, diskontattu) arvo. (PV) :
Prosessia, jossa tuleva arvo tuodaan nykyarvoon, kutsutaan diskonttaukseksi . Vaihtoehtoisen sijoituksen i korko (tuotto) on diskonttokorko .
Yleisemmin aikasumma voidaan kartoittaa summaksi ajankohdassa :
Lisäksi tämä kaava pätee sekä tapauksessa että . Summat, jotka liittyvät samaan ajankohtaan tai vähennetään samaan aikaan, ovat vertailukelpoisia. Tämän perusteella syntyy käsite rahan aika-arvo (arvo) , jonka ydin on samojen määrien erilaisessa arvossa eri ajankohtina. Näiden summien diskonttaaminen (alennus yhteen ajankohtaan) samalla korolla mahdollistaa eri ajankohtien (eri kassavirtojen) summien vertailun keskenään.
Jos kassavirta annetaan , niin tämän kassavirran tuleva arvo sijoitushetkellä (olennaisina aikoina) on virran yksittäisten komponenttien tulevien arvojen summa (oletetaan, että kassavirta syntyy tietystä rahoitusinstrumentista tai investointiprojektista tai yrityksestä kokonaisuutena, ja samalla on mahdollisuus sijoittaa vaihtoehtoiseen instrumenttiin, jonka kiinteä tuotto on sama kuin diskonttokorko:
Tämä summa voidaan liittää nykyiseen summaan yleisen alennussäännön mukaisesti:
Rajatavassa tapauksessa tulisi harkita jatkuvaa kassavirtaa, jonka tiheys on , niin jatkuvan kassavirran nykyarvo on yhtä suuri kuin seuraava integraali:
Siten jokainen kassavirta liittyy sen nykyiseen (esitettyyn, diskontattuun) arvoon diskonttokorolla .
Geometriseen progressiokaavaan perustuville elinkorotuksille saadaan seuraava nykyarvokaava . Ikuiselle annuiteetille (eli at ) saamme yksinkertaisen lausekkeen . Jos kassavirta on ääretön ja kasvuvauhti on vakio, saamme Gordonin kaavan
Tehokas (sisäinen) tuottoJos rahoitusinstrumentilla on jokin arvostus, esimerkiksi markkinahinta, ostohinta jne., niin instrumentin kassavirran tuntemalla on mahdollista arvioida sen efektiivinen (sisäinen) tuotto diskonttokorkona, jolla nykyarvo on yhtä suuri kuin instrumentin todellinen hinta, niin on yhtälön ratkaisu suhteessa korkoon . Tätä indikaattoria voidaan kutsua eri tavalla tarkasteltavan tehtävän ja työkalujen mukaan. Esimerkiksi joukkovelkakirjoille se on tuotto maturiteettiin (YTM), investointihankkeissa se on sisäinen tuottoprosentti (IRR).
Kassavirran kestoNykyarvo on diskonttokoron epälineaarinen funktio. Näin ollen koko kassavirralle on ominaista nykyarvon aikataulu diskonttokorolla. Nykyarvon herkkyys (elastisuus) koron muutoksille (logaritminen derivaatta 1 + i) on yhtä suuri kuin kassavirran kesto - kassavirran painotettu keskimääräinen termi (painot ovat osuus virtauksen yksittäisten komponenttien nykyarvot koko virtauksen nykyarvossa).
Ensimmäisenä likiarvona duraationa voidaan käyttää kassavirran painotettua keskimääräistä termiä ilman diskonttaamista (eli nolla diskonttauskorolla). Duraatiota voidaan käyttää rahoitusinstrumentin käyvän arvon muutoksen yksinkertaistettuun arviointiin diskonttokoron pienellä muutoksella. Myös kesto voidaan tulkita eri tavalla - tämä on suunnilleen ajanjakso, jolta saat kassavirran kokonaismäärän, jos sijoitat diskonttokoron alle tämän kassavirran nykyarvoa vastaavan summan. Nollakuponkilainan erikoistapauksessa duraatio on sama kuin tällaisen joukkovelkakirjalainan voimassaoloaika. Perpetual annuiteetin tapauksessa kesto on (1+i)/i
Arvioinnin tarkentamiseksi koron muutoksen vaikutuksesta käytetään joskus duraation ohella myös toisen asteen korjausta - kuperaa . Hän on tasa-arvoinen . Ensimmäisenä approksimaationa voimme ottaa sen yhtä suureksi kuin .
Portfolion optimointia harkitaan yleensä keskivarianssianalyysin puitteissa . Harry Markowitz (myöhemmin Nobel-palkinnon voittaja) ehdotti ensimmäistä kertaa tätä lähestymistapaa salkkujen muodostamiseen. Tämän lähestymistavan puitteissa instrumenttien tuottojen oletetaan olevan satunnaismuuttujia, joilla on tietty keskitaso (matemaattinen odotus), volatiliteetti (hajonta) ja instrumenttien tuottojen väliset kovarianssit. Tuottojen hajonta on tiettyyn instrumenttiin tai salkkuun sijoittamisen riskin mitta. Vaikka lähestymistapaa voidaan muodollisesti soveltaa mihin tahansa tuottojakaumaan, tulokset voivat olla parempia normaalijakaumalla, koska matemaattinen odotus- ja kovarianssimatriisi kuvaavat täysin normaalijakaumaa.
Ongelman muotoilut ja ratkaisut vaihtelevat riippuen tietyistä oletuksista, erityisesti mahdollisuudesta saada negatiiviset instrumentit salkussa (ns. "short sales"), riskittömän omaisuuden olemassaolosta nollahajonta ja korrelaatiosta. muiden omaisuuserien kanssa jne. Ongelma voidaan muotoilla salkun varianssin minimoimiseksi vaaditun keskituoton ja muiden rajoitusten alapuolella tai tuoton maksimoimiseksi tietyllä riskitasolla (varianssi). Myös muut muotoilut ovat mahdollisia, mukaan lukien monimutkaisten tavoitefunktioiden maksimoiminen tai minimointi, jotka ottavat huomioon sekä kannattavuuden että riskin.
Markowitzin portfolioteorian pohjalta kehitettiin sittemmin moderni rahoitusvarojen hinnoitteluteoria, CAPM (Capital Assets Pricing Model).
Rahoitusinstrumenttien hintadynamiikan perusmalli on geometrisen Brownin liikkeen malli, jonka mukaan instrumenttien tuotot (jatkuva, logaritminen) ovat satunnaiskävelyprosessin alaisia :
missä on valkoinen kohina
Tämä malli täyttää tehokkaiden markkinoiden hypoteesin . Tämän hypoteesin puitteissa oletetaan, että tulevien kausien tuottoa on mahdotonta ennustaa minkään tiedon perusteella, mukaan lukien tiedot aiemmista tuotoista.
ARIMA - mallit olettavat kyvyn ennustaa tuottoa aikaisempien tuottojen perusteella.
GARCH-mallit on suunniteltu mallintamaan tuottojen ehdollista volatiliteettia. Nämä mallit selittävät käytännössä havaittavia tuottojen jakautumisen "rasvapyrstöjä" sekä volatiliteetin klusteroitumista. Jotkut mallit ottavat myös huomioon epäsymmetrian mahdollisuuden volatiliteetissa markkinoiden laskeessa ja noustessa.
On myös muita lähestymistapoja volatiliteettimallinnukseen – stokastiset volatiliteettimallit .
Jatkuvan ajan stokastiset mallitmissä on standardi Brownin liike ( Wiener - prosessi )
Matematiikan alat | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Portaali "Tiede" | ||||||||||
Matematiikan perusteet joukko teoria matemaattinen logiikka logiikan algebra | ||||||||||
Lukuteoria ( aritmetiikka ) | ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
| ||||||||||
|