1 Klassische Finanzmathematik 1.1 Einfache Verzinsung Aufzinsen (auf Kt) Kt = K0 (1 + i * t ) Abzinsen (auf K0) K0 = (= Diskontieren) t = Zeitpunkt; kann auch gebrochene Zahl sein Kt 1+ i * t Endwert – monatliche vor- E = r (12 + 6,5i ) schüssige Rente – nach 1 Jahr r = mtl. Rentenzahlung E = r (12 + 5,5i ) r = mtl. Rentenzahlung Endwert – monatliche nachschüssige Rente – nach 1 Jahr i = Zinssatz p.a. (Absolutzahl) i = Zinssatz p.a. (Absolutzahl) 1.2 Zinseszinsrechnung Endwert Kn = K0 (1 + i ) Kn = K0 * q n i= n p 100 q = 1+ i i = interrest = Zinsrate (Absolutzahl) n = (ganze) Perioden Barwert Endwert bei gemischter, taggenauer Verzinsung K0 = Kn (1 + i ) n = v=1/q Kn = Kn * v n qn K E = K A (1 + i * t 1 )(1 + i ) n− 2 (Abzinsungsfaktor) (1 + i * t ) 2 t1 / t2 = gebrochene Per. am LFZ Anfang/ Ende n = ganze Perioden KA = Anfangskapital EW bei relativer unteri jähriger Verzinsung m Endwert bei Augenblicksverzinsung K ( m) E i = K 0 1 + m KE = K0 * e i m m = Anzahl der unterjährigen Perioden (Subperioden) wenn m ∞ Effektivverzinsung ( = Jahresrendite) bei unterjähriger Verzinsung m i eff i = 1 + − 1 m ieff > i i m << i Umrechnung unterjähriger m i p.a. = (1 + i m ) − 1 Zins ↔ Jahreszins (äquivalente unterjährige Zinsrate im zu ip.a. ; mit Zinseszinseffekt) i m = m 1 + i p .a . − 1 Zinsintensität i ∗ i * = ln( 1 + i ) im - Zinssatz bezogen auf Subperiode ip.a. - Jahreszinssatz m - Subperioden i* < i i - Periodenverzinsung (= kontinuierliche Verzinsung) i* i = e −1 i* - kontinuierliche Verzinsung K E − K0 ( 1 ) → = i eff folg. unterjährigen Verzinsungen K0 (1) unterjähriger Verzinsg. (2) Augenblicksverzinsung (2) → i eff = e i − 1 Effektivverzinsung (p.a.) bei Durchschnittsrendite (1.) Kn = F × K0 = K0 × q n (2.) F = qn (3.) q=n F (1) 1 < m < ∞ (2) m = ∞ m - Subperioden F = (Wachstums-) Faktor 1.3 Rentenrechnung Endwert – nachschüssige Rente E nach n qn − 1 =r* q−1 r - Rentenzahlungen i - Marktzinssatz (Absolutzahl) mit q = 1 + i n - Perioden Endwert – vorschüssige Rente E nvor = r * q * Barwert (allg.) B= Barwert – nachschüssige Rente B qn − 1 q −1 E qn nach n qn − 1 =r* n q (q − 1) qn − 1 = r * n −1 q ( q − 1) Barwert – vorschüssige Rente B Barwert – ewige Rente - nachschüssig - B∞nach = Barwert – ewige Rente - vorschüssig - B∞vor = vor n r r = q−1 i r *q r *q = q −1 i 2 Gegenwartswerte (= Barwert = Present Value = Kurs = Price) 2.1 Gegenwartswerte und Opportunitätskosten DCF method (discounted cash flow) IRR method (Internal Rate of Return) (interner Zinsfuss) Gegenwartswerte von konstanten Annuitäten Gegenwartswerte von Annuitäten mit Dynamisierungsfaktor Gegenwartswerte von Annuitäten mit n Investition durchführen wenn B > 0 Zk k k =1 q B=∑ n Zk ∑q k =1 k = !0 q = 1+ i B= Investition durchführen, wenn i > (Marktverzinsung + Risikoprämie) (= Opportunitäts kosten) Ann.: nur Zinszahlung; keine Rückzahlung Z Z = q−1 i Z = Zinszahlung n s −1 Z q Bn = × s q −1 q s = 1 + g Dynamisierungsfaktor q=1+i nur für i > g sinnvoll Z B∞ = i−g bei i < g nur sinnvoll für endliche Reihe Dynamisierungsfaktor Z = Zahlung (Annuität; Zinsen bzw. Rente) - unendliche Reihe - B bei nachschüssigem Z 2.2 Gegenwartswerte von Anleihen (Bewertung von Anleihen) N - Nominalbetrag der Anleihe n allgemein: Z N B=∑ k + n q k =1 q Z - (period.) Zahlungen n - Perioden T - Rückzahlung (meist zu 100) q −1 1 + T n p* q −1 q n „Kursformel Anleihe“: - ganzjährige RestLFZ - B= B=Z* q −1 q (q − 1) n Anleihe in %; z.B. p = 8 [%]) q - enthält Marktzins : n alternative Schreibweise: p - Kupon (Nominalzins der + T qn q = 1+ peff 100 peff - Marktzins ( nicht Kupon !) „Kursformel Anleihe“: - gebrochene RestLFZ - qn − 1 T B = qa p * + n iq n q Barwert bei unterjährigen Zinszahlungen B= −1 K q T * n *m + m im * qm q mn*m n *m m a - gebrochene Periode (gem. Usance) im - äquivalente unterjährige Zinsrate qm = im + 1 m - Subperioden K - Kupon pro (Haupt-)Periode n - (Haupt-)Perioden 2.3 Gegenwartswerte von Aktien (Bewertung von Aktien) ... unendlich viele Perioden P = D1 + D 2 + ... + D n + ... 0 q q2 qn Pi=Kurse zu Zeitpunkten i q enthält Kalkulationszinssatz bei D1 = D2 = ... = Dn : BW unendl. Reihe: P0 = (D, P sind geschätzt da zukünftig) D i ... 1 Periode P0 = P1 + D1 q ... mit Wachstumsfaktor P0 = D1 i−g Di= Dividenden zu Zeitpunkten i g = Wachstumsrate (Absolutzahl); g ∈ (0,1) s = 1 + g (= Wachstumsfaktor) 3 Ermittlung der Effektivverzinsung / Rendite 3.1 Grundbegriffe Kupon Nom. verzinsung Laufende Verzinsung ic = = Kurs Kapitaleinsatz (current yield, interest yield, income yield, flat yield) R−P Einfache Verzinsung Kupon + n (simple yield to maturity) i = sim P ic ist Näherung für Rendite isim ist Näherung für Rendite R = Rückzahlung P = Kurs n = Restlaufzeit Rendite (Effektivverzinsung) (q i) (1) P = f (q) = 1 qn qn −1 p * + T q −1 P - Kurs (Preis), T - Tilg. (2) f (q ) = ! 0 p - Kupon (1) Lösung über numerisches NV möglich Newton.: Iteration von k = 0, 1, ... : q k +1 = q k − f (qk ) f ′(qk ) q0= Startwert Umrechnung EffZi-Rate zwischen Basis 365 und 360 i365 = 365 * i360 360 3.2 EffZi von Geldmarktpapieren (Diskontpapieren) 1 * (T − T1 ) 360 ... von WP mit einmaliger i e = T1 T − T1 Zinszahlung bei P + p* * 360 360 Fälligkeit (eher selten) R − P + p* Effektivzinsrate P - price p - Stückzinsen (T - T1) = Haltedauer T1 - Bezugszeitpunkt des WP T - Zinstermin Effektivzinsrate i= R− P P *t R - Rückzahlung P - Price (Kurs) ... von WP ohne Zinszahlung (Diskontpapiere: R P= Handelswechsel, Com1+ i *t mercial Papers, Treasury Bills) t - gebrochene Periode t ∈(0,1) gem. Usance: 30/360 od. act/360 3.3 EffZi von Anleihen bei glatter Restlaufzeit ... bei jährlicher Zinsverrechnung (fiktive Zinszahlung) ... bei halbjährlicher Zinsverrechnung (fiktive Zinszahlung) ie = n n - ganze Perioden (LFZ) R −1 P R - Rückzahlung P - Price P= R ie 1 + 2 2n R i e p . a . = 2 2 n − 1 P ie/m = relat. unterjährige Zinsrate ... allgemein bei unterjähriger Zinsverrechnung (fiktiv) ... bei kontinuierlicher Zinsverrechnung R = m m*n − 1 P ie p.a. i eff R ln P = i* = n m - Subperioden der fiktiven Zinsverrechnung n - ganze Perioden (der LFZ) vgl. Zinsintensität 3.4 EffZi von Anleihen bei gebrochener Restlaufzeit P - Price (Kurs) AIBD (ISMA) method - gebrochene LFZ - - ganzzahlige LFZ - P+S= P= 1 qn 1 1 p q n +1 − 1 + T q f q n m q − 1 n −1 p q T + m q − 1 S - Stückzinsen (Richtung : 1 0 !) n - Anzahl (ganzer) Perioden bei m Perioden p.a. : n*m f - gebrochene Periode (Richtung : 1 0 !) m - Anz. der Kupons p.a. p - Kupon der Periode ie = (1 + im ) m − 1 … Sonderfall : RLFZ < 1, P + S = ( R + p ) * 1 m qf d.h. n = 0 SIA method ie = R+ C − ( P + S) m P+S ie = m * im C - Ganzjahreskupon 1 p q n +1 − 1 R Umrechnung im (aus q) auf * n + n Jahreszins: 1 + i * f m (q − 1)q q ie = m * i m US Treasury method P+S = Moosmüller wie US Treasury, anders: Umrechnung im (aus q) auf Jahreszins: i e = (1 + i m ) − 1 m Stückzinsen S =t* p *N 100 t - Zeitspanne zwischen letzter Kuponzahlung und Erwerbszeitpunkt beachte Usance: t = 30/360, t = act/360, t = act/act N - Nominalbetrag p - Kupon 3.5 Die Zinsstrukturkurve 3.5.1 Spot Rates und Forward Rates Anleihenbewertung (Barwert, Preis) P= p p p+R + 2 + ...+ 1 + i 1 (1 + i 2 ) (1 + i n ) n Methode beachtet die Zinsstrukturkurve bei unterschiedlichen Spot Rates ges.: P ; geg.: p, ij ij = Spot Rates (= Zinsrate von heute bis j, angeg. in p.a.) p = Kupon der zu bewertenden Anleihe Spot Rate (fristigkeitsabhängige Rendite) K+T ij = j −1 PV − ∑ K t t t = 1 (1 + i ) t 1 j Iteratives Verfahren : die Spot Rates für die verschiedenen Perioden 1 bis j können nur schrittweise ermittelt werden −1 i1 i2 ... ij PV - Present Value (Barwert) Rendite einer Anleihe (Effektivverzinsung) P= p p 100 + p + 2 + ...+ q q qn ges.: q (bzw. i) Lösung über num. NV (s.a. 3.1.[3]) Zerozinssatz (par (yield) rate) 1 t 100 + pt it = −1 t −1 100 − pt ∑ d k k =1 künstlich konstruierter Zerobond iteratives Verfahren dk = 1 (1 + i k ) k pt - Swap-Satz (Kupon) (der LFZ t) Summe dk - Summe der Diskontfaktoren über alle Perioden k von 1 bis t-1 Diskontfaktoren dt = 1 (1 + i t ) t it - Spot Rate t - kann ganzzahlig oder gebrochen sein Forward-BasedInterpolation 1 k 360 (1 + i k ) i f = 360 − 1 k − 1 (1 + i k −1 ) Spot Rates und Forward Rates if1 0 , 1 if2 is1 is2 is3 3.5.2 Spot Rates als Bewertungskriterium , 2 if3 , 3 4 Finanzinnovationen 4.1 Forward Rate Agreement (FRA) Forward-Zinssatz … gebrochene Perioden 1 + i s2 ( s + t ) 1 if = − 1 * 1 + i s1 * s t (lineare Verzinsung; meist bei n < 1) … ganze Perioden (geometrische Verzinsung; meist bei n > 1) … ganze Perioden (allgemein) is2 0 if2 = (1 + i ) 2 s2 (1 + i s1 ) i f (n) = 1 is1 −1 (1 + i s ( n ) ) n (1 + i s ( n −1) ) n −1 s w if2 t is - Spot Rate (der Periode 1 bzw. 2) −1 if - Forward Zinssatz (gesucht) s - Vorlaufperiode (gebrochene Per.) t - Kreditperiode (gebrochene Per.) w - ganze Periode Ausgleichszahlung A= ( N * t * i libor − i f ) 1 + i libor * t t - gebrochene Periode (gemäß Usance) N - Kredit-/ Anlagebetrag A s Kredit t 4.2 Zinsswaps (Interest Rate Swaps (IRS)) n Pricing eines Swaps n 2 i fs (Festsatz eines Swaps p p * ∑ d 2*k = ! ∑ 100 * * d s 2 k =1 s =1 (Par Rate)) 4.3 Futures auflösen nach p (Swap-Satz) 5 Risikokennzahlen 5.1 Definition und Eigenschaften wichtiger Risikokennzahlen 5.1.1 Basis Point Value (BPV) BPV (≈ ∆ P) (Tangentenverfahren) 1 BP = 0,01% = 1/10.000 ∆P ≈ BPV = BPV = BPV bei unterjährigen (gebrochenen) Laufzeiten ∆P mittels BPV BPV (≈ ∆ P) (Sekantenverfahren) BPV eines Portfolios BPV = dP * ∆i di Zk - Cash Flow’s (Zahlungsstrom) k = 1, ..., n (Perioden) k *Zk 1 −1 * ∑ k 1 + i k =1 (1 + i ) 10000 n 1 − 1 k * T (1 + ik ) * * k 1+ i 10.000 (1 + i ) k ∈ (0,1) ∆P ≈ BPV BPV ≈ P2 − P1 2 BPVPortfolio = ∑ BPVEinzeltitel 5.1.2 Modified Duration Modified Duration alternative Form : ∆P dP 100BP ≈ ModDur = * P P di MD[%] = k * Zk −1 1 * ∑ k 1 + i k =1 P * (1 + i ) 100 MD[%] = 1 1 n k * Zk * ∑ q P k =1 q k n ModDur in [%] P - Kurs k - Zählvariable der PeriodenLFZ ∆P/P mittels MD ∆P ≈ MD[%] * ∆i P Zinselastizität ε = P ′( i ) * Umrechnung i P ∆P = −ε * ∆i MD[%] = − BPV MD[%] BPV = MD eines PF ∆i in % BPV * 10.000 P MD (=ModDur) in [%] P - Ausgangskurs (vor Reaktion auf Zinsänderung) − MD[%] * P 10.000 n MD PF = ∑ w j MD j j =1 wj = Pj P = Gewichtsfaktoren MDj - ModDur der Einzeltitel MD und Elastizität MD[%] = ε * ∆i P 5.1.3 Duration 1. Interpretation : Elastizität, Sensibilität Duration und Elastizität ∆P mittels Duration Dur = − P ′( i ) * 1+ i P =ε * 1+ i i ∆P ≈ − P * D * ∆i 1+ i ε - Elastizität i - urspr. Marktzins ∆i - Zinsänderung D - Duration P - urspr. Kurs 2. Interpretation : Zeitaspekt I (Immunitätszeitpunkt) n Duration: Dur = ∑k * k =1 n (1 + i ) k ∑ (1 + i ) n Dur = ∑ k =1 k = 1, ..., n (Zahlungszeitpunkte) Zk k =1 alternative Form: Dur in [Jahren] (genauer: Zinsperioden) Zk n - Perioden (Restlaufzeit) k i - Marktzinssatz q=i+1 k * Zk P * (1 + i ) Z - Zahlungsrückflüsse im Zeitpunkt t k - für ganze Perioden - Dur = 1 + i np + T (q − ni ) − i p q n − 1 + Ti - für gebrochene Per.- Dur = np + (1 + i − in )T a - gebrochene Periode 1+ i −a− n i p (1 + i ) − 1 + iT geschlossene Formeln: ( P - Kurs (Barwert) ) [ p - Kupon ] sonstiges... Umrechnung MD Dur Dur = MD[%] * (1 + i ) MD[%] = Duration eines Portfolios 1 * Dur 1+ i N DurPF = ∑ w j Dur j j =1 wj - Anteil am Portfolio (Gewichte des Barwertes) N ∑w j =1 j =1 wj > 0 5.1.4 Konvexität Konvexität (allg.) Konv = P ′′( i ) P 1 n = k ( k + 1) Z k ∑ (1 + i) P(1 + i ) 2 k =1 Z - Nominalbetrag Floater + Zinsen für Zeitraum k k n(n + 1) q2 Konv eines Zerobonds Konv = Konv eines Floaters Konv = Konv einer ewigen Rente Konv = ... Näherungsformel Konv ≈ 10 * ∆P mittels Konvexität k - bei unterjähriger Anleihe (z.B. Floater) : k ∈ (0,1) 1 P(1 + i ) 2 * k (k + 1)Z k (1 + i )k 2 i2 6 P(i * + 10BP) + P(i * − 10BP) − 2 P(i * ) P (i * ) ∆P = P(i * + BP) − P(i * ) ≈ BPV * BP + P 2 * Konv * ( ∆i ) 2 P - urspr. Kurs BP - Basispunkte (∆i in BP) BPV - Basis Point Value (∆i) - Absolutzahl Konvexität eines Portfolios N Konv PF = ∑ w j Konv j j =1 5.1.5 Theta Theta (BW-Änderung in Abhängigkeit von Restlaufzeit) ∆P mittels Theta Θ = P ′(T )* ∆T P Θ = ln (1 + i )* 360 ∆P = Θ * T T - RestLFZ [Jahre, 30/360] P - urspr. BW ∆P - absoluter Zuwachs an GE T - LFZ [30/360 Tage] „Zeitrisiko“ 5.1.6 Delta-Plus-Ansatz ∆P mittels Delta-Plus-Ansatz ... ∆P ≈ BPV * ∆i + 1 2 Konv * P * ( ∆i ) − Θ * 360 * ∆T 2 Delta-Plus-Ansatz liefert beste Approximation für ∆P ∆T - RLFZ [gebrochene Periode gem. Usance] ∆i - Zinsänderung in [BP] ∆P - absolute Kursänderung 5.1.7 Value at Risk (VaR) 6 Optionstheorie 6.1 Grundlagen 6.1.1 Grundbegriffe 6.1.2 Intuitive Prämienerklärung 6.1.3 Bewertung nach Cox / Ross / Rubinstein Innerer Wert der Option ∆=K−X X - strike (Ausübungspreis, Basis-preis) (Wert des Call im Zeitpunkt t) Erwartungswert der Optionsprämie (Call) in T=0 K - aktueller Aktienkurs C0 = (Formel ohne Pseudo-WK) ... (Formel mit Pseudo-WK) ∆ (1 + i )K 0 − K 1d 1 + i K 1u − K 1d p * ∆ 1u + (1 − p ) * ∆ 1d C0 = 1+ i Ku - Aktienkurs im Fall (up) Kd - Aktienkurs im Fall (down) K0 - Aktienkurs in T=0 ∆1u - (innerer) Wert der Option im Zustand up des Zeitpunktes 1 (Bernoulli Prinzip) p= Pseudowahrscheinlichkeit für up : für down : i−d u−d (1- p) u - upside change ∈ (0,1) d - downside change ∈ (0,1); negatives Vorzeichen ! i - Marktzins ∈ (0,1) SD → u SD → d (grober) Hedge-Ratio u=e δ n −1 n - Anteil des Jahres, n ∈ (0,1) δ - SD (bezogen auf 1 Jahr) d = e −δ −1 u, d : für unterjährigen Zeitraum n Pt o − Pt u ∆= o K t − K tu Po, Pu - oberster bzw. unterster Optionspreis (innerer Wert) in t n Ko, Ku - oberster bzw. unterster Aktienkurs in t t - beliebiger (diskreter) Zeitpunkt (t > 0) 6.1.4 Bewertung nach Black / Scholes Optionsprämie (Call) C0 = K * Φ( d 1 ) − X * e − it * Φ( d 2 ) d1 = d2 = 1 K t ln + it + σ 2 2 σ t X 1 K t ln + it − σ 2 2 σ t X Φ (d) - Verteilungsfunktion der Normalverteilung Werte des Φ zwischen 0,5 bis 1! Φ( − x) = 1 − Φ( x) i - kontinuierlicher Zins (eigentlich i* als Symbol) t - RestLFZ der Option 6.2 Abhängigkeit des Optionspreises P von verschiedenen Einflussgrößen (The Greeks) 6.2.1 Delta Delta ∆= ∂P = Φ(d 1 ) ∂K Γ= ∂ 2 P ϕ (d1 ) = ∂K 2 Kσ t Abhängigkeit P vom Aktienkurs K 6.2.2 Gamma Gamma = Veränderung des Delta ϕ ( d ) = Φ ′( d ) 6.2.3 Theta Theta Θ= ∂P Kσϕ ( d 1 ) = + iXe − it Φ( d 2 ) ∂t 2 t Λ= ∂P = Kϕ ( d 1 ) t ∂σ 6.2.4 Lambda (Vega) Lambda (Vega) 6.2.5 Omega Ω=∆ Omega K K = Φ( d 1 ) P P 6.2.6 Weitere Größen Abhängigkeit P vom Strike-Preis X ∂P = − e − it Φ( d 2 ) ∂X Abhängigkeit P vom Zinssatz i ∂P = tXΦ( d 2 )e − it ∂i 6.2.7 Hedge Strategie x=∆+ 1 Γ * ∆K 2 6.3 Put-Call-Parität PPut = PCall + Xe − it − K i - kontinuierlicher Zinssatz 6.4 Bewertungsprobleme bei American Style Options 6.5 Anwendungen der Optionspreistheorie 6.5.1 Aktienoptionen 6.5.2 Devisenoptionen und Optionen auf Futures Devisenoption E0 - Kassakurs einer Devise Pc = E 0 e − ia t Φ (d 1 ) − Xe − it Φ(d 2 ) i - inländischer Zinssatz ... mit Kassakurs d1 = σ 1 E0 ln + (i − i a )t + 2 σ t X 2 ia - ausländischer Zinssatz t X - Strike (gewünschter Ausübungskurs) d 2 = d1 − σ t Devisenoption Pc = e − it (ETer min Φ(d 1 ) − XΦ(d 2 )) ... mit Terminkurs (Black-Modell) 1 ETer min σ 2 ln + d1 = t 2 X σ t d 2 = d1 − σ t erwarteter Termindevisenkurs kontinuierliche Verzinsung einfache Verzinsung E1 - Termindevisenkurs E0 - Devisenkurs (Preis der Fremdwährung in heimischer Währung ausgedrückt) in t = 0 E1 = E 0 e (i −ia )t E1 = E 0 (1 + (i − i a )t ) 6.5.3 Zinsoptionen 6.5.4 Caps and Floors Cap Bewertung [ ] PCap = e −it Z i f Φ(d1 ) − i sc Φ(d 2 ) Z - Ausgleichsbetrag N *τ Z= 1+ if +τ if - Forward-Zinssatz d1 = 1 σf if t ln + σ 2f 2 t i sc isc - Strike Cap (Cap Satz) i - risikoloser Zins τ - abzusichernder Zeitraum (= Zeitraum der Forward Rate) t - Optionsfrist des Caps σf2, σf - Volatilität des Forward-Satzes 6.5.5 Swaptions 6.5.6 Strukturierte Produkte: Floored and Collared Floater, Super Floater, Reverse Floater, Step-Up-Bond, Callable and Putable Bond 6.5.7 Schätzung der Volatilität