Option Pricing Models
American Approximations
ประมาณมูลค่าของสิทธิใช้ก่อนครบกำหนดด้วย European value และ Early Exercise Premium
สูตรขอบเขตการใช้สิทธิในบทนี้พิจารณา Call ที่ S,K,σ,τ>0, r>0 และ b<r หาก b≥r ภายใต้ r≥0 จะไม่มีประโยชน์จากการใช้ Call ก่อนกำหนด จึงใช้ CA=c และไม่แทนค่าลงสูตรขอบเขตที่มีตัวหาร r−b โดยตรง สำหรับ BAW ที่ r=0 ต้องใช้ลิมิต M/k→2/(σ2τ) แทนการหาร 0/0; สูตรขอบเขต Bjerksund–Stensland ที่แสดงด้านล่างจำกัดไว้ที่เงื่อนไขข้างต้น
การประมาณของบาโรเน-อาเดซี-เวลีย์ (Barone-Adesi-Whaley, 1987)
วิธีบาโรเน-อาเดซี-เวลีย์ เสนอโดย โจวานนี บาโรเน-อาเดซี (Giovanni Barone-Adesi) และ โรเบิร์ต เวลีย์ (Robert E. Whaley) (Barone-Adesi and Whaley 1987) เพื่อแก้ปัญหาที่การคำนวณเชิงต้นไม้ใช้เวลานาน แนวคิดหลักคือมูลค่าออปชันอเมริกันเท่ากับมูลค่าออปชันยุโรปบวกกับส่วนเพิ่มของการใช้สิทธิล่วงหน้า (Early Exercise Premium) จากนั้นใช้การประมาณเชิงวิเคราะห์ (analytical approximation) แบบกำลังสอง (quadratic approximation) โดยแปลงสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยให้เป็นสมการเชิงอนุพันธ์สามัญ (ordinary differential equation, ODE) แบบออยเลอร์ (Euler equation) แล้วหาผลเฉลย
ให้ ε(S,τ)=VA(S,τ)−VE(S,τ) เป็นส่วนเพิ่มของการใช้สิทธิล่วงหน้า โดย τ=T−t และให้ b เป็นต้นทุนการถือครอง ในบริเวณที่ยังไม่ใช้สิทธิ (continuation region) ทั้ง VA และ VE สอดคล้องกับ PDE แบล็ก-โชลส์เวอร์ชันทั่วไป
21σ2S2εSS+bSεS−rε−ετ=0,(4.1) ε ก็สอดคล้องกับ PDE เดียวกัน กำหนด M=2r/σ2, N=2b/σ2 และ k(τ)=1−e−rτ (เราใช้อักษร k ตัวเล็กเพื่อไม่ให้สับสนกับราคาใช้สิทธิ K) แล้วเขียน ε=k(τ)g(S,k) ตามข้อเสนอของแมกมิลลัน (MacMillan)
Proposition 17 (สมการกำลังสองของ BAW). เมื่อประมาณโดยละเลยพจน์ M(1−k)∂g/∂k ฟังก์ชัน g สอดคล้องกับ ODE แบบออยเลอร์ S2gSS+NSgS−kMg=0,(4.2) ซึ่งมีผลเฉลยรูป g=Sq โดย q เป็นรากของสมการกำลังสองลักษณะเฉพาะ (characteristic quadratic) q2+(N−1)q−kM=0,q2=2−(N−1)+(N−1)2+4M/k.(4.3)
Proof. แทน ε=k(τ)g(S,k) ลงใน (4.1) โดยใช้กฎลูกโซ่ ετ=k′g+kgkk′ และ k′(τ)=re−rτ=r(1−k) ดังนั้น ετ=r(1−k)(g+kgk). หารตลอดด้วย 21σ2k และใช้ M,N ที่นิยามไว้ พร้อมรวมพจน์ −Mg−kM(1−k)g=−kMg ได้
S2gSS+NSgS−kMg−M(1−k)gk=0. การประมาณกำลังสองของ BAW คือละพจน์ M(1−k)gk ซึ่งสมเหตุสมผลในสองขีดจำกัด: เมื่อ τ→∞ ตัวประกอบ (1−k)=e−rτ→0 และเมื่อ τ→0 ส่วนเพิ่มของการใช้สิทธิล่วงหน้า ε เองมีค่าเล็กมากจนความคลาดเคลื่อนจากการละพจน์นี้ไม่ส่งผลต่อราคาอย่างมีนัยสำคัญ เหลือ (4.2). เนื่องจากเป็นสมการออยเลอร์ ลองผลเฉลย g=Sq แทนแล้วได้ q(q−1)+Nq−M/k=0 ซึ่งจัดรูปเป็น (4.3). เลือกรากบวก q2 สำหรับออปชันซื้อเพื่อให้ส่วนเพิ่ม ε ลู่เข้าสู่ศูนย์เมื่อ S→0. ◻
Theorem 18 (สูตรประมาณ BAW สำหรับออปชันซื้อแบบอเมริกัน). ราคาออปชันซื้อแบบอเมริกันประมาณได้ด้วย CA(S)≈⎩⎨⎧c(S)+A2(S∗S)q2,S−K,S<S∗,S≥S∗,(4.4) โดย c(S) คือราคาออปชันซื้อแบบยุโรป (แบล็ก-โชลส์/แบล็ก-76 ตามค่า b) ราคาวิกฤต S∗ (critical exercise price) เป็นผลเฉลยของเงื่อนไขการเชื่อมต่อแบบราบรื่น (value-matching และ smooth-pasting) S∗−K=c(S∗)+q2S∗(1−e(b−r)τΦ(d1(S∗))),(4.5) และ A2=q2S∗(1−e(b−r)τΦ(d1(S∗))) โดยที่ d1 ในที่นี้ใช้รูปทั่วไปที่มีต้นทุนการถือครอง b คือ d1(S)=[ln(S/K)+(b+21σ2)τ]/(στ) (ลดรูปเป็น (2.5) เมื่อ b=r และเป็น (2.8) เมื่อ b=0).
แนวพิสูจน์. ที่ราคาใต้จุดวิกฤต (S<S∗) ยังไม่ใช้สิทธิ มูลค่าเท่ากับออปชันยุโรปบวกส่วนเพิ่ม ε=A2(S/S∗)q2 ที่ราคาเหนือหรือเท่ากับ S∗ ใช้สิทธิทันทีจึงได้ S−K. ค่าคงตัว A2 และราคาวิกฤต S∗ กำหนดจากเงื่อนไขสองข้อ ณ S=S∗: (i) value-matching c(S∗)+A2=S∗−K และ (ii) smooth-pasting คือความชันเท่ากันสองข้าง c′(S∗)+q2A2/S∗=1. ใช้ c′(S∗)=e(b−r)τΦ(d1(S∗)) (เดลตาของออปชันยุโรป) แก้ (ii) หา A2 แล้วแทนใน (i) ได้ (4.5) ซึ่งแก้เชิงตัวเลข (เช่น นิวตัน-ราฟสัน) เพื่อหา S∗. ◻
Remark 19. กรณีออปชันขายแบบอเมริกันใช้รากลบ q1=21[−(N−1)−(N−1)2+4M/k] และส่วนเพิ่ม A1(S/S∗∗)q1 โดยมีเงื่อนไขขอบเขตในลักษณะคู่ขนาน.
การประมาณของบเยิร์กซุนด์-สเตนสลันด์ (Bjerksund-Stensland, 1993)
วิธีบเยิร์กซุนด์-สเตนสลันด์ ถูกเสนอโดย เพตเตอร์ บเยิร์กซุนด์ (Petter Bjerksund) และ กุนนาร์ สเตนสลันด์ (Gunnar Stensland) (Bjerksund and Stensland 1993) แนวคิดหลักคือแทนขอบเขตการใช้สิทธิที่แท้จริง (ซึ่งขึ้นกับเวลา) ด้วย ขอบเขตแบน (flat exercise boundary) ที่เป็นราคากระตุ้นคงที่ X (trigger price) เพียงค่าเดียว วิธีนี้ให้สูตรปิดโดยประมาณที่คำนวณเร็วมากและมีความแม่นยำใกล้เคียงกับ BAW
Theorem 20 (สูตรปิดโดยประมาณของบเยิร์กซุนด์-สเตนสลันด์). กำหนดค่าคงที่ β=(21−σ2b)+(σ2b−21)2+σ22r,(4.6) ราคากระตุ้น X และค่าคงตัว α B∞=β−1βK,B0=max(K, r−brK),X=B0+(B∞−B0)(1−eh(τ)),α=(X−K)X−β,(4.7) โดย h(τ)=−(bτ+2στ)B∞−B0B0 ราคาออปชันซื้อแบบอเมริกันสำหรับกรณี S<X ประมาณได้ด้วย CA(S)≈αSβ−αϕ(S,τ;β,X,X)+ϕ(S,τ;1,X,X)−ϕ(S,τ;1,K,X)−Kϕ(S,τ;0,X,X)+Kϕ(S,τ;0,K,X),(4.8) ส่วนกรณี S≥X ใช้สิทธิทันทีได้ CA(S)=S−K. ฟังก์ชันช่วย ϕ นิยามเป็น ϕ(S,τ;γ,H,X)=eλτSγ[Φ(d)−(SX)κΦ(d−στ2ln(X/S))],(4.9) และ λ=−r+γb+21γ(γ−1)σ2,d=−στln(S/H)+(b+(γ−21)σ2)τ,κ=σ22b+(2γ−1).(4.10)
แนวพิสูจน์. กำหนดกลยุทธ์การใช้สิทธิแบบง่าย: ใช้สิทธิทันทีที่ S แตะราคากระตุ้นคงที่ X≥K เป็นครั้งแรก มูลค่าของกลยุทธ์นี้เป็นขอบเขตล่างของราคาออปชันอเมริกันที่แท้จริง (เพราะเป็นเวลาหยุดที่ยอมรับได้แต่ไม่จำเป็นต้องเหมาะสมที่สุด) ฟังก์ชัน ϕ(S,τ;γ,H,X) คือค่าคาดหวังคิดลดของ Sτγ1{Sτ<H} ภายใต้เงื่อนไขว่าราคายังไม่เคยแตะ X ตลอดช่วง ซึ่งคำนวณได้ในรูปปิดโดยหลักการสะท้อน (reflection principle) ของการเคลื่อนที่แบบบราวน์ที่มีอุปสรรค (barrier) พจน์ αSβ แทนมูลค่าเมื่อราคาแตะขอบเขต ส่วนพจน์ ϕ ที่เหลือปรับแก้ผลตอบแทนภายในบริเวณต่อเนื่อง เมื่อรวมเข้าด้วยกันตามโครงสร้าง (4.8) จะได้ราคาประมาณ ราคากระตุ้น X ถูกเลือกให้เหมาะสมโดยประมาณผ่าน (4.7) ซึ่งสอดแทรกระหว่างค่าขอบเขตทันที B0 กับค่าขอบเขตเมื่อ τ→∞ คือ B∞. ◻
Remark 21. บเยิร์กซุนด์และสเตนสลันด์ปรับปรุงวิธีนี้ในปี ค.ศ. 2002 โดยใช้ขอบเขตแบนสองช่วง (two-step flat boundary) เพื่อเพิ่มความแม่นยำ แต่โครงสร้างเชิงทฤษฎีของฟังก์ชัน ϕ ยังคงเดิม.