59
1 © כל הזכויות שמורות לפרופסור רפי אלדורOptions and Futures Markets Class #5 30.4.2015 Prof Rafi Eldor Mr. Eitan Zeevi

Options and futures market #5

  • Upload
    -

  • View
    94

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Options and futures market #5

1

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Options and Futures Markets

Class #5

30.4.2015

Prof Rafi Eldor

Mr. Eitan Zeevi

Page 2: Options and futures market #5

2

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

The Binomial model was first introduced by w.

Sharpe and formalized by Cox, Ross and

Rubinstein in 1979. (“Option pricing: A simplified approach”)

Binomial Model

The Binomial model is an option valuation

model, the model provides an easy

explanation to option pricing

Option pricing is different from bond and equity pricing

Page 3: Options and futures market #5

3

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Binomial Model

An Example

Assumptions:

One Step Binomial Tree

Current stock price is $100

Interest Rate 5%

Stock price can move up to $110 or move down to $90

Calculate the value of a Call option with Strike of $100 at

the beginning of the period

Page 4: Options and futures market #5

4

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Option

C

10

0

Stock

100

110

90

Solution

Binomial Model

Values of Stock and Call Option – End of Period

Page 5: Options and futures market #5

5

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Hedge Ratio

090 *10110 * xhxh

5.020

10

100)9.01.1(

010 *

h

Page 6: Options and futures market #5

6

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Risk Neutral Portfolio

The value of the portfolio at the end of the period:

0.5 x 110 – 10 = 0.5 x 90 – 0 = 45

Therefor, for each Call option we sell, we need to

buy 0.5 X Stock

Page 7: Options and futures market #5

7

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

( h*S –C ) x (1 + r ) = 45

Risk Neutral Portfolio

Under the assumption of arbitrage free market and

future stock prices are known (either $110 or $90),

the following formula must exists:

Page 8: Options and futures market #5

8

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

(Investment t0) X ( 1+ Interest Rate) = 45

Or

(50-C) = 45/1.05 = 42.86

Therefore

C = 50-42.86 = 7.14

Interest Rate = 5%

Page 9: Options and futures market #5

9

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Binomial Model Formula

R = 1+ r

RCddu

RuCu

du

dRC /

Call option value can also be calculated directly

from the below formula:

Page 10: Options and futures market #5

10

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

Call option value:

C = (0.75 x 10 + 0.25 x 0) / 1.05 = 7.14

Page 11: Options and futures market #5

11

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Replicating Portfolio

OptionStock

100

110

90

Bond

50

55

45

100

105

105

42.86

45

45

C(100)

10

0

10

0

50-42.86

Page 12: Options and futures market #5

12

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Profit

An example of Arbitrage profit:

Assume the same parameters as the previous

example, but in this case:

- Call Option price is 10 ILS

Please check if arbitrage profit is possible?

Page 13: Options and futures market #5

13

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Table

Action Cash Flow S(T)=110 S(T)=90

Sell Call 10+ 10- 0

Buy 0.5 Stock

50- 55+ 45+

Take a Loan

40+ 42- 42-

Total 0 3+ 3+

Cash Flow at Expiration Date

Page 14: Options and futures market #5

14

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

Assumptions are the same as previous example

(Call Option)

Calculate the value of Put option with Strike of

$100 at the beginning of the period

Page 15: Options and futures market #5

15

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

38.210005.1

10014.7

)1(

S

r

XCP

Put Option Value

Put option value can be derived by:

1. Calculating Call option value

And

2. Using Put Call Parity formula

Page 16: Options and futures market #5

16

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

Direct Calculation

Put option value can also be calculated by

creating a risk neutral portfolio,

In this case we need to Buy both the Stock

and the Option as the correlation between

the prices is negative

(In the previous example for Call option we had

to buy one and sell the other one)

Page 17: Options and futures market #5

17

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

38.205.1

10

4

310

4

1

1

RPd

du

RuPu

du

dRP

Put option value:

Page 18: Options and futures market #5

18

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

SummaryCase A

u= 1.10 S=

d= 0.90 110

X= 100

r= 5% 100

90

C= P=

10 0

7.14 2.38

0 10

147051

10

9011

90051.

...

..

C 382

051

110

4

10

4

3.

.

P

5010020

10.

.

h

Page 19: Options and futures market #5

19

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

הערות למודל הבינומי

לא נזקקים להסתברויות למצבי העולם בכדי .לחלץ את מחיר האופציה

בנוסחה הינם ההסתברויות Cd-וCuמקדמי .למימוש מצבי העולם בעולם ניטרלי לסיכון

.הינה יחסיתDOWN-וUPההגדרה של מצבי העולם . יתכן כי מחיר הנכס בשני מצבי העולם

Page 20: Options and futures market #5

20

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Two Steps Binomial Tree

We can extend the analysis to a two steps

binomial tree

First we need to calculate the second step as

shown in previous example, then we can

calculate the first step using Cu and Cd from

earlier calculation

The procedure is to work back through the tree from the end to the beginning

Page 21: Options and futures market #5

21

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

American Option

As an option with American expiration style

can be exercised at any time during the option

life, the calculation is different,

In this case we need to compare the value of

the portfolio at the first step to the present value of the second step

Page 22: Options and futures market #5

22

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Multi Steps Binomial Model

We will use the same methodology for

calculation, the procedure is to work back

through the tree from the end to the

beginning

When the number of periods is infinite the

price of the option will be similar to Black and Schools model

Page 23: Options and futures market #5

23

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Example 1

dS=90 , uS=110 , r=5% , S=100

dS=80 , uS=120 , r=5% , S=100

- One step tree

- Exercise price for Call and Put = 100

Show that an increase in volatility will have a positive affect on both Call and Put prices

Page 24: Options and futures market #5

24

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Example 1

38.205.1/104

10

4

3

14.705.1/109.01.1

9.005.1

P

C

100

110

90

C(100)

10

0

P(100)

0

10

Page 25: Options and futures market #5

25

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Example 2

14.705.1/208.02.1

05.12.1100

9.1105.1/208.02.1

8.005.1100

P

C

100

120

80

C(100)

20

0P(100)

0

20

Page 26: Options and futures market #5

26

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary

911051

20

8021

80051.

...

..

C

Case B

u= 1.20 S=

d= 0.80 120

X= 100

r= 5% 100

80

C= P=

20 0

11.90 7.14

0 20

147051

20

8021

05121.

...

..

P

Page 27: Options and futures market #5

27

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Conclusion

When uncertainty increases (volatility is higher) the

value of the Call option will be higher,

Call option price changes from 7.14 -> 11.9

And also the price of the Put options will be higher,

Put option price changes from 2.38 -> 7.14

Page 28: Options and futures market #5

28

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Binomial Model – 2 Steps

- 2 Steps

- r = 5%, Stock = 100- For each period u = 1.1, d = 0.9

1. What is the value of Call and Put Option?

2. Compare these values to 1 step

3. Does the hedge ration change?

Page 29: Options and futures market #5

29

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

European Option

100EC

Cu

100110

9099

121

81

Cd

21

0

0

100EP

EPu

EPd

0

1

19

Page 30: Options and futures market #5

30

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

1505.1

214

3

0

Cu

Cu

Therefore

71.1005.1

154

3

)100( eC

Page 31: Options and futures market #5

31

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – Call Option

15051

121

4

3

.Cu

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

S= 121

110

100 99

90

81

C= 21

15.00

10.71 0

-

0

0Cd

95011020

21.

.

hu 0hd

75010020

15.

.

h

7110051

115

4

3.

.

C

Page 32: Options and futures market #5

32

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

23.505.1

194

11

4

3

23.005.1

194

11

4

3

E

E

Pd

Pu

Page 33: Options and futures market #5

33

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

4.105.1

238.04

323.5

4

1

100

EP

Page 34: Options and futures market #5

34

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – Put Option

230051

1

4

1.

.

Pu

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

045011020

1.

.

hu 1

9020

18

.hd 250

10020

5.

.

h

41051

1

4

23803

4

235.

.

..

P

S= 121

110

100 99

90

81

P= 0

0.24

1.42 1

5.24

19

235051

1

4

19

4

3.

.

Pd

Page 35: Options and futures market #5

35

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

American Option Value

Now lets check for American Options

Is there a difference from European Option?

Page 36: Options and futures market #5

36

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

American Option Value

10PdFor American Options

55.205.1

104

1238.0

4

3

)100(

AP

There is no difference for a Call option as early exercise is not recommended

Page 37: Options and futures market #5

37

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – American option

230051

1

4

1.

.

Pu

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

045011020

1.

.

hu 1

9020

18

.hd 490

10020

24010.

.

.

h

552051

1

4

23803

4

10.

.

.

P

10Pd

S= 121

110

100 99

90

81

P= 0

0.24

2.55 1

10.00

19

Page 38: Options and futures market #5

38

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Change is Strike Price

- 1 Step

- r = 5%, Stock = 100

- For each period u = 1.1, d = 0.9- Exercise price for Call and Put = 105

Calculate the value of a Call and Put options

and compare to the values of the options with strike 100 (from previous example)

Page 39: Options and futures market #5

39

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Call Option Value

05.1

4

15

05.1

54

3

)105( C

S=100

110

90

C=105

5

0

Page 40: Options and futures market #5

40

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Put Option Value

05.1

4

15

05.1

154

1

)105( P

S=100

110

90

P(105)

0

15

We can see that if Strike price is equal to the future

price of the underlying asset, the price of a Call options = price of Put option

Page 41: Options and futures market #5

41

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary

573051

15

20

150.

..

.

C

u= 1.10 S=

d= 0.90 110

X= 105

r= 5% 100

90

C= P=

5 0

3.57 3.57

0 15

573051

115

20

050.

..

.

P

Page 42: Options and futures market #5

42

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question #1

- 1 Step

- Stock Price = $20, can move up to $40 or

down to $10

- r = 10%- Call and Put exercise price = $25

- Calculate the value of a Call and Put options

- Check if there is an arbitrage in case C(25) = 3

- Check if there is an arbitrage in case P(25) = 11

Page 43: Options and futures market #5

43

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #1

8.901.1

15

5.02

01.12)25(

05.501.1

0155.02

5.001.1

)25(

P

C

S 20=

40

10C(25)

15

0

P(25)

0

15

Page 44: Options and futures market #5

44

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary

055011

115

502

50011.

..

..

C 89

011

115

502

0112.

..

.

P

u= 2.00 S=

d= 0.50 40

X= 25

r= 1% 20

10

C= P=

15 0

5.05 9.80

0 15

Page 45: Options and futures market #5

45

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Table #1

Action Cash Flow

S(T)=10 S(T)=40

Buy Call -3 0 15

Sell ½ Stock 10+ -5 -20

Deposit -7 +7.07 +7.07

Total 0 +2.07 +2.07

3 =If C(25)

Page 46: Options and futures market #5

46

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Arbitrage Table #1

Action Cash Flow

S(T)=10 S(T)=40

Sell Put +11 -15 0

Sell ½ Stock 10+ -5 -20

Loan -21 +21.21 +21.21

Total 0 +1.21 +1.21

11 =If P(25)

Page 47: Options and futures market #5

47

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question #2

Calculate the value of Call and Put options

- 3 Steps

- Stock = 100

- Strike = 100

- r=0.05

- d = 0.9, u = 1.1 (constant for all steps)

Page 48: Options and futures market #5

48

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #2

Underlying asset price

S=100

110

90

99

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

Page 49: Options and futures market #5

49

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #2

Call option price

C(100)

Cu

Cd

Cud

Cuu

Cdd

Cuuu=33.1

Cuud=8.9

Cddu=0

Cddd=0

Page 50: Options and futures market #5

50

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Solution #2

Cuu = (0.75* 33.1 +0.25*8.9)/ 1.05=25.76

Cud = 0.75*8.9 / 1.05=6.36

Cdd=0

Cu = (0.75*25.76 + 0.25*6.35) / 1.05=19.91

Cd = 0.75*6.35 / 1.05=4.53

3.1505.1/53.425.091.1975.0 C

Call options value

Page 51: Options and futures market #5

51

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3

100,100, 32 SSOMAXCLI

32 100,100, SSOMAXPLI

- 3 Steps

- S = 100, r = 5%

- X = 100

- Price can move up or down 10%

- Price of Call option and Put option can be locked after the second step

Page 52: Options and futures market #5

52

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.1

100LIP100LIC

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

Calculate the value of: and

Page 53: Options and futures market #5

53

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.2

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

What is the value of an Asian Call and Put

option?

Using the average prices of the second and third steps

Page 54: Options and futures market #5

54

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.3

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

What is the value of a Call (100) with Knock-Out

trigger at $100?

(The option no longer exists is the price of the stock is below $100)

Page 55: Options and futures market #5

55

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Question 3.4

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

What is the value of a Put (100) with Knock-Out

trigger at $100?

(The option no longer exists is the price of the stock is above $100)

Page 56: Options and futures market #5

56

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

S=100110

9099

121

81

133.1

108.9

89.1

72.9

Question 3.5

Calculate the value of a portfolio with Lookback

Call and Lookback Put with the same expiration date

Page 57: Options and futures market #5

57

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Summary – 3 Steps

S= 133.1

121

110 108.9

100 99

90 89.1

81

72.9

C= 33.1 P= 0

25.76 -

19.91 8.9 0.62 0

15.31 6.357 1.69 2.60

4.541 0 5.24 10.9

0 14.24

0 27.1

u= 1.10

d= 0.90

X= 100

r= 5%

Page 58: Options and futures market #5

58

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

Generalization

rCppCC

rCppCC

rCppCC

dddddudd

dduduudu

duuuuuuu

/1

/1

/1

dudrpwhere

rCppCC

rCppCC

rCppCC

du

dddud

duuuu

//

/1

/1

/1

Page 59: Options and futures market #5

59

אלדורלפרופסור רפי הזכויות שמורות כל ©

33223

222

222

/11313

112

112

rCpCppCppCp

C

rCpCppCpC

rCpCppCpC

ddddduduuuuu

ddddduduud

dduduuuuuu

Generalization