《数理金融》习题参考答案.docx
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《数理金融》习题参考答案
《数理金融分析-基础原理与方法》习题参考答案
第一章（P52）
题1-1希德劳斯基模型的金融学含义是什么？
解：
参考方程（1.2.13）式后面的一个自然段。
题1-2欧拉方程的经济学和金融学的含义是什么？
解：
参考方程（1.5.9）式和方程（1.5.10）式后面的一个自然段。
题1-3如果你借款1000美元，并以年利率8%按每季度计息一次的复利形式支付利息,
借期为一年。
那么一年后你欠了多少钱？
利息，而每个季度索要的利息,
不仅要考虑原有的本金，而且还要加上累计到该时刻的利息。
因此，一个季度后你的欠款为：
1000（1+0.02）
两个季度后你的欠款为：
2
1000（1+0.02）（1+0.02）1000（1+0.02）
三个季度后你的欠款为：
23
1000（1+0.02）（10.02）1000（1+0.02）
四个季度后你的欠款为：
1000（1+0.02）3（10.02）1000（1+0.02）41082.40
题1-4许多信用卡公司均是按每月计息一次的18%的年复合利率索要利息的。
如果在
一年的年初支付金额为P，而在这一年中并没有发生支付，那么在这一年的年末欠款将是多少？
解：
这样的复合利率相当于每个月以月利率1812%1.5%支付利息，而累计的利息
将加到下一个月所欠的本金中。
因此，一年后你的欠款为：
12
P（1+0.015）1.1956P
题1-5如果一家银行所提供的利息是以名义利率5%连续地计算利息，那么每年的有效利率应该是多少?
解：
有效利率应为:
即有效利率是每年5.127%。
题1-6一家公司在未来的5年中需要一种特定型号的机器。
这家公司当前有一台这种
机器，价值6000美元，未来3年内每年折旧2000美元，在第三年年末报废。
该机器开始使
用后，第一年运转费用在该年年初值为9000美元，之后在此基础上每年增加2000美元。
在
每年的年初可以按固定价格22000美元购买1台新机器。
1台新机器的寿命是6年，在最初
使用的两年中每年折旧3000美元，这之后每年折旧4000美元。
新机器在第一年的运转成本是6000美元，在随后的每年中将增加1000美元。
如果利率为10%，公司应在何时购买新
机器？
解：
这家公司可以在第1、2、3、4年的年初购买新机器，其对应的6年现金流如下（以
1000美元为单位）：
在第一年的年初购买新机器：
22，7，8，9，10，-4；
在第二年的年初购买新机器：
9，24，乙8，9，-8；
在第三年的年初购买新机器：
9，11，26，7，8，-12；
在第四年的年初购买新机器：
9，11，13，28，乙-16。
为了验证上面所列现金流的正确性，假设公司将在第三年的年初购买新机器，则公司
在第一年的成本为旧机器9000美元的运转成本；在第二年的成本为旧机器11000美元的运
转成本；在第三年的成本为新机器22000美元的购买成本，加上6000美元的运转成本，再
减去从替换机器中得到的2000美元；在第四年的成本是7000美元的运转成本；在第五年的
成本是8000美元的运转成本；在第六年的成本是-12000美元，它是已经使用了3年的机器
价值的负值。
其他的3个现金流序列可以通过相似的方法推得。
对于年利率r=0.10，第一个现金流序列的现值为
46.083
22+Z_4_
1.1（1.1）2（1.1）3（1.1）4（1.1）5
其他现金流的现值可用同样的方法计算出。
这四个现金流的现值分别是
46.083，43.794，43.760，45.627
因此，公司应在两年后购买新机器。
题1-7一个打算在20年后退休的人，决定今后240个月每月月初在银行存款A，使
得他可以在随后的360个月的每月月初提款1000美元。
假设每月计息一次的名义年利率为6%，那么A的值应该为多少？
1
解：
r=0.0612=0.005是月利率。
令彳二，他所有存款的现值为
240
AAA2LA239A1—
1
类似地，如果W是在随后的360个月中每月的提款额，那么所有的提款额的现值为
这样，如果满足以下等式，他就可以实现所有的提款（同时他的账户中也不再有任何钱）
对于W1000，11.005，可以得到
A360.99
这就是说，在240个月中每月存款361美元，就可以使得他在随后的360个月中每月提取
1000美兀。
注在这个例子中，我们使用了以下的代数恒等式
为了证明这个等式，我们令
x=1+b+b2Lbn
由于注意到
x-1=b+b2Lbn
n-1
b（1+bLb）b（xbn）
因此,
（1-b）x1bn1
这就证明了该等式。
利用相同的方法，或者令n趋向于无穷，可以证明当b1时有
1+b+b2L—
1b
题1-8终身年金给其持有者在未来每一年年末领取数额C款项的权利。
这就是说，对
于每一个i=i,2,L，在第i年的年末要向持有者支付c，如果利率为r，每年计息一次，那么这个现金流序列的现值是多少？
解：
该现金流可以被复制为初始时刻在银行存入本金cr，并在每一年的年末提取所得
的利息（保留本金不动），但是在初始阶段存入任何少于cr的金额都无法复制这个现金流，
因此这个无限期现金流的现值为c「r。
这个结论可以由下式推得:
c1
F~r11
1r
题1-9假设你向银行借款100000美元买房，负责贷款的经理告诉你可以以0.6%的月
利率贷款15年，每月分期偿还。
如果银行要收取贷款初始费用600美元，房屋检验费400
美元，以及贷款额的一个百分点，那么银行提供的贷款的实际年利率是多少？
解：
首先我们考虑这个贷款的每月抵押支付，记之为A。
由于100000美元的贷款需要
在未来的180个月中以月利率0.6%偿还，所以
A[
180]100000
其中=11.006。
因此,
因此如果你实际得到了100000美元，在180个月中每月偿还910.05美元，那么实际月利率
应该是0.6%。
但是考虑到银行收取的初始贷款费用、房屋检验费以及一个百分点的贷款额
（这意味着收到贷款时，银行将收取名义贷款额100000美元的1%），你实际只得到了98000
美元。
因此有效月利率应该满足下式的r的值:
A[+2L180]98000
其中（1r）1。
因此，
1
或者，由r得
180
1
107.69
1r
利用实验误差法求上面方程的数值解（由于r0.006，很容易计算）得出：
r0.00627
12
因为（10.00627）1.0779，所以0.6%的名义月利率对应的有效年利率约为7.8%。
题1-10假设一个人抵押贷款的金额为L，需要在今后n个月的每月月末偿还等额A。
贷款的月利率是r,每月计息一次。
a）已知L，n，r，那么A的值是多少？
b）在第j月的月末支付已经完成后，还剩下多少贷款的本金？
c）在第j月的支付中，多少是利息的支付，多少是本金的扣除（这很重要，因为有些
合同允许贷款提前偿还，偿还的利息部分是可减免税的）？
解：
n个月支付的现值为:
其中,
r0.09/120.0075,每月支付（以美元计）为
令Rj表示在第j（j0,L,n）月月末支付完当月偿还额后还欠的本金余额，为了确定这几个
量，应该注意到，如果在第
j月的月末欠款为Rj，那么在第j1月月末未发生支付前的欠
款应该是（1r）Rj。
由于每个月末的支付额为A，所以有
Rj1
（1r）RjAaRj
A
从R。
L开始，我们得到：
R1
aLA；
R2
aR〔A
a（aLA）A
a2L（1a）A；
R3
aR2A
a（a2L（1a）A）
A
32
aL（1aa
）A。
般地，对于j0,L,n，有
aj
RjajLA（1aLaj1）
ajLajL空¥卫（由等式（1-1））
a1
L（anaj）
an1
令Ij和Pj分别表示在第j月月末支付的利息和本金的扣除额。
由于Rj1是到上一个月月末
的欠款额，因此有
IjrRj1
L（a1）（anaj1）
an1
PjAIj
L（a
L（a1）aj1
an1
可以用下面的式子验证上面的结果:
Pj
j1
804.62美元中只有54.62美元是贷款本金的扣除额；而其余的都是利息。
在接下来的每一个月，用于偿还本金的支付额以倍数1.0075增长。
题1-11已知
r（S）R汽「2
求出收益曲线和现值函数。
解：
改写r（s）为
因此，现值函数为
P（t）
exp{Dt}exp{log（（1t）r1r2）}
exp{创（1t）ri
第二章（P109）
题2-1在金融学中，资产和资产结构是如何定义的?
解：
参考定义2.3.4和定义2.3.5。
题2-2不确定性与风险二者是什么关系？
风险与协方差的基本关系是什么？
解：
本题第一问可参考2.4节第一个自然段，第二问答案就是本章（2.4.15）式。
题2-3什么是公司的资本结构和企业（或公司）价值？
解：
第一问即2.6.1第一自然段中：
公司的资本结构是指其债务、权益和其它融资工具的相互组合及其组合中的比例关系。
公司理财决策的目的是确定最佳资本结构，使之公司和投资人的财富价值实现最大化。
第二问企业（或公司）价值即：
企业债券和股票的收益率是对投资人而言的，但对于企
业来说，它们则是成本。
一般把企业债券和股票的市场价值总和称为企业的价值。
习题2-4M-M定理的基本含义是什么?
解：
即（2.6.6）式后面的的自然段：
企业的债务与股票的总价值等于在各种状态下企业收益的现值，这个现值是按照相关自然状态下一美元的要求权价格计算的，因此，总价值
E+B与债务对股票的比例无关。
这就是著名的莫迪利亚尼-米勒定理的结论。
题2-5在金融学中，完备市场的条件是什么?
市场有效性的基本条件是什么?
解：
第一问可见2.7.4完备市场的具体假设条件这部分。
第二问参考（2.7.10）式，即：
各种资产的预期收益率相等。
就是完备市场有效性的基本条件。
题2-6考虑将100的资本投资到两种证券，它们回报率的均值和标准差分别为：
r10.15，v10.20；r20.18，v20.25
i1
得：
E[W]1000.15y0.18（100y）1180.03y。
又由于c（1,2）v1v20.02，由式
nn
（2-2）Var（W）wi2vi2wiwjc（i,j）
i1i1ji
得：
Var（W）y2（0.04）（100y）2（0.0625）2y（100y）（0.02）
2
0.1425y216.5y625
所以我们应该选择y，使下式的值达到最大：
1180.03y0.005（0.1425y216.5y625）/2
或等价的，最大化
0.01125y0.0007125y2/2
简单计算后得知y取下值时，上式达到最大：
0.01125,cc
y
15.789
0.0007125
即，当投资15.789于证券1,投资84.211于证券2时，期末财富的期望效用达到最大。
将
y15.789代入前面等式，得E[W]117.526，Var（W）400.006，最大期望效用等于:
1exp{0.005（117.526
0.005（400.006）/2）}0.4416
这可以和下述投资组合的效用比较一下：
将100全部投资到证券1时，期望效用为
0.3904;当100全部投资到证券2时，期望效用为0.4413。
题2-7设当前无风险利率为6%，市场回报率的均值和标准差分别为0.10,0.20。
如果
给定股票的回报率与市场回报率的协方差为0.05，求该股票回报率的期望值。
解：
由于
°.°521.25
（0.20）
所以（假定CAPM模型有效）
ri0.061.25（0.100.06）0.11
即股票的期望回报率为11%。
第三章（P148）
题3-1均值-方差模型的最根本意义是哪两条？
解：
可参考（3.2.3）式前面的自然段：
金融研究和金融数学的任务之一是要解决收益
和风险的分析，通过对资产收益和风险的分析来解决金融资产在市场上的价值评估和组合中
的效率衡量这两个基本问题。
在这里，通过均值来分析金融资产的收益，显然，均值越
大，资产组合的收益越好。
用方差2和协方差ik来分析资产选择的风险，显然，方差2
和协方差ik越大，风险就越大。
于是，我们就可以用均值和方差来描述个人的效用与利益,
即较大的均值和较低的方差是与个人的效用水平正相关的。
至此，我们就基本完成了两个根
本任务：
（1）把不同资产的组合选择转化为均值-方差组合选择；
（2）把传统的效率标准转
化为均值-方差效率，即当均值给定时方差越小越好，或者方差限定时均值越大越好。
题3-2CAMP模型的基本含义是什么？
解：
（335）式和（337）式就是消费-资本资产定价模型的基本形式。
它们非常深刻
地揭示了资产价格与个人消费之间的关系，一般均衡与资产定价之间的关系。
它们表明：
（1）资产的预期收益（价格）与消费的边际效用之间的协方差负相关。
换句话说，其
等价的命题是，消费的预期效用应该和资产的预期收益是一致的。
（2）在实际经济中，个人首先承受着与消费有关的风险，既应该首先有
o0
cov（u（ci）,Rj）cov（RZ,Rj）
然后才是与其它资产之间的风险关系，即
cov（Rz,j）
var（RZ）
题3-3（股票定价）企业I在时期t=1将发行100股股票，企业在时期t=2的价值为随
机变量«
（2）。
企业的资金都是通过发行这些股票而筹措的，以致于股票持有者有资格获得
完全的收益流。
最后给出的有关数据是：
Ic1
「1000$之概率P—V1⑵丿2
1L800$之概率P-
2
cov（X1,Xm）0.045,xvar（XM）0.30
r0.10,E（Xm）0.20
试用资本资产基本定价方程求出该股票的合理价值。
解：
应用证券市场线性方程（3.2.1）,
E（Xm）r
E（XJr严cov（X「Xm）
（Xm）
票在时期t=1的市场价格，于是我们有
11
E[V1
（2）]1000800900$
22
以15%贴现，V
（1）900/1.15$，因有100股，故每股价值为7.83$。
题3-4（债券定价）有一面值为100元的债券，约定到期付息8%,假设在债券有效期
内有70%的时间可以赎回本金并获得利息，30%的时间不能还本付息，但将支付50元的承
保金。
即可将债券在时期2的价值表示为随机变量
「108，P0.70
B⑵I），P0.30
设COV（B,Xm）7，其它数据如上题，试确定债券在时期1的合理价值。
解由证券市场线性方程（3.2.1）可得确定等价定价公式。
E（B）[E（Xm）r2（Xm）cov（B,Xm）
1r
90.60（0.200.10）0.097
1.10
市场所需的期望收益率为
题3-5某公司在时期1的市场价值为900元。
现有一项目，其在时期2的期望收益为E
（Vi）=1000，E（Xm）=0.5，r=0.05。
公司现考虑一个新的投资项目，其单位成本为60元。
在时期2的现金收益流为E（F）
=130元，cov（F,Xm）/（T2（Xm）=250元。
试回答，该公司管理者应怎样考虑这个项目？
解：
由题3-4的确定等价定价公式可得
E（Vi）Eel：
）「covMXm）（XM）
P0
1r
由此式得
10000.10COV2Vi,XM）
900（Xm）
1.05
求解上式得
型“人）550$
（Xm）
又
cov（ViR,Xm）cov（Vi,X：
）cov（Fi,X：
）
故
cov（VFi,XM）*
2-M550250800$
（Xm）
又
E（\%F%）10001301130
假如投资新项目，
那么公司在时期1的总收入（不考虑投资成本）是
E（VFi）曲FMm）
2小、（E（Xm）r）（XM）
11308000.101050
1000$
1.051.05
因为公司市场价值
P0比原来的F0上涨了100元，而投资成本为60元，故可以得到补
P0
1r
偿，所以可以投资该项目。
第四章（P208）
题4-1未定权益的基本含义是什么？
解：
可参考本章422未定权益与期权的基本概念的内容：
资产是一般化的概念，未定权益是实质性概念。
现在，未定权益的研究已经成为现代金融学研究的方向性工作。
未定权益（ContingentClaim）是表示时间从卖者向买者所支付损益的随机变量。
其中的随机变量能够作为原生证券价格的某种函数。
对于单时期分析模型而言，未定权益是唯一
的衍生证券，是两个参与者之间的一种合约或协议。
由于一方向另一方许诺，在时间T时支
付数量X，所以，买者将正式地支付一些资金给卖者。
因此，在交易中需要处理的基本问题就是，未定权益在时间tT时的价值是多少？
题4-2什么是期权平价原理？
其含义是什么？
解：
可参考本章434卖出一一买入期权的平价原理。
题4-3什么是基本维纳-布朗过程？
解：
可参考本章443中的2•期权价格的基本维纳-布朗过程：
设S是任一个随机变量，t表示时间。
在小的时间间隔t内，随机变量S变化了S。
如果S服从Wiener-Brownian运动，则在小时间间隔t内S的变化S满足方程
S/t
其中是随机项，服从标准正态分布，其均值为0,方差为1。
在随机收敛意义下，它可以写成
dS.dt
因为是标准正态分布，s也服从正态分布，它的均值为零，方差为t，标准差为•.—t。
由上式所描述的期权价格随机过程就被称为基本Wiener-Brownia过程。
在数学上它们
被称为随机微分。
题4-4如果一个变量遵循基本维纳-布朗过程，问：
其均值变化为0，标准差为.T的
含义是什么？
解：
是指随机变量变化将有零期望值和等于未来时期长度的平方根的标准差。
题4-5什么是一般维纳-布朗过程？
解：
即本章（447）式。
题4-6—般维纳-布朗过程与基本维纳-布朗过程的区别是什么？
为什么一般维纳-布
朗过程才能准确描述资产价格的随机过程？
解：
可参考本章443最后一段：
现在，我们还不能应用这个基本Wiene-Brownian过
程去描述期权价格这一随机过程，因为将基本Wiener-Brownian过程应用到期权价格上，在以下三个方面是无效的：
（1）不同资产有不同的波动程度。
上面的描述，资产的波动都是1。
（2）风险资产平均看有正的期望收益，在上面的过程中S的均值被假设为0,这样从
平均上看，未来价格等于现在价格。
（3）Wiener-Brownian过程假设价格是绝对变化S，不依赖于S的大小，然而事实上
S.S比S更合适。
我们不期望这种情况。
平均来看，高价格资产的绝对价格变化比低价格资产的绝对变化要大。
相对期权价格SS是成比例变化的，它不依赖于S。
这个比例或百分比与这个期权价格同
样无关。
因而这指出了在期权价格变化度量上的一个重要事实：
关系
题4-7写出标准的维纳-布朗运动方程。
解：
即本章（4410）式。
题4-8CAMP莫型与APT模型的主要区别是什么？
解：
可参考本章4.7.3APT模型与CAMP模型的比较这部分。
题4-9APT模型是如何解释市场有效性条件的？
解：
即定理4.7.1。
题4-10股票现在的价值为50元。
一年后，它的价值可能是55元或40元。
一年期利率
为4%。
假设我们希望计算两种看涨期权的价格，一种执行价格为48美元，另一种执行价
为53美元。
我们也希望为一种执行价为45元的看涨期权定价。
问，应该如何用V=e-rt[PU+（1-P）D]=e-rEp[V1]求出这3个价格？
其中的P、U和D如图
Vo
解：
第1步：
从股票二叉图得到q。
由公式（4.5.6）知：
1.045055q40（1q）
从
5255q40（1q）
我们得到
1255q40q15q
所以
题4-11（本题更正如下：
）
假设名义利率为r，现在考虑如下的期权定价。
该期权是未来以指定价格购买一种股票，
股票的初始价格是100并且假设一段时间后股票的价格只可能是200或者50。
如果在0时刻我们能以每股C的价格买入一个期权，这个期权使我们在时刻1能以每股150的价格购
买股票，那么当C的值为多少时稳赢的赌博不可能存在？
解：
在本节的背景下，试验的结果是时刻1时的股票价格，因此，有两种可能的结果。
与此同时也存在两种不同的赌博：
买（或者卖）股票和买（或者卖）期权。
由套利定理我们
知道，如果在结果集上存在概率（p,1P）使得这两种赌博的期望收益现值为零，那么就不
会有稳赢的情况出现。
购买一股该股票收益的现值为:
收益=*
能是p（12r）/3。
此外，购买一个期权收益的现值为:
收益
因此，当p（12r）/3时，购买一个期权的期望收益是:
E［收益］于汽
根据套利定理，我们就得到了不可能存在稳赢策略时C的唯一值是:
12r50
C
即,
C，
3（1r）
的波动率是0.20。
求一个3个月后到期且执行价为34的买入期权的无套利价格。
解：
本题中的参数是：
t0.25,r0.08,0.20,K34,S（0）30
所以我们就有
0.020.005log（34/30）〔冗代
（0.2）（0.5）
由此得到
C30（1.0016）34e0.02（1.1016）
30（0.15827）34（0.9802）（0.13532）
0.2383
这个期权合适的价格就应该是24。
题4-13
定义函数f（x）称为凸的，如果对所有的x和y，以及01，有
f（x
（1）y）f（x）
（1）f（y）
函数凸性的几何解释是，f（x）
（1）f（y）是f（x）和f（y）连线上的点，它给f（x）的
权重与在x和y的连线上的点x
（1）y所给予点x的权重是相同的。
因此，凸性的几
何解释又是，连接曲线f（
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