Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

Pstat 170 Fall 2022  Asn 4

Problem 1

A European binary (or Digital) option pays $5 if the stock ends above $60 after 3 months and nothing otherwise. The following 3-period binomial tree represents the monthly stock price movements:

71.46

67.42

63.60              64.72

S(0) = 60              61.06

57.60              58.61

55.30

53.08

Assuming cont. compounded interest rate of r = 3% and no dividends, find the repli- cating portfolios for each date if the stock prices moves according to

S(0) = 60 → S(1) = 57.6 → S(2) = 61.06 → S(3) = 58.61.

What is the terminal value of your portfolio at n = 3?

Verify that your replicating strategy is self-financing at steps n = 1,n = 2.

Problem 2

Consider a binomial model with σ = 0.25, δ = 0.06 and interest rate r of 5% a year, both compounded continuously.  Using T = 1 maturity of one year, initial stock price S(0) = 100 and N = 4 periods, consider the American Call CAm  with strike K = 96.

1. At which states is early exercise rational?

2. Find the premium of this Call today t = 0.

3.  Suppose the stock moves are Down/Up/Up/Down. Compute the replicating port- folio and the exercise strategy along that scenario.

Problem 3

Using the provided R script as a starting point, implement the binomial tree option pricing algorithm for European options.

1.  Consider a binomial model with u = 1.01,d = , and interest rate r of 3% a year, compounded continuously.  Using T = 1 maturity of one year, initial stock price S(0) = 100 and N = 15 periods, plot the premium of the European Put PE (K) as a function of strike K, with K = 85, 85.5, 86, . . . , 110.

2. Also compute the corresponding Delta.  Hand-in annotated plots of Put premium and Delta as a function of K (be sure to label axes, etc.).

3. In a brief paragraph summarize your findings.  Discuss the asymptotes, slopes and convexity of the plots. Relate to the properties we discussed in Chapter 9.

Problem 4

Use the same setting as Problem 3. Modify the binomial tree pricing algorithm to compute prices of an American Put PA  with maturity T and strike K .

Re-compute PA (K) as a function of strike K, with K = 85, 85.5, 86, . . . , 110.  Com- ment on the results. In particular, compare to the values of PE (K) in Problem 3. Hand-in

your code, a plot of the difference PA (K) PE (K) and a summary of your findings.

Problem 5

Let h = T/N be the length of one time-step in the binomial tree model. Set

u = exp (σ ^h)    and   d = exp (σ ^h) .

Fix T = 1, σ = 0.25, S(0) = K = 100 and interest rate of r = 5% yearly, compounded continuously. There are no dividends.

1.  Compute the price C(0,S0 ) of a European Call with the above parameters using N  =  4, 8, 15, 30, 60, 90, 120  (i.e. varying the number of steps,  while keeping the maturity fixed and using the particular scaling of u and d above.  Note that as N grows, h shrinks.)

2. Also compute the Black-Scholes price of this Call CBS (0,S0 ).   Comment on the answer in relation to what you obtained in part 1.

3. Repeat part 2 for σ = 0.2.0.3, 0.5. What happens to C(0,S0 ) as a function of σ?