9.2. функции роста
9.2. функции роста
Введем еще одно важное понятие, связанное с характеристикой изменения фондовых величин. Пусть S{t) — некоторая ненулевая фондовая величина, определенная для t>tQn описывающая некоторый процесс роста (накопления) с начальным значением S(tQ) Ф 0.
Величина д(г), t > tQ определяемая как
называется (начальным) множителем наращения или коэффициентом роста. Ясно, что
1.
Его смысл очень простой: он показывает, во сколько раз увеличится величина Sза период [tQ, /]. Так, для накопительного вклада в схеме простых процентов с начальным состоянием (/0, S(t0)) коэффициент роста
a(t)=l+i(t-Q,
а для накопительного вклада в схеме сложных процентов (непрерывная модель)
«(') = (!+'•)""•
Часто вместо коэффициента роста рассматривают более общую функцию роста
й('!,/2)=\%)' /іЛ"'0' (9Л2) характеризующую рост величины Sна отрезке [tp t2].
Отметим, что, говоря о функции роста, мы не требуем, чтобы она была больше единицы при возрастающих моментах времени, т.е. чтобы a(tv t2) > 1 при t{ < t именно тогда функция S(t) будет возрастающей:
. Щ) < S(t2).
Стоимость актива может возрастать, по крайней мере, на это надеется инвестор. Однако она может и уменьшаться. В последнем случае S(t) — убывающая функция времени и a(tv t) — следовало бы назвать функцией «убытия», «вырождения» и т.п. Мы все же следуем общей традиции, считая рост относительным понятием, в положительном смысле означающим собственно увеличение, а в отрицательном — уменьшение.
Введенные характеристики процесса изменения фондовой величины легко выразить через функцию роста:
и
r(tltt2) fl(r„f2)-l
В свою очередь, легко получить выражения для функции роста через указанные величины
a(t{,t2) = 1 +r(trt2)
и
a(trt2)= 1 +j(trt1){t2-ll).
Функция роста a(tr ї2) показывает динамику изменения единицы фонда на периоде [/,, /,]. Так, если речь идет о вкладе в долларах, то функция a(t і t2) показывает, во сколько раз увеличится каждый доллар вклада на промежутке времени [/р t2].
Для стандартной модели процентного роста с постоянной (эффективной) годовой ставкой / имеем при tv t2 > tQ
S(tl) = S{i,){l+if". Тогда функция роста имеет вид
«(л.'Х'+'Г1
и, следовательно, она стационарна, т.е. зависит только от длины t — t} соответствующего промежутка [/ / ].
Если f2 — /, = 1, получаем единичный (нормированный) коэффициент роста
a = ax = a{tvtx +1)введенный в гл. 8.
В этом случае момент открытия вклада несуществен, важен лишь его срок. Заметим, что для простых процентов это уже не так, поскольку для
j(0=5(/,)(i+i-(/-/„)), i>t0
имеет место равенство
т.е. функция роста существенно зависит от момента tQ открытия вклада, о чем уже говорилось.
Выше была определена функция роста я(/р Л,) для пар /, > /0, удовлетворяющих условию fj < tv поскольку именно в этом случае функция a(lv t2) характеризует степень изменения фондовой величины S(t) на промежутке [г,, г2]. Функция a{1v t2) играет для фондовой величины S(t) (финансового процесса) ту же роль, что коэффициент капитализации a(f, г) для финансового закона капитализации (см. § 1.4). Однако определение (9.12) можно рассматривать и для пар /р t2 с обратным порядком, т.е. для / < tr Тогда уместнее говорить о функции дисконтирования, а не роста и писать не a(tv /2), a v{tp t2), т.е.
Таким образом, v(tvt2) играет для фондовой величины S(t) туже роль, что коэффициент дисконтирования для закона дисконтирования (см. 1.4).
Поскольку функции a{tv /) и v(tv f2) задаются одинаково и отличаются лишь областью определения, причем
то уместно ввести (подобно тому, как это сделано в § 1.4) одну общую всюду определенную функцию изменения (роста/дисконтирования). Для этой функции будем использовать оба обозначения а (г,, г) и v (гр /2) как взаимозаменяемые. Конкретный выбор зависит от контекста.
Свойствами функций роста и дисконтирования являются: — нормированность:
a(t, t) = v(t, 0=1;
транзитивность: для любых t2>t2>t{> tQ
a{tvt2) a{tvt5)=a{tvt)
v(tv t) = v{tv t2)v(t2t /,);
самосопряженность: для любых tx, t2 > t0
v(tvt2)v{tvtx)=
или, что то же самое,
a{tvt2)a{tv /,)= 1. Первое свойство равносильно равенству
a{t,t)-M = X.
Второе следует из определения. Например, для первого равенства
имеем о/ „/
И наконец, самосопряженность тривиально — из свойств нормированное™ и транзитивности. В частности, для второго равенства получаем
a{tvt2)a{tvtx) = a{tvtl)=.
Итак, финансовый процесс, описываемый своей функцией состояния S(t), t > tQ (S(t) Ф 0), порождает две величины: одномерные коэффициенты роста и дисконтирования
, , S(t) , , S(t0) и общие (двумерные) функции роста и дисконтирования
Они связаны равенствами
a(t) = a(tQ, t); v(t) = v(t, tQ).
Кроме того, функции роста и дисконтирования удовлетворяют условиям нормированности, транзитивности и самосопряженности.
Наконец, функция состояния процесса S(t) однозначно восстанавливается по функции роста и любому состоянию S(t.) процесса в некоторый момент времени /:
S(t) = S{tl)a{tl,t). (9-И)
В частности,
S(t) = S(Qa(t0, t) = S(t0)a(t). (9.14)
Мы определили функцию роста по заданной функции состояния S(f) процесса (его траектории), Равенства (9.13) и (9.14) показывают, что процесс можно задавать функцией или коэффициентом роста. Задание процесса его коэффициентом или функцией роста означает задание (см. § 1.4) некоторого финансового закона капитализации (или дисконтирования). Различие состоит, во-первых, в выделении некоторого начального момента /0, во-вторых, свойства нормированное™ и транзитивности выполняются автоматически. Для финансового закона нормированность также выполняется, а транзитивность не всегда (см. § 1.4).
Тривиальный способ построения функции роста состоит в выборе произвольной ненулевой функции a(t), t> /0, которая будет играть роль коэффициента роста, и определения
Пример 9.2. Пусть
a(t) = l + t+t г>0.
Найти функцию роста a(t}, /2) и интенсивность роста d(t).
Решение. Поскольку £7(0) = 1, то a{t) — непрерывный возрастающий коэффициент роста. Соответствующая ему функция роста
Интенсивность роста процесса
S{r) = S0a(t), задаваемого этой функцией в точке г, имеет вид
w L WJ S(t) l + t+t1
Менее тривиальный способ состоит в использовании функции интенсивности роста. Такой подход позволяет заменить функцию двух переменных a{tv t2) функцией одной переменной <5(0• Однако он применим лишь для дифференцируемых функций роста.
Пусть S(t), t>tQ — положительный (S(t) > 0) процесс с функцией рос-таа(/], /2). Тогда интенсивность роста процесса Sb точке /определяется как
S(t + h)-S(t)
h^Q' " ' h->0 hS(t)
Считая функцию S(t) непрерывно дифференцируемой, получаем, что
5(') = |lnS(0,
откуда, в свою очередь
\%) = S((,)exp {'j8(t)dt
(9.15)
ил и, что то же самое,
a(il,t2) = Qxp J5(t)6t
U
Для функции дисконтирования имеем соответственно выражение
( h v(^,r,) = exp ~S(t)dt
V 'і
Таким образом, любая непрерывная функция <5(/), / > /0, порождает функцию роста a{tx, /2) некоторого финансового процесса. Эволюция процесса с начальным состоянием S(tQ) будет описываться выражением
J
Выполнение для функций a{tv Г2), определяемых равенством (9.15), свойств нормированности и транзитивности проверяется тривиальным образом. Так,
tf(f,f) = exp J5(r)dr
= еи=а
что подтверждает нормированность. С другой стороны, равенства
a(tvt2)a(t2^) = exp
js(r)dr exp jS(r)d
)
)
= exp
j<5(r)dT+j<$(T)dr
= exp j5(r)dT =a(titt3)
подтверждают свойство транзитивности.
В схеме сложных процентов рост описывается функцией
где
es = 1 + /;
/— эффективная нормированная ставка.
Интенсивность роста в этом случае постоянна, т.е. <5(/) = 8 — const во
■ всей области определения процесса. При этом функции роста и дисконтирования имеют вид , .
и
v(t)-Q Х >.
В частности, для непрерывной модели накопительного счета
и в случае f = О Аналогично
*(/,) = ^,(5(/)) = 5(0е^м->
и для Т{) = О
s0 = pv0(s(t)) = s(t)v(t)=s(t)c*.
Пример 9.3. Пусть интенсивность роста (в годовой шкале) 0,09. Найти:
а) накопленную стоимость за два года суммы .^500;
б) текущую (приведенную) стоимость суммы М2000, отнесенной к кониу 5-го года.
Решение.
а) 5, = 500еида2 = 604,62(Л>;
б) Su 2000e-,W9-5 = Ш5,26( :#).
Мы вывели соотношение (9.15) в случае непрерывной интенсивности роста S(t), что равносильно непрерывной дифференцируемое™ S(t) и a{tv Г,). Однако это равенство остается справедливым и в более общих случаях, в частности для кусочно-гладких функций S{t).
Пусть
л
[*о> + °°) = и[т*-и^)
и функция 8(f) кусочно-непрерывна относительно этого разбиения. Иными словами, 8(f) непрерывна на интервале (тк , тк) и существуют односторонние конечные пределы в концах этих промежутков. Тогда формула
Л,
с(/„г2) = ехр J8(t)6t
определяет кусочно-гладкую нормированную и транзитивную функцию роста. Так, если S(t) — кусочно-постоянная функция:
то для получим
ё1 при/0=т0</<т,; >2 приг,</<т2; )3 приг2<ґ<т3;
<S„ '.При !„_!</<°о,
где h = г т ..
Как следствие этой формулы, в частности, получаем
j(/)=,s(On^c
(9.16)
ї=і
Если іА — эффективная нормированная ставка на промежутке
и формула (9.16) переходит в формулу (8.17). Пример 9.4. Пусть
0,01 при0</<1; 0,05 при1<г<5; 0,08 при5</<10; 0,2 при/>10.
Найти коэффициент роста, соответствующий этой интенсивности. Решение. Так как /0 = 0, то
a{t) = в(0, /).
Для 0 < / < 1 имеем
д(г) = ехр ]о,ОЫт
0.0ІГ
= е
Для 1 </< 5
a(t) = ехр
Jo,01dr + Jo,05dT
0.01 0.05(Ы) 0,01+0.05(^-1)
=е е =е .
Для 5<г< 10
a(t) = ехр
J0,01dT + |0,05dT+|0,08dT
= ехр[0,01 +0,05-4 + 0,08(ґ-5)] = ^2]+°m^.
Наконец, если t > 10, то
а (/) = ехр
1 5 [О і
Jo,01dr + J0,05dT + j0,08dr + J0,2dr
откуда
и,следовательно,
і/я»
В общем случае за любой период Л коэффициент роста
a(h) = а(0, h) = e5h.
С другой стороны,
о, = 1 + L
поэтому
V)='
е^-1 А
Аналогично выражается единичный коэффициент дисконтирования
Коэффициент дисконтирования за произвольный период к
_ е-5А
п
Эти равенства определяют, в свою очередь, нормированную учетную ставку
d = 1-е"5
и учетную ставку за период h
d=-v=e~Sh.
h ( h
Пример 9.5, Интенсивность роста в годовой шкале равна 0,1 для всех г. Найти номинальные и фактические (за период) процентные и учетные ставки по вкладам: а) на 7 дней; б) 1 мес; в) 6 мес.
Решение. Поскольку
/Л=с**-1; 4=1-е-Л; iw=Uh; dh]=dh/h,
то для: а)
/А-=е^ -1 = 0,00192; dh=-t* =0,001916; /(Л) = 0,1001; d[h) = 0,0999;
б) =
/д =е^ -1 =0,0084; dh = 1-е~^ =0,0083; /(,.= 0,1004; rf(4)= 0,0996;
в) h = \:
ih=t? -1=0,0513; dh=l-e~^ =0,0478; =0,1025; </(А} = 0,0975.
Таким образом, использование интенсивности роста (силы процентов) позволяет получить простые выражения как для самого процесса роста, так и для всех видов ставок и характеризующих его коэффициентов, а также легко переходить к общему случаю переменных ставок. В последнем случае достаточно просто считать интенсивность переменной. Благодаря этим обстоятельствам в финансовом анализе модели роста задаются с помощью интенсивности. В следующей главе будет рассмотрена одна из таких моделей.
Вопросы и упражнения
Дайте определения средней скорости и средней и мгновенной интенсивноетей финансового процесса S{i).
Как связана интенсивность процентного роста с различными типами ставок, описывающих процесс накопления?
Докажите, что коэффициент роста и интенсивность для предельного процесса
1іт5^т'(г), где ^'"'(О — процесс роста по/л-кратно начисляемой номинальной ставке
/(я) =гу} совпадают с пределами коэффициента роста и интенсивности процесса S{"'- ) при т —> 00.
Какой вид имеет интенсивность роста по схеме простых процентов?
Докажите, что процесс роста с постоянной интенсивностью совпадает с процес-сом роста в схеме сложных процентов.
Задачи
1. Пусть S(t) = г V. Найдите среднюю скорость и среднюю интенсивность на отрезке [О, 11. Найдите мгновенную интенсивность в момент/= I.
. 2. Докажите, что для непрерывного дважды дифференцируемого процесса S(t) справедливо уравнение ,
где a(t) — одномерный коэффициент роста.
Величина S(t) фонда представляет собой квадратичную функцию. За первые полгода фонд увеличился на 20\%, а за год — на 80\%. Найдите интенсивность роста в конце года.
Пусть два фонда имеют одинаковые начальные состояния. Накопление в нервом фонде осуществляется по схеме простых процентов, а во втором — по схеме сложных процентов по той же ставке. Найти момент времени, в который разность между состояниями (накоплениями) первого и второго фондов будет максимальной.
Рост активов фонда А осуществляется по постоянной простой учетной ставке 5\%, а рост активов фонда Б — по простой процентной ставке 10\%. В какой момент времени интенсивности роста этих фондов совпадут?
Фонд растет с интенсивностью S(t) ~ 0,05г, 0 < г < 1, Найдиге эквивалентную ставку роста за период [0, 1 ].
Начальная величина фонда .#100 000. Найдите величину фонда*н конце 20-ю года, если интенсивность роста 6(г) = 0,05/(1 + t)2.
24-5169
Обсуждение Финансовая математика
Комментарии, рецензии и отзывы