diff --git a/P194 命题4/命题4.md b/P194 命题4/命题4.md new file mode 100644 index 0000000..7710f5b --- /dev/null +++ b/P194 命题4/命题4.md @@ -0,0 +1,154 @@ +### 1. 问题设定 + +已知全额投资组合 \(P\),构造 + + \[ +R_P(w) = R_F + w (R_P - R_F) +\] +其中 \(R_F = 1 + i_F\) 为常数。 + +我们要选择 \(w\) 来最小化 + + \[ +g(w) = E[R_P(w)^2] +\] + +--- + +### 2. 展开 \(g(w)\) + + + \[ +R_P(w) = R_F + w r_P +\] +其中 \(r_P = R_P - R_F\) 是超额收益,满足 \(E[r_P] = f_P\)(预期超额收益),\(\text{Var}(r_P) = \sigma_P^2\),且 \(R_F\) 与 \(r_P\) 独立(无风险利率固定)。 + +于是 + + \[ +g(w) = E[(R_F + w r_P)^2] +\] + + \[ += R_F^2 + 2w R_F E[r_P] + w^2 E[r_P^2] +\] +注意 \(E[r_P^2] = \text{Var}(r_P) + (E[r_P])^2 = \sigma_P^2 + f_P^2\)。 + +所以 + + \[ +g(w) = R_F^2 + 2w R_F f_P + w^2 (\sigma_P^2 + f_P^2) \tag{1} +\] + +--- + +### 3. 一阶条件求最优 \(w_P\) + +对 \(w\) 求导: + + \[ +g'(w) = 2 R_F f_P + 2w (\sigma_P^2 + f_P^2) = 0 +\] +解得 + + \[ +w_P = - \frac{R_F f_P}{\sigma_P^2 + f_P^2} \tag{2} +\] + +--- + +### 4. 用夏普比率表示 + +夏普比率 \(SR_P = \frac{f_P}{\sigma_P}\),所以 \(f_P = SR_P \cdot \sigma_P\)。 + +代入 (2): + + \[ +w_P = - \frac{R_F \cdot SR_P \cdot \sigma_P}{\sigma_P^2 + (SR_P \cdot \sigma_P)^2} +\] + + \[ += - \frac{R_F \cdot SR_P \cdot \sigma_P}{\sigma_P^2 (1 + SR_P^2)} +\] + + \[ += - \frac{R_F \cdot SR_P}{\sigma_P (1 + SR_P^2)} \tag{3} +\] +这就是书上的 (8A-38) 式,因为 \(R_F = 1 + i_F\)。 + +--- + +### 5. 最小化后的二阶矩值 + +将 \(w_P\) 代入 \(g(w)\): + +由 (1) 和 (2) 先算 \(w_P^2 (\sigma_P^2 + f_P^2)\) 与 \(2w_P R_F f_P\) 的关系。 + +由一阶条件: + + \[ +R_F f_P + w_P (\sigma_P^2 + f_P^2) = 0 \quad \Rightarrow \quad w_P (\sigma_P^2 + f_P^2) = - R_F f_P +\] +所以 + + \[ +2w_P R_F f_P = 2 R_F f_P \cdot \left[ - \frac{R_F f_P}{\sigma_P^2 + f_P^2} \right] = - \frac{2 R_F^2 f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} +\] + + \[ +w_P^2 (\sigma_P^2 + f_P^2) = \frac{R_F^2 f_P^2}{(\sigma_P^2 + f_P^2)^2} \cdot (\sigma_P^2 + f_P^2) = \frac{R_F^2 f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} +\] + +于是 + + \[ +g(w_P) = R_F^2 - \frac{2 R_F^2 f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} + \frac{R_F^2 f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} +\] + + \[ += R_F^2 - \frac{R_F^2 f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} +\] + + \[ += R_F^2 \left[ 1 - \frac{f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} \right] +\] + + \[ += R_F^2 \left[ \frac{\sigma_P^2 + f_P^2 - f_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} \right] +\] + + \[ += R_F^2 \cdot \frac{\sigma_P^2}{\sigma_P^2 + f_P^2} +\] +但 \(f_P^2 = SR_P^2 \sigma_P^2\),所以 + + \[ +\sigma_P^2 + f_P^2 = \sigma_P^2 (1 + SR_P^2) +\] +因此 + + \[ +g(w_P) = R_F^2 \cdot \frac{\sigma_P^2}{\sigma_P^2 (1 + SR_P^2)} = \frac{R_F^2}{1 + SR_P^2} \tag{4} +\] +这就是 (8A-39) 式。 + +--- + +### 6. 为什么选择夏普比率最大的 Q + +由 (4) 可知,最小化后的二阶矩 \(g(w_P) = \frac{R_F^2}{1 + SR_P^2}\)。 +显然 \(SR_P^2\) 越大,\(g(w_P)\) 越小。 + +所以,在所有全额投资组合 \(P\) 中,选择夏普比率绝对值最大的组合 \(Q\)(即 \(SR_Q^2\) 最大)时,用上述方法构造的组合 \(R_F + w_Q (R_Q - R_F)\) 会得到全局最小的 \(E[R^2]\),即它就是组合 \(S\)。 + +因此 + + \[ +R_S = R_F + w_Q (R_Q - R_F) +\] +其中 + + \[ +w_Q = - \frac{R_F \cdot SR_Q}{\sigma_Q (1 + SR_Q^2)} +\] +证毕。 \ No newline at end of file