P193 命题3
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@ -0,0 +1,214 @@
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### 组合S定义
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总收益定义为
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\[
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R_P = 1 + i_F + r_P
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\]
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其中 \( i_F \) 是无风险利率,\( r_P \) 是超额收益。
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无风险资产的总收益是
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\[
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R_F = 1 + i_F
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\]
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组合 \( S \) 是如下问题的最优解:
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\[
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\min E[R_P^2]
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\]
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其中 \( P \) 可包含风险资产与无风险资产。
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### 构造组合 \( P(w) \)
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取任意组合 \( P \),构造
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\[
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P(w) : \quad R_{P(w)} = R_S + w (R_P - R_S)
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\]
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定义
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\[
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g_P(w) = E[R_{P(w)}^2]
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\]
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代入得:
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\[
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g_P(w) = E[R_S^2] + 2w E[R_S(R_P - R_S)] + w^2 E[(R_P - R_S)^2]
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\]
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### 一阶条件
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因为 \( S \) 是最小值点,考虑 \( w=0 \) 对应组合 \( S \),应有
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\[
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g_P'(0) = 0
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\]
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计算导数:
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\[
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g_P'(w) = 2 E[R_S(R_P - R_S)] + 2w E[(R_P - R_S)^2]
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\]
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在 \( w=0 \) 时:
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\[
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g_P'(0) = 2 E[R_S(R_P - R_S)] = 0
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\]
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所以
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\[
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E[R_S(R_P - R_S)] = 0 \quad \text{对任意组合 } P
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\]
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即
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\[
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E[R_S R_P] = E[R_S^2] \tag{1}
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\]
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### 展开协方差形式
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\[
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E[R_S R_P] = \text{Cov}(R_S, R_P) + E[R_S] E[R_P]
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\]
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由 (1) 得:
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_P) + E[R_S] E[R_P] = E[R_S^2] \tag{2}
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\]
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### 对无风险组合 \( F \) 应用 (2)
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对 \( P = F \)(无风险组合),\( R_F = 1 + i_F \) 是常数,所以
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_F) = 0
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\]
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于是 (2) 给出:
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\[
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0 + E[R_S] R_F = E[R_S^2]
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\]
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即
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\[
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E[R_S^2] = E[R_S] R_F \tag{3}
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\]
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### 回到一般组合 \( P \)
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由 (2):
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_P) + E[R_S] E[R_P] = E[R_S^2]
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\]
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用 (3) 替换 \( E[R_S^2] \):
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_P) + E[R_S] E[R_P] = E[R_S] R_F
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\]
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所以
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_P) = E[R_S] (R_F - E[R_P]) \tag{4}
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\]
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### 用超额收益表示
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超额收益 \( r_P = R_P - R_F \),所以
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\[
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E[R_P] = R_F + E[r_P]
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\]
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代入 (4) 右端:
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_P) = E[R_S] (R_F - (R_F + E[r_P])) = - E[R_S] E[r_P] \tag{5}
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\]
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又
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\[
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R_S = R_F + r_S, \quad R_P = R_F + r_P
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\]
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所以
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\[
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\text{Cov}(R_S, R_P) = \text{Cov}(R_F + r_S, R_F + r_P) = \text{Cov}(r_S, r_P)
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\]
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因为 \( R_F \) 是常数。
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于是 (5) 变为:
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\[
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\text{Cov}(r_S, r_P) = - E[R_S] E[r_P] \tag{6}
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\]
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### 解出 \( E[r_P] \)
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由 (6):
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\[
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E[r_P] = \frac{-1}{E[R_S]} \text{Cov}(r_P, r_S)
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\]
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记
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\[
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\phi = \frac{-1}{E[R_S]} = \frac{-1}{E[1 + i_F + r_S]}
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\]
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则
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\[
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E[r_P] = \phi \, \text{Cov}(r_P, r_S) \tag{8A-28}
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\]
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### 证明 (8A-29) 第二个等式
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由 (3) 得
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\[
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E[R_S] R_F = E[R_S^2] = \sigma_S^2 + (E[R_S])^2
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\]
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所以
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\[
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\sigma_S^2 = E[R_S] R_F - (E[R_S])^2 = E[R_S] (R_F - E[R_S])
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\]
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定义 \( f_S = E[r_S] = E[R_S] - R_F \),则
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\[
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R_F - E[R_S] = - f_S
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\]
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于是
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\[
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\sigma_S^2 = E[R_S] (-f_S)
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\]
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即
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\[
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E[R_S] = - \frac{\sigma_S^2}{f_S}
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\]
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因此
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\[
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\phi = \frac{-1}{E[R_S]} = \frac{-1}{-\sigma_S^2 / f_S} = \frac{f_S}{\sigma_S^2}
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\]
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得证。
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