Appendices
부록 (Appendix)
[부록 1] 투자비중 제약 변경 이후의 가치함수(Va) 및 최적투자전략(πta) 유도 과정
[부록 1-1] Case 1-1
본문의 수식 (21)을 수식 (19)에 대입하기 위해서, t와 F에 대해서 미분을 수행하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다:
수식 (19)에 수식 (A.1) ~ (A.3)까지를 대입하면 결과는 수식 (A.4)와 같이 도출된다:
LR(t)의 정의로부터, LR′(t)LR(t)=L′(t)L(t)가 성립하고, 양변을(1-γ)Va로 나누어주면, 수식 (A.5)와 같이 η1a의 식을 얻을 수 있다:
[부록 1-2] Case 1-2
위의 [부록 1-1]에서 유도한 것과 큰 차이는 존재하지 않는다. 수식 (A.1) ~ (A.3)까지를 수식 (20)에 대입하면,
이를 정리하면 η2a의 식을 얻을 수 있다:
[부록 2] 투자비중 제약 변경 이전의 가치함수(Vb) 및 최적투자전략(πtb) 유도 과정
해당 경우에서 가능한 최적 자산배분 비중(πtb, πta)의 조합은 각 시점의 투자비중 제약조건과 Merton Solution 간의 대소 관계에 의해서 총 4가지가 존재할 수 있다. πtb의 각각의 경우에 따라서 수식 (26)이 사용될지 수식 (27)이 사용될지가 결정되며, πta의 각각의 경우에 대해서 Va의 형태가 바뀌게 된다.
[부록 2-1] (πtb, πta)= (πMb, πMa)의 경우
πtb= πMb이므로, 수식 (26)이 사용되어야 하며, πta= πMa이므로 수식 (22)의 ηa의 값 중η1a가 사용되어야 한다. 수식 (26)에 대입하기 위해서 Vb의 편미분을 수행하면 다음과 같은 관계들을 얻을 수 있다:
또한, Va와 Vb의 관계는 다음과 같다:
위의 (A.8) ~ (A.11)까지의 관계식을 수식 (26)에 대입하면, 아래 식과 같이 식이 정리된다:
수식 (A.12)의 양변을 Vb로 나누고, LR(t)의 정의로부터 유도되는 LR′(t)LR(t)=L′(t)L(t)를 사용하여 각 식을 정리하면, η˜ij에 관한 1차 상미분방정식을 얻을 수 있다:
여기서 η1b와 c를 수식 (A.14)와 (A.15)와 같이 정의하면,
수식 (A.13)의 형태가 수식 (A.16)과 같이 바뀌게 된다:
이를 풀기 위해서 적분 인자(Integrating Factor) 방법을 활용 할 수 있고, 1차 상미분 방정식의 해를 구하면 수식 (A.17)과 같이 해를 구할 수 있게 된다:
[부록 2-2] (πtb, πta) = (πMb, ka)의 경우
해당 절은 [부록 2-1] 절과 전반적으로 동일한 과정을 거친다. 같은 HJB Equation을 사용하며, 유일한 차이점은 HJB Equation에 사용되는 Va에 들어가는 모수 ηa로η2a가 사용된다는 것이다. 따라서 해당 부분의 계산을 동일하게 수행하면, 수식 (A.18)의 결과를 얻을 수 있다:
[부록 2-3] (πtb, πta) = (kb, πMa)의 경우
위의 [부록 2-1], [부록 2-2] 절과 본 [부록 2-3] 절의 가장 큰 차이점은 Vb의 HJB equation의 형태가 달라진 것이다. 수식 (A.8) ~ (A.11)을 수식 (27)에 대입하고, 계산을 수행하면, 다음과 같은 η˜ij에 관한 1차 상미분 방정식을 도출할 수 있다:
여기서, η2b와 c를 수식 (A.20), (A.21)과 같이 정의하면,
수식 (A.19)에서 주어진 1차 상미분 방정식은 다음과 같이 바뀌게 된다:
따라서 [부록 2-1]절에서 계산한 과정과 동일한 과정 수식 (A.22)에 적용하여 계산을 거치게 되면, 수식 (A.23)과 같은 결과를 도출할 수 있다:
[부록 2-4] (πtb, πta) = (kb, ka)의 경우
해당 절에서의 풀이는 [부록 2-3]절에서의 과정과 동일하며, Va에 사용되는 ηa가η2a가 되었다는 점 이외에 차이가 존재하지 않는다. 따라서 결과는 수식 (A.24)와 같이 주어진다:
[부록 3] PCER 계산식 유도 과정
본문의 수식 (34)에서 정의된 PCER의 식을 수식 (28)에 정리된 Vb의 형태와 수식 (29)에서 계산된 η˜ij를 대입하여 명시적으로 표현하면 다음과 같다:
위 식에서 μ, σ, r, k가 정해져있다면, 아래첨자 i와 j의 값이 정해지게 되며, 따라서 수식 (A.25)의 우변에 존재하는 식의 형태가 정해진다. 한편, 좌변의VNPC의 형태는 μavg, σ2avg, kb, ravg와 α의 값의 관계에 따라 얻어지게 된다.
[부록 3-1] VNPC가 수식 (21)의 Va의 형태를 따르며, 모수로 ηa =η1a를 사용하는 경우
VNPC의 형태가 수식 (21)에 주어진 함수의 형태에 모수로ηa=η1a의 형태를 사용하려면, α는 수식 (A.26)과 같은 범위를 만족해야 한다:
해당 범위를 만족함을 가정한 상황에서, 수식 (A.25)를 전개하면,
이 때, LR(0)1−γF1−γ1−γ는 0이 아니므로, 수식 (A.27)의 양변을 나누어주게 되면,
여기서, ηavga의 형태는 η1a와 동일하므로 다음과 같이 정의된다:
또한, 수식 (A.28)의 우변에 사용된 η˜ij에 수식 (33)의 정의를 사용하여 대입하면, 수식 (A.30)과 같은 식을 얻을 수 있다:
위 식의 우변을 fij라 정의하면 이는 수식 (36)에서의 정의와 일치하며, 양변에 자연 로그를 취한 뒤, 수식 (A.29)를 대입하여 α에 대하여 정리하면, 아래의 수식 (A.31)과 같은 결과가 도출된다:
한편, 수식 (A.26)에서 주어진 조건을 만족하기 위해서는 + 부호의 경우만 성립 가능하고, α의 값이 lower bound보다 크고, upper bound를 넘지 않는 ln(fij)(1−γ)T의 범위를 찾으면, 그 범위는 수식 (A.32)와 같다:
[부록 3-2] VNPC가 수식 (21)의Va의 형태를 따르며, 모수로 ηa=η2a를 사용하는 경우
수식 (21)에 모수 ηa로η2a의 식을 사용하기 위해서는
와 같은 조건이 필요하다. 수식 (A.33)의 조건을 만족한다고 가정하면, 아래와 같이 η2a의 식에 평균 모수를 대입한 ηavga의 식은
와 같이 주어진다. [부록 3-1]절의 수식 (A.27), (A.28), (A.30)의 과정을 동일하게 거친 후, fij의 정의를 활용하여 식을 정리하면 다음과 같은 PCER α의 식을 구할 수 있다:
또한, 수식 (A.35)의 PCER이 정의되기 위한 조건 (A.33)을 만족시키는 ln(fij)(1−γ)T의 범위를 구하면, 수식 (A.36)과 같고, 이는 본문의 결과와 같다:
[부록 4] 부채가 자산과 같은 리스크에 노출된 경우의 닫힌 해
보다 일반적인 경우를 고려하기 위해서 부채가 기하브라운운동을 따르고 자산과 같은 리스크를 가진다고 가정하였을 때, 본 연구의 결과를 정리하였다. 본문의 수식 (6)에서 정의한 부채의 프로세스 식을 수정하여 수식 (A.37)과 같이 정리할 수 있다:
일반적으로는 주가의 임의성을 설명하는 dWtS와 상관계수 ρ를 가지는 또 다른 기하브라운운동을 부채의 모형에 사용하는 것이 바람직하지만, 그렇게 할 경우 시장의 완비성(completeness)이 깨지게 되어 본 연구에서와 같이 닫힌 해 형태로 해를 구할 수 없고 문제의 풀이가 어려워진다고 알려져 있다. 본 연구에서는 이와 같은 모형에서 부채가 확률과정을 따르면서 닫힌 해를 구할 수 있는 경우인 부채와 자산의 리스크가 동일한 원천(source)에서 기인하는 경우를 가정하였다.
수식 (A.37)과 같이 부채의 프로세스를 특수한 경우로 한정하여 정리하였다. 이토 정리(Ito’s Formula)를 사용해서 본문의 방법론과 비슷하게 적립 비율 F(t)의 프로세스를 유도할 수 있는데, 이는
와 같이 표현된다. 이를 사용하여 HJB equation을 유도하면, 수식 (15), (16)의 일반화된 HJB equation (수식 (A.39, A.40))을 얻을 수 있다:
Case 1: t>τ
Case 2: t≤qtau
위 수식 (A.39), (A.40)을 통해 FOC를 사용하면, 최적투자전략 πtb, πta를 각각 도출할 수 있다. 이때, 본문의 수식 (18), (25)와 같이 πaM,t, πbM,t를 각각 정의하고 McCarthy and Miles(2013), Giamouridis et al.(2017)에서 고려한 바와 같이 부채위험 헷징 비중 πbL,t ,πaL,t를 다음과 같이 정의하면, 최적투자전략 πtb, πta를 수식 (A.41)에서와 같이 표현할 수 있다:
위 수식 (A.41)의 경우를 나누어 [부록 1], [부록 2]에서 유도한 과정을 가치 함수에 대한 형태 가정만 1) Va의 경우, Va(t,F)=eηa(1−γ)(T−t)F1−γ1−γ, 2) Vb의 경우, Vb(t,F)=η˜(t)F1−γ1−γ로 가정하면, 수식 (22)와 수식 (30)에서 정의된ηa, ηb의 일반화된 형태와 식을 얻을 수 있다:
그리고,
[부록 5] 투자비중 제약조건에 상한과 하한 모두 존재하는 모형
본 부록에서는 제약조건 변화 이후의 가치 함수 Va를 구하는 문제에서 투자비중 제약조건에 상한(ka¯)과 하한(ka_)이 있는 경우의 해를 구하려 한다. 이 때, 0≤ka_<ka¯≤1을 가정하였다. 이 때, 수식 (15)에서 주어진 HJB equation은
로 바뀌는데 이에 대해서도 최적 전략은 아래와 같이 얻어진다:
이러한 상황에서는 본문에서 가능한 경우를 2가지로 나눴던 것과 달리, 3가지로 나눠서 각각 HJB equation을 풀어야 하며, 이는 [부록 1]에서 제시한 풀이와 크게 다르지 않다. 또한, Vb에 대해서도 비슷한 식으로 해법이 도출될 수 있다.