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Forum "Uni-Finanzmathematik" - Induktionsbeweis
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Induktionsbeweis: Tipp
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 16:03 Sa 14.01.2023
Autor: rosimosi

Aufgabe
[mm] P_{z}(n,T)= \frac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n)}\cdot \prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)} [/mm]
für alle n [mm] \in [/mm] {0,...,T} und z [mm] \in [/mm] {0,...,n}
zu zeigen: n -> n+1

Hallo,
die Gleichung ist auch gleichzeitig meine Induktionsvoraussetzung.
Ich muss das ganze nun für n+1 zeigen.
Den Ansatz habe ich schon aufstellen können.Als Hinweis: [mm] \frac{P_{z-1}(n,T)}{P_{z-1}(n,n+1)}\cdot [/mm] h(T-(n+1)) hat der Professor vorgegeben. Ich muss mit diesem Term den Induktionsschritt beginnen. Mein Ansatz siehtso aus:
Induktionsschritt:
[mm] P_{z}(n+1,T)= \frac{P_{z-1}(n,T)}{P_{z-1}(n,n+1)}\cdot h(T-(n+1))=\frac{\frac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n)}\cdot\prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}{\frac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}\cdot [/mm] h(T-(n+1))

Ab hier weiss ich nicht mehr weiter :/. Wie kann ich denn mit zwei Produktzeichen arbeiten? Wäre sehr nett, wenn ich einen Tipp kriegen könnte.

Die Indukstionsbehauptung ist:
[mm] P_{z}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n+1-z,T)}{P_{0}(n+1-z,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-(n+1)+k)}{h(k)} [/mm]

Ich habe diese Frage auch in folgenden Foren auf anderen Internetseiten gestellt:
https://www.matheboard.de/thread.php?threadid=603860

        
Bezug
Induktionsbeweis: Bedeutung ?
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 17:15 Sa 14.01.2023
Autor: Al-Chwarizmi

Hallo rosimosi,

könntest du uns (ev. als kleine Motivation) eine Idee davon übermitteln,
was die hier vorkommenden Funktionen  $ [mm] P_z(n,T)$ [/mm] und  $h(k)$  inhaltlich bedeuten ?
Ganz ohne Vorstellung davon ist das Ganze schon eine sehr abstrakte Übung .....

LG ,    Al-Chw.

Bezug
                
Bezug
Induktionsbeweis: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 20:49 Sa 14.01.2023
Autor: rosimosi

Hallo Al-Chwarizmi,

Ich stelle in meiner Arbeit das Zinsstrukturmodell von Ho und Lee vor. Ho und Lee haben für ihr Modell aus einer risikolosen NKA (Nullkuponanleihe) ausgehend von der Diskontierungsfunktion [mm] $P_{z}(t,T)$ [/mm] in $t=0$ multipliziert mit einer Störfunktion konstruiert.
$ [mm] P_z(n,T) [/mm] $ gibt in einem Binomialmodell den Zerobondpreis in Periode n nach z Aufwärtsbewegungen.

Im mehrperiodgen Binomialmodell ist der Preis einer NKA in Periode n nach z Aufwärtsbewegungen:

[mm] P_{z}(n,T)= \dfrac{P_{z-1}(n-1,T)}{P_{z-1}(n-1,n)}\cdot h(T-n)\\ [/mm]
= [mm] \dfrac{P_{z-2}(n-2,T)}{P_{z-2}(n-2,n)}\cdot \dfrac{h(T-n+1)\cdot h(T-n)}{h(1)}\\ [/mm]
= [mm] \dfrac{P_{z-3}(n-3,T)}{P_{z-3}(n-3,n)}\cdot\dfrac{h(T-n+2)\cdot h(T-n+1) \cdot h(T-n)}{h(2) \cdot h(1)} \\ [/mm]
= [mm] \dfrac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n)}\cdot\dfrac{h(T-n+z-1)\cdots h(T-n)}{h(z-1) \cdots h(1)} [/mm]

und über dieses rekursive Einsetzen muss ich in ein Induktionsbeweis durchführen.


Bezug
        
Bezug
Induktionsbeweis: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 17:14 Mo 16.01.2023
Autor: meili

Hallo rosimosi,

[willkommenmr]

> [mm]P_{z}(n,T)= \frac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n)}\cdot \prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}[/mm]
>  
> für alle n [mm]\in[/mm] {0,...,T} und z [mm]\in[/mm] {0,...,n}
>  zu zeigen: n -> n+1

>  Hallo,
> die Gleichung ist auch gleichzeitig meine
> Induktionsvoraussetzung.
>  Ich muss das ganze nun für n+1 zeigen.
> Den Ansatz habe ich schon aufstellen können.Als Hinweis:
> [mm]\frac{P_{z-1}(n,T)}{P_{z-1}(n,n+1)}\cdot[/mm] h(T-(n+1)) hat der
> Professor vorgegeben. Ich muss mit diesem Term den
> Induktionsschritt beginnen. Mein Ansatz siehtso aus:
>  Induktionsschritt:
>  [mm]P_{z}(n+1,T)= \frac{P_{z-1}(n,T)}{P_{z-1}(n,n+1)}\cdot h(T-(n+1))=\frac{\frac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n)}\cdot\prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}{\frac{P_{0}(n-z,T)}{P_{0}(n-z,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}\cdot[/mm]
> h(T-(n+1))

Es ist nicht leicht, bei den Indices und Variablen durchzublicken.
Deshalb nochmal für [mm] $P_{z-1}(n,T)$ [/mm] und [mm] $P_{z-1}(n,n+1)$ [/mm] eingesetzt analog zu der zu beweisenden Formel und danach etwas zusammengefasst:

[mm] $P_{z-1}(n,T) [/mm] =  [mm] \frac{P_{0}(n-(z-1),T)}{P_{0}(n-(z-1),n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)} [/mm] =  [mm] \frac{P_{0}(n-z+1),T)}{P_{0}(n-z+1,n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)} [/mm] = [mm] \frac{P_{0}(n+1-z),T)}{P_{0}(n+1-z,n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}$ [/mm]

[mm] $P_{z-1}(n,n+1) [/mm] = [mm] \frac{P_{0}(n-(z-1),n+1)}{P_{0}(n-(z-1),n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h((n+1)-n+k)}{h(k)} [/mm] = [mm] \frac{P_{0}(n-z+1, n+1)}{P_{0}(n-z+1), n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(k+1)}{h(k)} [/mm] = [mm] \frac{P_{0}(n+1-z, n+1)}{P_{0}(n+1-z), n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(k+1)}{h(k)}$ [/mm]

>  

Macht dann aus deinem Ansatz:

[mm]P_{z}(n+1,T)= \frac{P_{z-1}(n,T)}{P_{z-1}(n,n+1)}\cdot h(T-(n+1)) = \frac{\frac{P_{0}(n+1-z),T)}{P_{0}(n+1-z,n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}{ \frac{P_{0}(n+1-z, n+1)}{P_{0}(n+1-z), n)}\cdot \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(k+1)}{h(k)}}\cdot h(T-(n+1)) = [/mm]

Bei dem Doppelbruch kann man mit dem Kehrwert multiplizieren.
Bei den Produkten könnte man anfangen, sie ansatzweise auszuschreiben,
um zusehen was sich kürzen lässt.

$ = [mm] \frac{P_{0}(n+1-z),T)}{P_{0}(n+1-z, n+1)} \cdot \frac{\left( \prod_{k=0}^{(z-1)-1}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}\right)\cdot h(T-(n+1))}{\frac{h(1)}{h(0)}\cdot \frac{h(2)}{h(1)} \cdot \ldots \cdot \frac{h(z-1)}{h(z)}} [/mm]  $

> Ab hier weiss ich nicht mehr weiter :/. Wie kann ich denn
> mit zwei Produktzeichen arbeiten? Wäre sehr nett, wenn ich
> einen Tipp kriegen könnte.
>  
> Die Indukstionsbehauptung ist:
>  [mm]P_{z}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n+1-z,T)}{P_{0}(n+1-z,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{z-1}\frac{h(T-(n+1)+k)}{h(k)}[/mm]
>  
> Ich habe diese Frage auch in folgenden Foren auf anderen
> Internetseiten gestellt:
>  https://www.matheboard.de/thread.php?threadid=603860

Ich habe es nicht weiter gerechnet, aber wenn weitere Fragen auftauchen
nur zu.

Gruß
meili

Bezug
                
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Induktionsbeweis: Dankeee!
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 19:49 Mo 16.01.2023
Autor: rosimosi

Hallo meili,
herzlichen Dank. Du kannst Dir nicht vorstellen, wie glücklich ich gerade bin. Ich habe endlich das richtige heraus.
Vielen Dank!

Bezug
                
Bezug
Induktionsbeweis: Rückfrage
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 17:54 Di 17.01.2023
Autor: rosimosi

Aufgabe
Den Induktionsschritt für $z=0$ durchführen.

Hallo,
ich habe noch eine Frage.
Und zwar ist dieser Induktionsbeweis für $z>0$ durchgeführt worden. Bei einer Fallunterscheidung müsste ich noch für $z=0$ den Induktionsschritt berechnen müssen.
Wie würde der Induktionsschritt denn aussehen, wenn ich die Induktion für $z=0$ durchführen möchte?


Meine Überlegung:
ich setze schon am Anfang $z=0$:
Die Induktionsbehauptung für $z=0$ würde dann so aussehen:
$ [mm] P_{0}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n,T)}{P_{0}(n,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{-1}\frac{h(T-(n+1)+k)}{h(k)}= \frac{P_{0}(n,T)}{P_{0}(n,n+1)} \cdot [/mm]  $

und der Induktionsschritt so:
$ [mm] P_{0}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n,T)}{P_{0}(n,n+1)}\cdot [/mm] h(T-(n+1)) = [mm] \frac{\frac{P_{0}(n),T)}{P_{0}(n,n)}\cdot \prod_{k=0}^{(-1)}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}{ \frac{P_{0}(n, n+1)}{P_{0}(n), n)}\cdot \prod_{k=0}^{(-1}\frac{h(k+1)}{h(k)}}\cdot [/mm] h(T-(n+1)) = $

Das Problem ist dann aber, dass ich auf diese Weise eigentlich die Induktionsvoraussetzung nicht benutzen kann und im Doppelbruch das Produktzeichen gleich 1 ist.

Bezug
                        
Bezug
Induktionsbeweis: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 07:42 Do 19.01.2023
Autor: meili

Hallo rosimosi,

> Den Induktionsschritt für [mm]z=0[/mm] durchführen.
>  Hallo,
> ich habe noch eine Frage.
> Und zwar ist dieser Induktionsbeweis für [mm]z>0[/mm] durchgeführt
> worden. Bei einer Fallunterscheidung müsste ich noch für
> [mm]z=0[/mm] den Induktionsschritt berechnen müssen.
>  Wie würde der Induktionsschritt denn aussehen, wenn ich
> die Induktion für [mm]z=0[/mm] durchführen möchte?
>  
>
> Meine Überlegung:
>  ich setze schon am Anfang [mm]z=0[/mm]:
>  Die Induktionsbehauptung für [mm]z=0[/mm] würde dann so
> aussehen:
>  [mm]P_{0}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n,T)}{P_{0}(n,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{-1}\frac{h(T-(n+1)+k)}{h(k)}= \frac{P_{0}(n,T)}{P_{0}(n,n+1)} \cdot [/mm]

Würde die Induktionsbehauptung für [mm]z=0[/mm]  so aussehen (rein formal):

  [mm]P_{0}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n+1,T)}{P_{0}(n+1,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{-1}\frac{h(T-(n+1)+k)}{h(k)}= \frac{P_{0}(n+1,T)}{P_{0}(n+1,n+1)} [/mm] ?

Rein formal wäre der Induktionsanfang für $n=0$ und $z=0$:

[mm] $P_0(0,T) [/mm] = [mm] \frac{P_0(0,T)}{P(0,0)}$ [/mm]

>  
> und der Induktionsschritt so:
>  [mm]P_{0}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n,T)}{P_{0}(n,n+1)}\cdot h(T-(n+1)) = \frac{\frac{P_{0}(n),T)}{P_{0}(n,n)}\cdot \prod_{k=0}^{(-1)}\frac{h(T-n+k)}{h(k)}}{ \frac{P_{0}(n, n+1)}{P_{0}(n), n)}\cdot \prod_{k=0}^{(-1}\frac{h(k+1)}{h(k)}}\cdot h(T-(n+1)) =[/mm]
>  
> Das Problem ist dann aber, dass ich auf diese Weise
> eigentlich die Induktionsvoraussetzung nicht benutzen kann
> und im Doppelbruch das Produktzeichen gleich 1 ist.

Das Problem ist, dass in der Induktionsbehauptung kein n-1 vorkommt,
dann könnte man von n auf n+1 schließen.
Würde es inhaltlich sinnvoll sein, dass z Null bleibt, aber n wächst?
Das wären dann mehrere Perioden ohne eine Aufwärtsbewegung davor.
Gibt es Formeln für diesen Fall?

Gruß
meili

Bezug
                                
Bezug
Induktionsbeweis: Vermutung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 19:22 Fr 20.01.2023
Autor: rosimosi

Hallo meili,

meine Induktionsbehauptung sieht auch genauso aus
$ [mm] P_{0}(n+1,T)= \frac{P_{0}(n+1,T)}{P_{0}(n+1,n+1)}\cdot \prod_{k=0}^{-1}\frac{h(T-(n+1)+k)}{h(k)}= \frac{P_{0}(n+1,T)}{P_{0}(n+1,n+1)} [/mm] $
Ich hatte meine Fehler, Dank Ihrer Hilfe, gefunden und verbessert. :)

Ich habe eine Vermutung, wie ich die Aufgabe lösen könnte.
Anscheinend muss ich die Induktionsbehauptung $z=0$ setzen und dann im Induktionsschritt weiter mit $z=0$ rechnen und vergleichen, ob beide Lösungen gleich sind. Und nach meinen Rechnungen kommt auch dasselbe heraus.

> Gibt es Formeln für diesen Fall?

Es gibt eine Formel für die Abwärtsbewegung im Ho-Lee Modell.
Im Binomialbaum von Ho und Lee gibt es nämlich einen Zweig, bei dem der Zustand z immer 0 ist, keine Aufwärtsbewegungen vorhanden sind.
Ich vermute, dass ich deswegen eine Fallunterscheidung durchführen musste.
Denn alle anderen Zweige haben mindestens eine Aufwärtsbewegung.


Ich danke Ihnen sehr für Ihre Rückmeldung. :)

Freundliche Grüße
rosimosi

Bezug
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