Zugl.: Karlsruhe, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Hamburg, Univ., Diss., 2008.

Zugl.: Hamburg, Univ., Diss., 2008

Die stochastische Analysis gibt Methoden zur Erfassung und Beschreibung von zufälligen numerischen Prozessen an die Hand. Die Beschreibungen hängen dabei sehr stark von der Informationsstruktur ab, die den Prozessen in Gestalt von Filtrationen zugrunde gelegt wird. Der 1. Teil der vorliegenden Arbeit handelt davon, wie sich ein Wechsel der Informationsstruktur auf das Erscheinungsbild eines stochastischen Prozesses auswirkt. Konkret geht es darum, wie sich eine Filtrationsvergrößerung auf die Semimartingalzerlegung eines Prozesses auswirkt. In dem 2. und 3. Teil der Arbeit wird die Rolle von Information im finanzmathematischen Nutzenkalkül untersucht. Im 2. Teil werden unter der Annahme, dass der maximale erwartete Nutzen eines Händlers beschränkt ist, qualitative Erkenntnisse über den Preisprozess hergeleitet. Es wird gezeigt, dass endlicher Nutzen einige strukturelle Implikationen für die intrinsische Sichtweise hat. Im 3. Teil wird quantitativ untersucht, wie sich Information auf den Nutzen auswirkt. Aus extrinsischer Sicht werden Händler mit unterschiedlichem Wissen verglichen. Falls die Präferenzen durch die logarithmische Nutzenfunktion beschrieben werden, stimmt der Nutzenzuwachs mit der gemeinsamen Information zwischen dem zusätzlichen Wissen und dem ursprünglichen Wissen überein, wobei `gemeinsame Information' im Sinne der Informationstheorie verstanden wird. / Stochastic Analysis provides methods to describe random numerical processes. The descriptions depend strongly on the underlying information structure, which is represented in terms of filtrations. The first part of this thesis deals with impacts of changes in the information structure on the appearance of a stochastic process. More precisely, it analyses the consequences of a filtration enlargement on the semimartingale decomposition of the process. The second and third part discuss the role of information in financial utility calculus. The second part is of a qualitative nature: It deals with implications of the assumption that the maximal expected utility of an investor is bounded. It is shown that finite utility implies some structure properties of the price process viewed from the intrinsic perspective. The third part is of a quantitative nature: It analyzes the impact of information on utility. From an extrinsic point of view traders with different knowledge are compared. If the preferences of the investor are described by the logarithmic utility function, then the utility increment coincides with the mutual information between the additional knowledge and the original knowledge.

Der kontinuierliche Entwicklungsprozess der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) bietet in rascher Folge immer wieder neue Handlungsalternativen für die Unternehmen. Als ein Resultat dieser Entwicklung ist der inzwischen hohe Grad der Globalisierung der Wirtschaft zu interpretieren. Derartige Veränderungen der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zwingen insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) zu Überlegungen, wie mit dieser Entwicklung mitgehalten werden kann. Durch die i.d.R. sehr begrenzten finanziellen Möglichkeiten, einer tendenziell schlechteren Infrastruktur sowie die Beschränkung auf nur wenige Kernkompetenzen haben viele KMU Schwierigkeiten, mit den großen Konzernen zu konkurrieren. Aus diesem Grund gilt es, dass KMU auf ihre spezifischen Stärken wie schnelle Reaktionsfähigkeit und schlanke Organisationsstruktur setzen. Daher entscheiden sich zahlreiche KMU für eine Teilnahme in Netzwerken. Das Ziel derartiger unternehmensübergreifender Wertschöpfungsverbünde besteht in der Herstellung weltweit konkurrenzfähiger Produkte durch intensive kompetenzorientierte Kooperation. Dieser Ansatz wurde in der Realität bereits in zahlreichen Fällen verwirklicht. Neben dieser praxisorientierten Sicht stellen Netzwerke (und insbesondere Produktionsnetzwerke) auch ein interessantes und vielschichtiges Forschungsgebiet dar. Diesbezügliche Arbeiten konzentrieren sich entweder auf einzelne Teilbereiche wie zum Beispiel Organisation, Recht, Technik, Logistik oder Controlling oder aber stellen eine umfassende generelle Konzeption in den Mittelpunkt der Betrachtungen. Vorliegender Beitrag stellt einführend für ein theoretisch fundiertes Basiskonzept das Modell des „Hierarchielosen Regionalen Produktionsnetzes“ sowie das dafür entwickelte Betreiberkonzept „Extended Value Chain Management“ (EVCM) vor. Auf der Basis dieses Ansatzes erfolgt die konzeptionelle Beschreibung eines geeigneten Gewinnverteilungsmodells unter Berücksichtigung von Anreiz- und Sanktionsmechanismen für die Netzwerkteilnehmer. Als Hauptziel wird in diesem Zusammenhang die Maximierung des Nutzens für das gesamte Produktionsnetz formuliert.

Der kontinuierliche Entwicklungsprozess der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) bietet in rascher Folge immer wieder neue Handlungsalternativen für die Unternehmen. Als ein Resultat dieser Entwicklung ist der inzwischen hohe Grad der Globalisierung der Wirtschaft zu interpretieren. Derartige Veränderungen der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zwingen insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) zu Überlegungen, wie mit dieser Entwicklung mitgehalten werden kann. Durch die i.d.R. sehr begrenzten finanziellen Möglichkeiten, einer tendenziell schlechteren Infrastruktur sowie die Beschränkung auf nur wenige Kernkompetenzen haben viele KMU Schwierigkeiten, mit den großen Konzernen zu konkurrieren. Aus diesem Grund gilt es, dass KMU auf ihre spezifischen Stärken wie schnelle Reaktionsfähigkeit und schlanke Organisationsstruktur setzen. Daher entscheiden sich zahlreiche KMU für eine Teilnahme in Netzwerken. Das Ziel derartiger unternehmensübergreifender Wertschöpfungsverbünde besteht in der Herstellung weltweit konkurrenzfähiger Produkte durch intensive kompetenzorientierte Kooperation. Dieser Ansatz wurde in der Realität bereits in zahlreichen Fällen verwirklicht. Neben dieser praxisorientierten Sicht stellen Netzwerke (und insbesondere Produktionsnetzwerke) auch ein interessantes und vielschichtiges Forschungsgebiet dar. Diesbezügliche Arbeiten konzentrieren sich entweder auf einzelne Teilbereiche wie zum Beispiel Organisation, Recht, Technik, Logistik oder Controlling oder aber stellen eine umfassende generelle Konzeption in den Mittelpunkt der Betrachtungen. Vorliegender Beitrag stellt einführend für ein theoretisch fundiertes Basiskonzept das Modell des „Hierarchielosen Regionalen Produktionsnetzes“ sowie das dafür entwickelte Betreiberkonzept „Extended Value Chain Management“ (EVCM) vor. Auf der Basis dieses Ansatzes erfolgt die konzeptionelle Beschreibung eines geeigneten Gewinnverteilungsmodells unter Berücksichtigung von Anreiz- und Sanktionsmechanismen für die Netzwerkteilnehmer. Als Hauptziel wird in diesem Zusammenhang die Maximierung des Nutzens für das gesamte Produktionsnetz formuliert.

Gegenstand der vorliegenden Dissertation sind stochastische Kontrollprobleme, denen sich Agenten im Zusammenhang mit Entscheidungen auf Finanzmärkten gegenübersehen. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Maximierung des erwarteten Nutzens des Endvermögens eines Finanzmarktinvestors. Für den Investor ist eine Beschreibung der optimalen Handelsstrategie, die zur numerischen Approximation geeignet ist sowie eine Stabilitätsanalyse der optimalen Handelsstrategie bzgl. kleinerer Fehlspezifikationen in Nutzenfunktion und Anfangsvermögen, von höchstem Interesse. In stetigen Marktmodellen beweisen wir Stabilitätsresultate für die optimale Handeslsstrategie in geeigneten Topologien. Für hinreichend differenzierbare Nutzenfunktionen und zeitstetige Marktmodelle erhalten wir eine Beschreibung der optimalen Handelsstrategie durch die Lösung eines Systems von stochastischen Vorwärts-Rückwärts-Differentialgleichungen (FBSDEs). Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit optimalen Stopproblemen für einen Agenten, dessen Ertragsprozess von einem Ausfallsereignis abhängt. Unser Hauptinteresse gilt der Beschreibung der Lösungen vor und nach dem Ausfallsereignis und damit dem besseren Verständnis des Verhaltens des Agenten bei Auftreten eines Ausfallsereignisses. Wir zeigen wie sich das optimale Stopproblem in zwei einzelne Teilprobleme zerlegen lässt: eines, für das der zugrunde liegende Informationsfluss das Ausfallereignis nicht beinhaltet, und eines, in welchem der Informationsfluss das Ausfallereignis berücksichtigt. Aufbauend auf der Zerlegung des Stopproblems und der Verbindung zwischen der Optimalen Stoptheorie und der Theorie von reflektierenden stochastischen Rückwärts-Differentialgleichungen (RBSDEs), leiten wir einen entsprechenden Zerlegungsansatz her, um RBSDEs mit genau einem Sprung zu lösen. Wir beweisen neue Existenz- und Eindeutigkeitsresultate von RBSDEs mit quadratischem Wachstum. / This thesis studies stochastic control problems faced by agents in financial markets when making decisions. The first part focuses on the maximization of expected utility from terminal wealth for an investor trading in a financial market. Of utmost concern to the investor is a description of optimal trading strategy that is amenable to numerical approximation, and the stability analysis of the optimal trading strategy w.r.t. "small" misspecification in his utility function and initial capital. In the setting of a continuous market model, we prove stability results for the optimal wealth process in the Emery topology and the uniform topology on semimartingales, and stability results for the optimal trading strategy in suitable topologies. For sufficiently differentiable utility functions, we obtain a description of the optimal trading strategy in terms of the solution of a system of forward-backward stochastic differential equations (FBSDEs). The second part of the thesis deals with the optimal stopping problem for an agent with a reward process exposed to a default event. Our main concern is to give a description of the solutions before and after the default event and thereby better understand the behavior of the agent in the presence of default. We show how the stopping problem can be decomposed into two individual stopping problems: one with information flow for which the default event is not visible, and another one with information flow which captures the default event. We build on the decomposition of the optimal stopping problem, and the link between the theories of optimal stopping and reflected backward stochastic differential equations (RBSDEs) to derive a corresponding decomposition approach to solve RBSDEs with a single jump. This decomposition allows us to establish existence and uniqueness results for RBSDEs with drivers of quadratic growth.

Der erste Teil der Arbeit beschreibt eine Methode, Auszahlungen zu bewerten, die einem auf dem Finanzmarkt nicht absicherbaren Risiken ausgesetzt sind. Im zweiten Teil berechnen wir den maximalen Nutzen und optimale Handelsstrategien auf unvollständigen Märkten mit Hilfe von stochastischen Rückwärtsgleichungen. Wir betrachten Händler, deren Einkommen einer externen Risikoquelle ausgesetzt sind. Diese vervollständigen den Markt, indem sie entweder einen Bond schaffen oder gegenseitig Verträge schliessen. Eine andere Moeglichkeit ist eine Anleihe, die von einer Versicherung herausgegeben wird. Die Risikoquellen, die wir in Betracht ziehen, können Versicherungs-, Wetter-oder Klimarisiko sein. Aktienpreise sind exogen gegeben. Wir berechnen Preise für die zusätzlichen Anlagen so dass Angebot und Nachfrage dafür gleich sind. Wir haben partielle Markträumung. Die Präferenzen der Händler sind durch erwarteten Nutzen gegeben. In Kapitel 2 bis Kapitel 4 haben die Händler exponentielle Nutzenfunktionen. Um den Gleichgewichtspreis zu finden, wenden wir stochastische Rückwärtsgleichungen an. In Kapitel 5 beschreiben wir ein Einperiodenmodell mit Nutzenfunktionen, die die Inada-Bedingungen erfüllen. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem robusten Nutzenmaximierungsproblem auf einem unvollständigen Finanzmarkt. Entweder das Wahrscheinlichkeitsmass oder die Koeffizienten des Aktienmarktes sind ungewiss. Die Lösung der Rückwärtsgleichung beschreibt die nutzenmaximierende Handelsstrategie und das Wahrscheinlichkeitsmass, das in der Auswertung des robusten Nutzens benutzt wird. Für die exponentielle Nutzenfunktion berechnen wir Nutzenindifferenzpreise. Ausserdem wenden wir diese Techniken auf die Maximierung des erwarteten Nutzens bezüglich eines festen Wahrscheinlichkeitsmasses an. Dafür betrachten wir abgeschlossene, im allgemeinen nicht konvexe zulässige Mengen für die Handelsstrategien. / The first part of the thesis proposes a method to find prices and hedging strategies for risky claims exposed to a risk factor that is not hedgeable on a financial market. In the second part we calculate the maximal utility and optimal trading strategies on incomplete markets using Backward Stochastic Differential Equations. We consider agents with incomes exposed to a non-hedgeable external source of risk by creating either a bond or by signing contracts. The sources of risk we think of may be insurance, weather or climate risk. Stock prices are seen as exogenuosly given. We calculate prices for the additional securities such that supply is equal to demand, the market clears partially. The preferences of the agents are described by expected utility. In Chapter 2 through Chapter 4 the agents use exponential utility functions, the model is placed in a Brownian filtration. In order to find the equilibrium price, we use Backward Stochastic Differential Equations. Chapter 5 provides a one--period model where the agents use utility functions satisfying the Inada condition. The second part of this thesis considers the robust utility maximization problem on an incomplete financial market. Either the probability measure or drift and volatility of the stock price process are uncertain. We apply a martingale argument and solve a saddle point problem. The solution of a Backward Stochastic Differential Equation describes the maximizing trading strategy as well as the probability measure that is used in the robust utility. We consider the exponential, the power and the logarithmic utility functions. For the exponential utility function we calculate utility indifference prices of not perfectly hedgeable claims. Finally, we maximize the expected utility with respect to a single probability measure. We apply a martingale argument and solve maximization problems. This allows us to consider closed, in general non--convex constraints on the values of trading strategies.

Ein wichtiges Gebiet der Finanzmathematik ist die Bestimmung von Auszahlungsprofilen, die den erwarteten Nutzen eines Agenten unter einer Budgetrestriktion maximieren. Wir charakterisieren optimale Auszahlungsprofile für einen Agenten, der unsicher ist in Bezug auf das genaue Marktmodell. Der hier benutzte Dualitätsansatz führt zu einem Minimierungsproblem für bestimmte konvexe Funktionale über zwei Mengen von Wahrscheinlichkeitsmaßen, das wir zunächst lösen müssen. Schließlich führen wir noch eine zweite Restriktion ein, die das Risiko beschränkt, das der Agent eingehen darf. Wir gehen dabei wie folgt vor: Kapitel 1. Wir betrachten das Problem, die f-Divergenz f(P|Q) über zwei Mengen von Wahrscheinlichkeitsmaßen zu minimieren, wobei f eine konvexe Funktion ist. Wir zeigen, dass unter der Bedingung "f( undendlich ) / undendlich = undendlich" Minimierer existieren, falls die erste Menge abgeschlossen und die zweite schwach kompakt ist. Außerdem zeigen wir, dass unter der Bedingung "f( undendlich ) / undendlich = 0" ein Minimierer in einer erweiterten Klasse von Martingalmaßen existiert, falls die zweite Menge schwach kompakt ist. Kapitel 2. Die Existenzresultate aus dem ersten Kapitel implizieren die Existenz eines Auszahlungsprofils, das das robuste Nutzenfunktional inf E_Q[u(X)] über eine Menge von finanzierbaren Auszahlungen maximiert, wobei das Infimum über eine Menge von Modellmaßen betrachtet wird. Die entscheidende Idee besteht darin, die minimierenden Maße aus dem ersten Kapitel als gewisse "worst-case"-Maße zu identifizieren. Kapitel 3. Schließlich fordern wir, dass das Risiko der Auszahlungsprofile beschränkt ist. Wir lösen das robuste Problem in einem unvollständigen Marktmodell für Nutzenfunktionen, die nur auf der positiven Halbachse definiert sind. In einem Beispiel vergleichen wir das optimale Auszahlungsprofil unter der Risikorestriktion mit den optimalen Auszahlungen ohne eine solche Restriktion und unter einer Value-at-Risk-Nebenbedingung. / Finding payoff profiles that maximize the expected utility of an agent under some budget constraint is a key issue in financial mathematics. We characterize optimal contingent claims for an agent who is uncertain about the market model. The dual approach that we use leads to a minimization problem for a certain convex functional over two sets of measures, which we first have to solve. Finally, we incorporate a second constraint that limits the risk that the agent is allowed to take. We proceed as follows: Chapter 1. Given a convex function f, we consider the problem of minimizing the f-divergence f(P|Q) over these two sets of measures. We show that, if the first set is closed and the second set is weakly compact, a minimizer exists if f( infinity ) / infinity = infinity. Furthermore, we show that if the second set of measures is weakly compact and f( infinifty ) / infinity = 0, then there is a minimizer in a class of extended martingale measures. Chapter 2. The existence results in Chapter 1 lead to the existence of a contingent claim which maximizes the robust utility functional inf E_Q[u(X)] over some set of affordable contingent claims, where the infimum is taken over a set of subjective or modell measures. The key idea is to identify the minimizing measures from the first chapter as certain worst case measures. Chapter 3. Finally, we require the risk of the contingent claims to be bounded. We solve the robust problem in an incomplete market for a utility function that is only defined on the positive halfline. In an example we compare the optimal claim under this risk constraint with the optimal claims without a risk constraint and under a value-at-risk constraint.

Zentraler Gegenstand dieser Dissertation ist die Entwicklung von mathematischen Methoden zur Charakterisierung und Implementierung von optimalen Investmentstrategien eines Kleininvestors auf einem Finanzmarkt. Zur Behandlung dieser Probleme ziehen wir als Hauptwerkzeug Stochastische Rückwärts-Differenzialgleichungen (BSDEs) mit nicht-linearen Drifts heran. Diese Nicht-Lineariäten ordnen sie außerhalb der Standardklasse der Lipschitz-stetigen BSDEs ein und treten häufig in finanzmathematischen Kontrollproblemen auf. Wir charakterisieren das optimale Vermögen und die optimale Investmentstrategie eines Kleininvestors mit Hilfe einer sog. Stochastischen Vorwärts-Rückwärts-Differenzialgleichung (FBSDE), einem System bestehend aus einer stochastischen Vorwärtsgleichung, die vollständig gekoppelt ist an eine Rückwärtsgleichung. Die Festlegung bestimmter Nutzenfunktionen führt uns schließlich zu einer weiteren Klasse von nicht-standard BSDEs, die in unmittelbarem Zusammenhang zu dem sog. Ansatz der stochastischen partiellen Rückwärts-Differenzialgleichungen (BSPDEs) steht. Anschließend entwickeln wir eine Methode zur numerischen Behandlung von quadratischen BSDEs, die auf einem stochastischen Analogon der Cole-Hopf-Transformation basiert. Wir studieren weiterhin eine Klasse von BSDEs, deren Drifts explizite Pfadabhängigkiten aufweisen und leiten mehrere analytische Eigenschaften her. Schließlich studieren wir Dualdarstellungen für Optimalen Mehrfachstoppprobleme. Wir leiten Martingal-Dualdarstellungen her, die die Grundlage für die Entwicklung von Regressions-basierten Monte Carlo Simulationsalgorithmen bilden, die schnell und effektiv untere und obere Schranken berechnen. / This thesis elaborates on the wealth maximization problem of a small investor who invests in a financial market. Key tools for our studies come across in the form of several classes of BSDEs with particular non-linearities, casting them outside the standard class of Lipschitz continuous BSDEs. We first give a characterization of a small investor''s optimal wealth and its associated optimal strategy by means of a systems of coupled equations, a forward-backward stochastic differential equation (FBSDE) with non-Lipschitz coefficients, where the backward component is of quadratic growth. We then examine how specifying concrete utility functions give rise to another class of non-standard BSDEs. In this context, we also investigate the relationship to a modeling approach based on random fields techniques, known by now as the backward stochastic partial differential equations (BSPDEs) approach. We continue with the presentation of a numerical method for a special type of quadratic BSDEs. This method is based on a stochastic analogue to the Cole-Hopf transformation from PDE theory. We discuss its applicability to numerically solve indifference pricing problems for contingent claims in an incomplete market. We then proceed to BSDEs whose drifts explicitly incorporate path dependence. Several analytical properties for this type of non-standard BSDEs are derived. Finally, we devote our attention to the problem of a small investor who is equipped with several exercise rights that allow her to collect pre-specified cashflows. We solve this problem by casting it into the language of multiple optimal stopping and develop a martingale dual approach for characterizing the optimal possible outcome. Moreover, we develop regression based Monte Carlo algorithms which simulate efficiently lower and upper price bounds.