<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2017.00027</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Uncertainty of Volatility Estimates from Heston Greeks</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Pfante</surname> <given-names>Oliver</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/490220/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Bertschinger</surname> <given-names>Nils</given-names></name>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/385942/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Systemic Risk Group, Frankfurt Institute for Advanced Studies</institution> <addr-line>Frankfurt am Main</addr-line>, <country>Germany</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Yong Hyun Shin, Sookmyung Women&#x00027;s University, South Korea</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: JiHun Yoon, Pusan National University, South Korea; Xiang Shi, Stony Brook University, United States</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Nils Bertschinger <email>bertschinger&#x00040;fias.uni-frankfurt.de</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Mathematical Finance, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>10</day>
<month>01</month>
<year>2018</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>3</volume>
<elocation-id>27</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>25</day>
<month>08</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>21</day>
<month>12</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2018 Pfante and Bertschinger.</copyright-statement>
<copyright-year>2018</copyright-year>
<copyright-holder>Pfante and Bertschinger</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>Volatility is a widely recognized measure of market risk. As volatility is not observed it has to be estimated from market prices, i.e., as the implied volatility from option prices. The volatility index VIX making volatility a tradeable asset in its own right is computed from near- and next-term put and call options on the S&#x00026;P 500 with more than 23 days and less than 37 days to expiration and non-vanishing bid. In the present paper we quantify the information content of the constituents of the VIX about the volatility of the S&#x00026;P 500 in terms of the Fisher information matrix. Assuming that observed option prices are centered on the theoretical price provided by Heston&#x00027;s model perturbed by additive Gaussian noise we relate their Fisher information matrix to the Greeks in the Heston model. We find that the prices of options contained in the VIX basket allow for reliable estimates of the volatility of the S&#x00026;P 500 with negligible uncertainty as long as volatility is large enough. Interestingly, if volatility drops below a critical value of roughly 3%, inferences from option prices become imprecise because Vega, the derivative of a European option w.r.t. volatility, and thereby the Fisher information nearly vanishes.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>Fisher information</kwd>
<kwd>stochastic volatility</kwd>
<kwd>Heston model</kwd>
<kwd>Greeks</kwd>
<kwd>option pricing</kwd>
<kwd>fractional Fourier transform</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="11"/>
<table-count count="1"/>
<equation-count count="79"/>
<ref-count count="24"/>
<page-count count="12"/>
<word-count count="6587"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Volatility of stock prices is a highly volatile time-process itself. This insight led to the introduction of volatility indices like the VIX (1993) and its off-springs, based on the work [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], which make volatility a trademark in its own right subject to similar stochastic movements as stock prices. According to this view volatility seems to be responsible for several statistical properties of observed stock price processes. In particular, volatility clustering, i.e., large fluctuations are commonly followed by other large fluctuations and similarly for small changes [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Another feature is that, in clear contrast with price changes which show negligible autocorrelations, volatility autocorrelation is still significant for time lags longer than 1 year [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Additionally, there exists the so-called leverage effect, i.e., much shorter (few weeks) negative cross-correlation between current price change and future volatility [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>].</p>
<p>In stochastic volatility models, volatility is considered as a hidden process which can only be observed indirectly via its effect on stock price dynamics. Thus, in practice it has to be inferred from market data. In a previous paper [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], we have shown that daily stock returns in general provide only very limited information about volatility. Thus, there are intrinsic limits on how precisely volatility can be recovered from market data. Here, we consider a related question when recovering volatility from option price data. Instead of the fairly general treatment in Pfante and Bertschinger [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] we address in the present paper the question how much information the VIX, as very popular measure for implied volatility of the S&#x00026;P 500, actually provide about volatility. More precisely, how much information about volatility is contained the constituents of the VIX, i.e., near- and next-term put and call options on the S&#x00026;P 500 with more than 23 days and less than 37 days to expiration and non-vanishing bid. We tackle this question in terms of Fisher information. To this end, we choose Heston&#x00027;s stochastic volatility model [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] because the pricing formulae of the European Call and Put Options are analytically tractable in terms of Fourier transforms. Then, assuming that observed option prices are centered on the theoretical price provided by Heston&#x00027;s model perturbed by additive Gaussian noise we investigate the precision of volatility estimates. Since the VIX basket consist of a vast number of Call and Put options on the S&#x00026;P 500 results from asymptotic statistics [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] apply: the maximum likelihood estimator is consistent, asymptotically efficient, and normally distributed and the variance is the inverse of the Fisher information. Hence, Fisher information quantifies the uncertainty of maximum likelihood volatility estimates&#x02014;at least asymptotically&#x02014;and relates them to the partial derivatives, i.e., the Greeks, of the Heston model. While the Fisher information is commonly used to access the precision of parameter estimates, to our knowledge, it has not been applied in the context of implied volatility estimation previously.</p>
<p>Overall, we find that in contrast to stock returns alone [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], that the options in the basket of the VIX provide substantial information about volatility making inferred volatility a precise estimator as long as volatilities are sufficiently high. The picture changes dramatically for very small volatilities because Vega, the derivative of the option price w.r.t. volatility and thereby the Fisher information, almost vanishes below a critical value of about 3%. This in turn leads to huge relative errors in small inferred volatilities. The VIX, being a variance swap on the average volatility over 30 days, is much more stable with a relative uncertainty never exceeding a few percent over the considered data set.</p>
<p>The paper is structured as follows: section 2 introduces Heston&#x00027;s model and associated pricing formulae. Further, we explain how the fractional fast Fourier transform allows an efficient computation of the Heston Greeks. In section 2.4 we state the formal definition and important properties of Fisher information. Section 3.1 illustrates how the Fisher information varies w.r.t. strike and maturity in the Heston model. Further, we discuss the role of Vega on the reliability of volatility estimation. Finally, in section 3.2 we compute the Fisher information for the volatility of the S&#x00026;P 500 index as well as the VIX index.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials and methods" id="s2">
<title>2. Materials and methods</title>
<sec>
<title>2.1. Heston&#x00027;s stochastic volatility model</title>
<p>Introducing Heston&#x00027;s model for pricing options we follow Rouah [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. The Heston model assumes that the underlying stock price, <italic>S</italic><sub><italic>t</italic></sub>, follows a Black-Scholes-type stochastic process, but with a stochastic variance <italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub> that follows a Cox, Ingersoll, and Ross process. Hence, the Heston model is represented by the bivariate system of stochastic differential equations (SDEs)</p>
<disp-formula id="E200"><label>(2.1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the instantaneous correlation <italic>dW</italic><sub>1, <italic>t</italic></sub><italic>dW</italic><sub>2, <italic>t</italic></sub> &#x0003D; &#x003C1;<italic>dt</italic> of the two Brownian motions. The parameters of the model are</p>
<table-wrap position="float">
<table frame="hsides" rules="groups">
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">drift of the stock</td>
<td valign="top" align="left">&#x003BC;</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">relaxation parameter</td>
<td valign="top" align="left">&#x003BA; &#x0003E; 0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">long-term mean of the variance</td>
<td valign="top" align="left">&#x003B8; &#x0003E; 0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">leverage-effect parameter</td>
<td valign="top" align="left">&#x003C1; &#x02208; [0, 1]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">volatility of the variance</td>
<td valign="top" align="left">&#x003C3; &#x0003E; 0 .</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Furthermore, the price at time <italic>t</italic> of a zero-coupon bond paying 1$ at maturity <italic>t</italic> &#x0002B; &#x003C4; is</p>
<disp-formula id="E3"><mml:math id="M2"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with constant interest rate <italic>r</italic>. Neglecting volatility risk premium, change of measure yields the log-price <italic>x</italic><sub><italic>t</italic></sub> &#x0003D; log <italic>S</italic><sub><italic>t</italic></sub> and variance <italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub></p>
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M3"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>w.r.t. to the risk neutral measure &#x0211A;, see Rouah [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] or Heston&#x00027;s original work [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] for a detailed derivation. If we include a continuous dividend yield <italic>q</italic>, the time drift of the log-price becomes <italic>r</italic> &#x02212; <italic>q</italic> &#x02212; 1/2<italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub>.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. European options</title>
<p>We present the price for a European call and put option in Heston&#x00027;s model in the formulation of Carr and Madan [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. Henceforth, we abbreviate the log-price <italic>x</italic><sub><italic>t</italic></sub> &#x0003D; log <italic>S</italic><sub><italic>t</italic></sub> at time <italic>t</italic> simply by <italic>x</italic> and similarly the variance <italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub> at time <italic>t</italic> by <italic>v</italic>. We only consider the characteristic function <italic>f</italic> of the cumulative distribution <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211A;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> w.r.t. the risk-neutral probability, that is,</p>
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M5"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0211A;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi>&#x1D522;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M6"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the logarithmic strike <italic>k</italic> &#x0003D; log <italic>K</italic>. The little Heston Trap formulation [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] yields</p>
<disp-formula id="E7"><mml:math id="M7"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E8"><mml:math id="M8"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We introduce</p>
<disp-formula id="E290"><label>(2.2)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M10"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x000EA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003F5; &#x02208; {1, &#x02212;1} and &#x003B1; &#x0003E; 0 is a positive damping factor controlling the numerical stability of the integration. &#x003B1; can either be fixed or chosen according to an optimization scheme outlined in Carr and Madan [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. We obtain the European call <italic>C</italic>(<italic>x, v, r</italic>, &#x003BA;, &#x003B8;, &#x003C1;, &#x003C3;, <italic>k</italic>, &#x003C4;) and put <italic>P</italic>(<italic>x, v, r</italic>, &#x003BA;, &#x003B8;, &#x003C1;, &#x003C3;, <italic>k</italic>, &#x003C4;) price, respectively, via</p>
<disp-formula id="E12"><label>(2.3)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We refer to Carr and Madan [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] or the third chapter in Rouah&#x00027;s book [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] for a derivation of the formulae Equation (2.3). Furthermore, we have put-call parity, see Rouah [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>],</p>
<disp-formula id="E14"><label>(2.4)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The Heston Greeks in terms of the Carr-Madan formulation read</p>
<disp-formula id="E100"><label>(2.5)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi mathvariant='fraktur'>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant='fraktur'>f</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x1D523;<sub>&#x003B3;</sub> are different functions for <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> denotes the volatility.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.3. Fractional fourier transform</title>
<p>Since the call and put price in Equation (2.3) is expressed via a single Fourier integral we can apply a Fractional Fast Fourier Transform to achieve a simultaneous computation of the call and put prices Equation (2.3) for various strikes. We follow the outline in Rouah [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. We approximate the Fourier integral in Equation (2.2) by Simpson&#x00027;s integration scheme over a truncated integration domain for &#x003D5;, using <italic>N</italic> equidistant points</p>
<disp-formula id="E18"><mml:math id="M16"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;for</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B7; is the increment. Simpson&#x00027;s rule approximates the integral Equation (2.5) as</p>
<disp-formula id="E101"><label>(2.6)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi mathvariant='fraktur'>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant='fraktur'>f</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with the weight <italic>w</italic><sub>0</sub> &#x0003D; <italic>w</italic><sub><italic>N</italic>&#x02212;1</sub> &#x0003D; 1/3, <italic>w</italic><sub><italic>j</italic></sub> &#x0003D; 4/3 iff <italic>j</italic> is odd and <italic>w</italic><sub><italic>j</italic></sub> &#x0003D; 2/3 otherwise. Since we are interested in strikes near the money the range for the log-strikes <italic>k</italic> needs to be centered on the log-price <italic>x</italic>. The strike range is, thus, discretized using <italic>N</italic> equidistant points</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;for</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BB; is the increment and <italic>b</italic> &#x0003D; <italic>N&#x003BB;</italic>/2. This produces log-strikes over the range [log <italic>S</italic> &#x02212; <italic>b</italic>, log <italic>S</italic> &#x0002B; <italic>b</italic> &#x02212; &#x003BB;]. For a log-strike on the grid <italic>k</italic><sub><italic>u</italic></sub> we can write the sum Equation (2.6) as</p>
<disp-formula id="E102"><label>(2.7)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi mathvariant='fraktur'>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant='fraktur'>f</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi mathvariant='fraktur'>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant='fraktur'>f</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi mathvariant='fraktur'>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant='fraktur'>f</mml:mi><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent='true'><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for <italic>u</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>N</italic> &#x02212; 1. Applying a discrete Fast Fourier Transform (FFT) on Equation (2.7) imposes the restriction</p>
<disp-formula id="E24"><label>(2.8)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>on the choice of the increments &#x003BB; and &#x003B7; which entails a trade off between the grid sizes. Hence, Chourdakis [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] introduced the Fractional Fast Fourier Transform (FRFT) to relax this important limitation of the discrete FFT. The term 2&#x003C0;/<italic>N</italic> in Equation (2.8) is replaced by a general term &#x003B2; and Equation (2.7) becomes</p>
<disp-formula id="E25"><label>(2.9)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi><mml:mi>&#x1D522;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E26"><mml:math id="M22"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D523;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x000EA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>j</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The relationship between the grid sizes &#x003BB; and &#x003B7; becomes &#x003BB;&#x003B7; &#x0003D; &#x003B2;. Thus, we can choose the grid size parameters &#x003B7; and &#x003BB; freely. To implement the FRFT on the vector <bold>x</bold> &#x0003D; (<italic>x</italic><sub>0</sub>, &#x02026;, <italic>x</italic><sub><italic>N</italic>&#x02212;1</sub>) we first define vectors</p>
<disp-formula id="E300"><mml:math id="M23"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant='bold'>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant='bold'>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Next, a discrete FFT of the vectors <bold>y</bold> and <bold>z</bold> yields <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and we define the 2<italic>N</italic> dimensional vector</p>
<disp-formula id="E28"><mml:math id="M26"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02299;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x02299; denotes pointwise multiplication.</p>
<p>Now, we apply the inverse FFT on <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and take the pointwise product of the result with the vector</p>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>to obtain</p>
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M29"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02299;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>h</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02299;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02299;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02299;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02299;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If we truncate the last <italic>N</italic> elements we obtain the desired vector <bold>x</bold> of Equation (2.9) with length <italic>N</italic>. Hence, the FRFT maps a vector of length <italic>N</italic> onto another vector of length <italic>N</italic>, even though it uses intermediate vectors of length 2<italic>N</italic>.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.4. Fisher information in pricing options</title>
<p>The outline on the Fisher information follows Cover and Thomas [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] and Ibragimov and Has&#x00027;minskii [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. We begin with a few definitions. Let <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02282;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, denote an indexed family of densities <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003B8;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called the parameter set. The <italic>ij</italic>-th entry of the <italic>Fisher information matrix</italic> <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>) is defined by</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M34"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Fisher information has the following properties. First, as covariance matrix, the Fisher information matrix is positive semi-definite. Second, information is additive: the information yielded by two independent experiments is the sum of the information from each experiment separately:</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Third, the Fisher information depends of the parametrization of the problem: suppose <bold>&#x00398;</bold> and <bold>&#x0039B;</bold> are <italic>m</italic>-vectors which parametrize the estimation problem, and suppose <bold>&#x00398;</bold> is a continuously differentiable function of <bold>&#x0039B;</bold>, then</p>
<disp-formula id="E33"><label>(2.10)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the <italic>ij</italic>-th entry of the <italic>m</italic> &#x000D7; <italic>m</italic> Jacobian <italic>D</italic> is defined by <italic>D</italic><sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; &#x02202;<bold>&#x003B8;</bold><sub><italic>i</italic></sub>/&#x02202;&#x003BB;<sub><italic>j</italic></sub> and <italic>D</italic><sup><italic>T</italic></sup> denotes the transpose of <italic>D</italic>.</p>
<p>The Fisher information matrix of a single option with price <italic>e</italic> is a way of measuring the amount of information that the observable option price <italic>e</italic> carries about the unknown parameters <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Recall, &#x003C3;<sub>0</sub> is the volatility, &#x003BA; the relaxation parameter of the CIR process Equation (2.1), &#x003B8; the long-term mean of the variance, &#x003C3; the volatility of the diffusion process Equation (2.1), and &#x003C1; the leverage parameter, i.e., the instantaneous correlation between the two Brownian motions in Equation (2.1). While Heston&#x00027;s option price <italic>E</italic>(&#x003F5;, <italic>x, v, r</italic>, &#x003BA;, &#x003B8;, &#x003C1;, &#x003C3;, <italic>k</italic>, &#x003C4;) is a function of the stated parameters, the observed price <italic>e</italic> might deviate from its theoretical value. Following standard practice in fitting the volatility smile, we consider the mean squared loss between the actually observed option price <italic>e</italic> and its theoretical value. In statistical terms, this corresponds to a noise model where the option price <italic>e</italic> is normally distributed around its theoretical mean value with variance <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. The probability function for <italic>e</italic>, which is also the likelihood function for the parameter vector <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is a function <italic>f</italic>(<italic>e</italic>; <bold>&#x00398;</bold>); it is the probability mass (or probability density) of the random option price <italic>e</italic> conditional on the value of <bold>&#x00398;</bold>. For a certain actual stock price <italic>S</italic>, strike <italic>K</italic>, and maturity &#x003C4; we assume</p>
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M40"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>x</italic> &#x0003D; log <italic>S</italic>, <italic>k</italic> &#x0003D; log <italic>K</italic>, and <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. We obtain the <italic>ij</italic>-th entry of the Fisher information matrix</p>
<disp-formula id="E35"><label>(2.11)</label><mml:math id="M42"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x00398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M43"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is the gradient of the option price w.r.t. the parameters <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Furthermore, we consider deviations of observed prices of options with different strikes and maturities from their respective theoretical prices as independent. Additivity of Fisher information yields</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M45"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for simultaneously observed prices <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of options with different maturities &#x003C4; and log-strikes <italic>k</italic>.</p>
<p>Under weak regularity conditions, the maximum likelihood estimator is consistent, asymptotically efficient, and normally distributed and the variance is the inverse of the Fisher information [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. Hence, we interpret the inverse of the Fisher information matrix <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>)<sup>&#x02212;1</sup> in Equation (2.11) as the variance matrix of the maximum likelihood estimator <italic>T</italic>(<italic>E</italic>) of the parameters <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from a single option price <italic>E</italic>. Note that this interpretation is strictly valid only asymptotically, i.e., when estimating from many option prices together. Indeed, we consider this scenario in section 3.2 where we compute the Fisher information based on all options underlying the VIX. The small observed estimation variances strongly suggest that our estimates are well within the asymptotic regime in this case.</p>
<p>Here, despite not being in the asymptotic regime, we also investigate the Fisher information when estimating from a single option price, as it first gives important insights on how the information behaves with respect to different parameters and second, by the additivity of Fisher information, carries over to estimates from many option prices. Accordingly, the diagonal elements <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, 5, of the inverse <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>)<sup>&#x02212;1</sup> correspond to the variances of the estimates <italic>T</italic>(<italic>E</italic>)<sub><italic>i</italic></sub> of the parameters &#x003B8;<sub><italic>i</italic></sub> from a single observed option price <italic>E</italic>. The diagonal entries <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be lower bounded by the respective Fisher information <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Note that <italic>J</italic>(&#x003B8;<sub><italic>i</italic></sub>) is the information obtained when estimating the parameter &#x003B8;<sub><italic>i</italic></sub> alone, i.e., considering all the other parameters as fixed. With this interpretation in mind the lemma below states that the variance of a joint estimator for all parameters <bold>&#x00398;</bold> simultaneously is larger than estimating each parameter &#x003B8;<sub><italic>i</italic></sub> alone.</p>
<p><bold>Lemma 2.1</bold>. <italic>We have</italic></p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M51"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>for</italic> <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, 5.</p>
<p>Proof. Let <bold>A</bold> be an invertible <italic>n</italic> &#x000D7; <italic>n</italic> matrix and let denote <bold>A</bold><sub><italic>ij</italic></sub> the <italic>ij</italic>-th block <bold>A</bold> for <italic>i, j</italic>&#x02208;{1, 2}, i.e.,</p>
<disp-formula id="E39"><mml:math id="M52"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then, the inverse of <bold>A</bold> can be expressed as, by the use of</p>
<disp-formula id="E40"><mml:math id="M53"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>as</p>
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>see equation 399 in Petersen and Pedersen [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Assume <bold>A</bold> &#x0003D; <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>) and</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then</p>
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M56"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>) is positive semi-definite. This implies <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <bold>A</bold><sub>22</sub> is positive semi-definite as well and therefore <bold>A</bold><sub>12</sub><bold>A</bold><sub>22</sub><bold>A</bold><sub>21</sub> &#x02265; 0. This yields the inequality for <italic>i</italic> &#x0003D; 1. Relabeling of the parameters yields the inequalities for the cases <italic>i</italic> &#x0003D; 2, 3, 4, 5 as well. &#x025A1;</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s3">
<title>3. Results</title>
<sec>
<title>3.1. Inferring hidden parameters from a single european option</title>
<p>According to Equation (2.11), Fisher information matrix of a European option with Gaussian Noise centered on the theoretical price Equation (2.2) provided by Heston&#x00027;s model is entirely determined by the first-order derivative of the option Price w.r.t. to the volatility &#x003C3;<sub>0</sub>, and the parameters &#x003BA;, &#x003B8;, &#x003C3;, and &#x003C1;, respectively. We study these derivatives: first, their dependency of strikes and maturities; second, we have a closer look on Vega, i.e., the derivative of the option price w.r.t. volatility &#x003C3;<sub>0</sub>, observing a drop of its value for small volatilities.</p>
<sec>
<title>3.1.1. Greek-surfaces</title>
<p>According to Equation (2.11) we have</p>
<disp-formula id="E44"><mml:math id="M58"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">for</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, the gradient &#x02207;<sub><bold>&#x00398;</bold></sub><italic>E</italic> of an option price Equation (2.2) does not only entirely determine <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>) but its components also provide first estimates on the uncertainty left about the parameters &#x003B8;<sub><italic>i</italic></sub> from an estimate <italic>T</italic>(<italic>E</italic>) derived from a single observation.</p>
<p>We computed the gradient for European call options for various strikes and maturities via the FRFT described in the previous section. We implemented the FRFT in <sc>Haskell</sc> for all our simulations. The choice of parameter values is consistent with the S&#x00026;P 500 whose parameter set was estimated in A&#x000EF;t-Sahalia and Kimmel [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] with &#x003BA; &#x0003D; 5.07, &#x003B8; &#x0003D; 0.0457, &#x003C1; &#x0003D; &#x02212;0.767, &#x003C3; &#x0003D; 0.48, even though our study, according to its qualitative character, holds true for any reasonable choice of parameters. Furthermore, the values of the time dependent parameters <italic>r, q, v</italic> and <italic>x</italic> are in accordance with the data for the S&#x00026;P 500 on March 3, 2014. The continuously-compounded zero-coupon interest rate is <italic>r</italic> &#x0003D; 0.167% with dividend yield <italic>q</italic> &#x0003D; 1.894%. We assumed the S&#x00026;P 500 is quoted with 1,845.73 and a volatility <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi></mml:math></inline-formula> which was fitted on call prices. All data is obtained from the <sc>Option Metrics</sc> database. Furthermore, the parameters of the FRFT were fixed as <italic>N</italic> &#x0003D; 2<sup>11</sup>, &#x003B7; &#x0003D; 0.4, and &#x003BB; &#x0003D; 3.6549e&#x02212;4 which yields strike increments of approximately 0.68 within in a range of 1,269.5 till 2,683.5. The damping factor is &#x003B1; &#x0003D; 1.5 throughout the paper.</p>
<p>Throughout this section, we do not consider the variance <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> of the Gaussian Noise. Nevertheless, comparing the scales in Figures <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> allows to assess the relative uncertainty of parameter estimates as <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> just corresponds to a global scaling of the Fisher information. Comparably little information is gained from observing a single call price about the relaxation parameter &#x003BA;, the leverage parameter &#x003C1;, and the variance of the variance &#x003C3;. The estimates of the volatility &#x003C3;<sub>0</sub> and the long-term mean <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> of the volatility are about 100 times more precise, i.e., the standard deviation is about 10 times smaller. Interestingly, estimates of &#x003C3;<sub>0</sub> from call data have an optimal time scale: Vega, the derivative of the call price w.r.t. the volatility attains a global maximum for at the money call options with approximately 1 month maturity. In general estimates for all parameters are best for at the money call options and uncertainty increases with the distance of the strike from the quoted price of the underlying asset. Due to put-call Parity all these results hold true for put options as well. Hence, in the interest of space their detailed exposure is skipped.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>The derivative of Heston&#x00027;s call price w.r.t. the volatility &#x003C3;<sub>0</sub>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0001.tif"/>
</fig>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>The derivative of Heston&#x00027;s call price w.r.t. the relaxation parameter &#x003BA;.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>The derivative of Heston&#x00027;s call price w.r.t. the leverage parameter &#x003C1;.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>The derivative of Heston&#x00027;s call price w.r.t. the volatility of the variance process &#x003C3;.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>The derivative of Heston&#x00027;s call price w.r.t. the long-term mean of the volatility <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.1.2. Vega-drop</title>
<p>In general parameters are not estimated from a single option price but for various options over an entire time-period. An estimate over a time-period <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> changes the picture in a twofold way. First, not only maturity and strikes vary but also volatility &#x003C3;<sub><italic>t</italic></sub> and the price of the underlying asset <italic>S</italic><sub><italic>t</italic></sub>. Second, since volatility &#x003C3;<sub><italic>t</italic></sub> needs to be estimated for every day <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the parameter vector <bold>&#x00398;</bold> is no longer <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> but</p>
<disp-formula id="E45"><label>(3.1)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02295;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x02295; denotes concatenation. Consequently, the Fisher information matrix <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>) is an (<italic>m</italic> &#x0002B; 4) &#x000D7; (<italic>m</italic> &#x0002B; 4) matrix where <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the number of days we consider. The first <italic>m</italic> diagonal elements of <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>)<sup>&#x02212;1</sup> provide error variances on the estimates of volatilities <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. According to lemma 2.1 these diagonal elements are lower bounded by</p>
<disp-formula id="E46"><label>(3.2)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">for</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>E</italic><sub><italic>t</italic></sub> is an observed option price at time <italic>t</italic>. Hence, Vega, i.e., the first-order derivative of the option price w.r.t. volatility, plays a crucial role for error estimates for the majority of the parameters in Equation (3.1).</p>
<p>To investigate Vega in more detail, Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref> plots Vega of a European option traded on the S&#x00026;P 500 over the same parameter set we have already applied for the explicit computation of the Greek-surfaces of the previous subsection: spot price <italic>S</italic> &#x0003D; 1,845.73, <italic>r</italic> &#x0003D; 0.167%, <italic>q</italic> &#x0003D; 1.894%, &#x003BA; &#x0003D; 5.07, &#x003B8; &#x0003D; 0.0457, &#x003C3; &#x0003D; 0.48, &#x003C1; &#x0003D; &#x02212;0.767, variance <italic>v</italic> &#x0003D; 0.0108, and maturity &#x003C4; &#x0003D; 30 days, i.e., corresponding to a slice of the surface shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> at <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>30</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>252</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula>. As in the case of the classical Black Scholes Model, Vega is always positive, i.e., the value of an option increases with volatility, and Vega attains a maximum near the spot price of the underlying. Of greater importance is the dependency of Vega on the variance <italic>v</italic> if the strike is fixed.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Vega for a European option priced by Heston&#x00027;s model over various strikes. It is strictly positive and has a global maximum near the spot price of the underlying asset (indicated by the red dashed line).</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0006.tif"/>
</fig>
<p>Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> plots Vega in Heston&#x00027;s model for an at-the-money option over various variances for three different maturities: 23, 30, and 37 days; the range of maturities of the components of the VIX which is studied in the subsequent section. The curves for different maturities &#x003C4; &#x02208; [23, 37] are located in the shaded region. One observes a fast drop of Vega for small variances <italic>v</italic> which is indicated by the dashed line corresponding to <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi></mml:math></inline-formula> corresponding to According to Equation (3.2) this fact sheds light on variance, and volatility estimates, respectively, from European options: if Vega decreases dramatically the error in estimating the volatility from options becomes large. In the subsequent section we show that this observed Vega-Drop is not only of theoretical but also practical interest if we investigate the quality of the VIX as a volatility proxy.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Vega for a European option price by Heston&#x00027;s model over various variances for a fixed strike <italic>K</italic> &#x0003D; 1,845.73 at the spot price of the underlying. Vega drops for small variances. The dashed line corresponds to <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>%.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0007.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Fisher information and the VIX</title>
<p>The S&#x00026;P 500 is a major stock index which is calculated using the prices of approximately 500 component stocks of the biggest companies in the US. The S&#x00026;P 500, like other indices, employs rules that govern the selection of the component securities and a formula to calculate index values. The VIX index measures 30-day expected volatility of the S&#x00026;P 500 index and is comprised by options rather than stocks, with the price of each option reflecting the market&#x00027;s expectation of future volatility. Like conventional indices, the VIX calculation employs rules for selecting component options and a formula to calculate index values. Roughly, the selection filters near- and next-term put and call options with more than 23 days and less than 37 days to expiration and non-vanishing bid&#x02014;see Chicago Board Options Exchange [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] for further details. With the aid of the O<sc>ption</sc> M<sc>etrics</sc> database we are able to replicate the part of the portfolio<xref ref-type="fn" rid="fn0001"><sup>1</sup></xref> of options entering the calculation of the VIX from October 16th 2003 until August 31th 2015. Assuming that all prices of the VIX components are centered on the theoretical price Equation (2.3) in Heston&#x00027;s model disturbed by additive Gaussian Noise we address two questions to the data: first, how reliably can volatility be inferred from the VIX components; second, does the VIX really measure 30-day expected volatility if one considers the VIX index as a 30-day variance swap traded on the S&#x00026;P 500? We tackle both questions in terms of Fisher information.</p>
<sec>
<title>3.2.1. Inferring volatility</title>
<p>We denote with <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0222A;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> the set of all components of the VIX at day <italic>t</italic> where <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the set of call options and <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> the set of put options, respectively. We introduce the set <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2003</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>17</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2003</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>08</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2015</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of all trading days from October 16th 2003 until August 31th 2015. We assume that the price <italic>e</italic><sub><italic>t</italic></sub> of an option <italic>e</italic> in the set <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is normally distributed</p>
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M79"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x003F5;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover accent='true'><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with a fixed variance <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and mean <italic>E</italic>(&#x003F5;, <italic>x</italic><sub><italic>t</italic></sub>, <italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub>, <italic>r</italic><sub><italic>t</italic></sub>, &#x003BA;<sub><italic>e</italic></sub>, &#x003B8;, &#x003C1;, &#x003C3;, <italic>k</italic>, &#x003C4;) provided by Equation (2.2) where <italic>x</italic><sub><italic>t</italic></sub> is the log-closing-price of the S&#x00026;P 500 at day <italic>t</italic>, <italic>r</italic><sub><italic>t</italic></sub> the zero Coupon Bond yield at day <italic>t</italic> with maturity &#x003C4;, and <italic>k</italic><sub><italic>e</italic></sub> the log-strike of the option. Beside the option prices, also the daily zero Coupon Bond yield <italic>r</italic> and the closing prices of the S&#x00026;P 500 are provided by the O<sc>ption</sc> M<sc>etrics</sc> database. Furthermore we adopt the estimate in A&#x000EF;t-Sahalia and Kimmel [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] for the parameters of the stochastic volatility process Equation (2.1).</p>
<disp-formula id="E48"><label>(3.3)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>07</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0457</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>48</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>767</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We fit the volatility with daily time-resolution on option data via a maximum likelihood estimate on the call option prices. That is, for every day <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the variance <italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub>, and therefore volatility <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, is determined as the maximum of the joint, negative log-likelihood function</p>
<disp-formula id="E49"><mml:math id="M84"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is equivalent to minimize the square-error</p>
<disp-formula id="E50"><mml:math id="M85"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This procedure yields a time series <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for the variance. Besides, the variance <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is obtained from maximizing the negative, joint log-likelihood function</p>
<disp-formula id="E51"><mml:math id="M88"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which yields the expression</p>
<disp-formula id="E52"><mml:math id="M89"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>N</italic> is the cardinality of the union <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For our data set of options from October 16th 2003 until August 31st 2015 we obtain the value</p>
<disp-formula id="E53"><mml:math id="M91"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2952</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>corresponding to a standard deviation of about half a dollar.</p>
<p>We have assembled all necessary ingredients to tackle the following thought problem: how precisely can the volatlity <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, and the parameters <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and &#x003C1; be estimated from the components of the VIX? Since we are dealing with a lot of data, roughly several hundred option prices every day for estimating the daily volatility &#x003C3;<sub><italic>t</italic></sub>, and about three hundred thousand option prices are available for an estimation of the parameters <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and &#x003C1;, we apply insights from asymptotic statistics [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] to quantifity the uncertainty left about the parameters</p>
<disp-formula id="E54"><label>(3.4)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02295;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>supposed they are fitted via a maximum likelihood estimate from the log-likelihood function</p>
<disp-formula id="E55"><mml:math id="M97"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>|</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then, under fairly mild conditions, the maximum likelihood estimator is asymptotically normally distributed with mean <bold>&#x00398;</bold> and covariance matrix <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>)<sup>&#x02212;1</sup> where <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>) denotes the Fisher information matrix which adopts in the present context the block structure</p>
<disp-formula id="E56"><label>(3.5)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>A</bold><sub>11</sub> &#x0003D; (<italic>a</italic><sub><italic>ij</italic></sub>) is an <italic>m</italic> &#x000D7; <italic>m</italic> diagonal matrix, where <italic>m</italic> is the cardinality of <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s.t.</p>
<disp-formula id="E57"><mml:math id="M100"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where we write</p>
<disp-formula id="E58"><label>(3.6)</label><mml:math id="M101"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>A</bold><sub>12</sub> is an <italic>m</italic> &#x000D7; 4 matrix,</p>
<disp-formula id="E59"><mml:math id="M102"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Finally, <bold>A</bold><sub>22</sub> is the 4 &#x000D7; 4 matrix</p>
<disp-formula id="E60"><mml:math id="M104"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> denotes the column gradient vector of <italic>E</italic><sub><italic>i</italic></sub> w.r.t. the parameters of the stochastic process Equation (2.1). If we assume that the previously fitted variance time-series <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the parameter set Equation (3.3) provide an estimator of <bold>&#x00398;</bold> which is, like the maximum likelihood estimator, asymptotically normal with mean <bold>&#x00398;</bold> and covariance matrix <italic>J</italic>(<bold>&#x00398;</bold>)<sup>&#x02212;1</sup>, we can quantify the uncertainty left in our estimation in terms of the entries of the Fisher information matrix. Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> presents the volatility time-series <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> obtained from the previously described fit on components entering the calculation of the VIX along with the uncertainty left.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Volatility of the S&#x00026;P 500. The close-up presents the volatility estimate along with its double standard deviation obtained from Fisher information matrix Equation (3.5).</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0008.tif"/>
</fig>
<p>Since the uncertainty left is negligible the shaded tube <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (&#x02248; 95% confidence interval) mantling the plot of the volatility time-series <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is only visible in a close-up presented in Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> as well. The close-up shows volatility from February 23rd 2010 until March 11th 2010 within a range from 13.5 till 18%. The boundaries <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the confidence interval are obtained from the first <italic>m</italic> entries of the diagonal of the inverse <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the Fisher information matrix (Recall, <italic>m</italic> is the number of trading days we consider, i.e., the cardinality of the set <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>):</p>
<disp-formula id="E61"><mml:math id="M113"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mtext>&#x000A0;for&#x000A0;all&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>That is, in terms of asymptotic statistics, &#x003B2;<sub><italic>t</italic></sub> is the double standard deviation of the asymptotically normal volatility estimate &#x003C3;<sub><italic>t</italic></sub>. On average the double standard deviation is</p>
<disp-formula id="E62"><mml:math id="M114"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0014</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The last four entries of the diagonal of <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yield the variance of the estimates of the parameters <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and &#x003C1;, respectively. Along with the parameter estimates of A&#x000EF;t-Sahalia and Kimmel [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] we obtain Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>. Fitting the parameters <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and &#x003C1; on options over a sufficiently long time-window yields fairly accurate estimates of them as well.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>The parameters of Heston&#x00027;s model along with their standard errors obtained from the Fisher information matrix if we assume they were estimated from the components of the VIX between October 16th 2003 until August 31st 2015.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th/>
<th valign="top" align="center"><bold>Estimate</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Standard error</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BA;</td>
<td valign="top" align="center">5.07</td>
<td valign="top" align="center">4.0<italic>e</italic>&#x02212;2</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0.214</td>
<td valign="top" align="center">6.5<italic>e</italic>&#x02212;4</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C3;</td>
<td valign="top" align="center">0.48</td>
<td valign="top" align="center">9.4<italic>e</italic>&#x02212;4</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C1;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.767</td>
<td valign="top" align="center">7.5<italic>e</italic>&#x02212;4</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Overall, estimates of hidden volatility and the parameters determining the stochastic process Equation (2.1) from option data appear reliable. Doubts are shed on these results if relative errors are considered instead of absolute ones. Figure <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> presents the relative uncertainty left, that is, the time-series <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Apparently, the uncertainty becomes overwhelming, if the volatility drops. This is in accordance with the discussion in the previous section where we observed that Vega drops if volatility falls below a critical value. From the block structure Equation (3.5) of the Fisher information matrix and the proof of lemma 2.1 follows</p>
<disp-formula id="E63"><mml:math id="M120"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <italic>E</italic><sub><italic>i</italic></sub> provided by Equation (3.6), and therefore</p>
<disp-formula id="E64"><mml:math id="M121"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for all <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>m</italic>. Hence, there is a lower bound of the error of the volatility &#x003C3;<sub><italic>t</italic></sub> proportional to the inverse of a sum of Vegas. If this sum shrinks the error becomes large.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>The relative error of the volatility estimate (blue line) and volatility itself (transparent black line). If volatility drops below 3% (dashed, transparent red line), option data yield little information about volatility.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2.2. The VIX as variance swap</title>
<p>The VIX is quoted in percentage points and translates, roughly, to the expected movement (with the assumption of a 68% likelihood, i.e., one standard deviation) in the S&#x00026;P 500 index over the next 30-day period, which is then annualized. According to Carr and Wu [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] the VIX can also be considered as 30 day variance swap on the S&#x00026;P 500. Recall Equation (2.1) that the variance of the Heston model is driven by the CIR process</p>
<disp-formula id="E65"><mml:math id="M122"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and consequently, that the expected value of <italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub> conditional on <italic>v</italic><sub><italic>s</italic></sub> (<italic>s</italic> &#x0003C; <italic>t</italic>) is</p>
<disp-formula id="E66"><mml:math id="M123"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x01D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In the sequel, we make use of &#x1D53C;[<italic>v</italic><sub><italic>t</italic></sub>|<italic>v</italic><sub><italic>s</italic></sub>] but with <italic>s</italic> &#x0003D; 0. It is useful to denote this quantity as <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></p>
<disp-formula id="E67"><mml:math id="M125"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It is also useful to define the total (integrated) variance &#x00175;<sub><italic>t</italic></sub> as</p>
<disp-formula id="E68"><mml:math id="M126"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x00175;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As explained by Gatheral [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>], a variance swap requires an estimate of the future variance over the (0, <italic>T</italic>) time period. This can be obtained as the conditional expectation of the integrated variance. A fair estimate of the total variance is therefore</p>
<disp-formula id="E69"><mml:math id="M127"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x01D53C;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x01D53C;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is simply &#x00175;<sub><italic>T</italic></sub>. Since this represents the total variance over (0, <italic>T</italic>), it must be scaled by <italic>T</italic> in order to represent a fair estimate of annual variance (assuming that <italic>T</italic> is expressed in years). Hence, the strike variance <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> for a variance swap is obtained by dividing this last expression by <italic>T</italic></p>
<disp-formula id="E70"><mml:math id="M129"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Returning to Carr&#x00027;s and Wu&#x00027;s [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] interpretation of the VIX the VIX-time series <inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">VIX</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the time-series</p>
<disp-formula id="E71"><mml:math id="M131"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">for</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M132"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the variance of the S&#x00026;P 500 at day <italic>t</italic> and <italic>T</italic> &#x0003D; 30/365. Thus, Fisher information provides an uncertainty estimate on the VIX, considered as 30 days variance swap, estimated from its components, i.e., near- and next-term put and call options with more than 23 days and less than 37 days to expiration and non-vanishing bid. We only have to transform the Fisher information matrix already computed in the previous subsection according to the rules Equation (2.10). In terms of Equation (2.10) in section 2.1 we have</p>
<disp-formula id="E72"><mml:math id="M133"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02295;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02295;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E73"><mml:math id="M134"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, the transformation matrix <italic>D</italic> in Equation (2.10) adopts the block form</p>
<disp-formula id="E74"><mml:math id="M135"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>A</bold><sub>11</sub> is an <italic>m</italic> &#x000D7; <italic>m</italic> diagonal matrix with entries</p>
<disp-formula id="E75"><mml:math id="M136"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>m</italic> where <italic>m</italic> is the number of trading days <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from October 16th 2003 until August 31st 2015. <bold>A</bold><sub>12</sub> is an <italic>m</italic> &#x000D7; 4-matrix with entries</p>
<disp-formula id="E76"><mml:math id="M138"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E77"><mml:math id="M139"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>A</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <bold>A</bold><sub>22</sub> is the 4 &#x000D7; 4 identity matrix. Similar to Figure <xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref> we plot Figure <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref> the time-series <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> along with its 95% confidence region [<italic>K</italic><sub>var, <italic>t</italic></sub> &#x02212; &#x003B2;<sub><italic>t</italic></sub>, <italic>K</italic><sub>var, <italic>t</italic></sub> &#x0002B; &#x003B2;<sub><italic>t</italic></sub>] where</p>
<disp-formula id="E78"><mml:math id="M142"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">for</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>The time series <inline-formula><mml:math id="M143"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The close-up shows the graph along with its 95% confidence region. The gray transparent line shows the historical VIX.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0010.tif"/>
</fig>
<p>Furthermore, the historical VIX is plotted. The value <italic>K</italic><sub>var, <italic>t</italic></sub> is systematically smaller than the realized VIX. This is most likely due to the fact that the formulae for the realized VIX computes implied volatilities using the Black-Scholes model whereas our estimate is derived from the Heston model which can replicate the volatility smile, i.e., does not systematically overestimate the volatility of out of the money options.</p>
<p>As for the volatility the error is negligible and on average we have</p>
<disp-formula id="E79"><mml:math id="M144"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>04</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Compared to the volatility estimates from options there is big difference if we consider the relative error, that is, the time-series &#x003B2;<sub><italic>t</italic></sub>/<italic>K</italic><sub>var, <italic>t</italic></sub> for <inline-formula><mml:math id="M145"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Figure <xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref>. The relative error never exceeds 3%.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>The time series <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">var</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e., the relative error of the VIX estimate <italic>K</italic><sub>var, <italic>t</italic></sub>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-03-00027-g0011.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s4">
<title>4. Discussion</title>
<p>Here, we have addressed the question of how reliably volatility can be estimated from option price data. To this end, we computed the Fisher information matrix of Heston&#x00027;s stochastic volatility model. Thanks to the analytic tractability of Heston&#x00027;s model, the Fisher information can be expressed in Fourier integrals giving the Heston Greeks.</p>
<p>Our investigations lead to the following insights: First, volatility estimation from market data as exemplified on S&#x00026;P 500 index options is reliable most of the time, with occasional large relative errors for very low volatilities. Low volatilities are hard to estimate as Vega almost vanishes in this case, making it impossible to extract information from option prices. Second, options at the money are most informative about volatility while almost no information can be obtained from options that are far out of the money. We might speculate that this could lead to overconfident estimates of portfolio risk especially in times of calm financial markets. Nevertheless, the VIX index itself, reflecting the average volatility over the next month, proves to be an accurate accessment of volatility.</p>
<p>Overall, this work complements our previous findings [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] regarding the low information content of stock returns. There we computed the mutual information between stock returns and their hidden volatility for a wide class of stochastic volatility models including Heston&#x00027;s. Our results showed that in general at least secondly quoted return data is necessary to infer volatility with a precision comparable to the VIX quoted at 0.01%. We speculated that option price data could lead to much more reliable volatility estimates as confirmed by the analysis presented here.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author contributions</title>
<p>The research was initiated by NB. Calculations and numerical studies were carried out by OP. Both authors have written and agreed on the final manuscript.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be constr ued as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brenner</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Galai</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>New financial instruments for hedging changes in volatility</article-title>. <source>Finan Anal J.</source> (<year>1989</year>) <volume>45</volume>:<fpage>61</fpage>&#x02013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2469/faj.v45.n4.61</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brenner</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Galai</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Hedging volatility in foreign currencies</article-title>. <source>J Derivat</source>. (<year>1993</year>) <volume>1</volume>:<fpage>53</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bouchaud</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Potters</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <source>Theory of financial risk and derivative pricing</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2003</year>). p. <fpage>379</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511753893</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Perello</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Sircar</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Masoliver</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Option pricing under stochastic volatility: the exponential Ornstein-Uhlenbeck model</article-title>. arXiv:08042589. (<year>2008</year>). p. <fpage>26</fpage>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://arxiv.org/abs/0804.2589">http://arxiv.org/abs/0804.2589</ext-link></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Muzy</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Delour</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Bacry</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Modelling fluctuations of financial time series: from cascade process to stochastic volatility model</article-title>. <source>Eur Phys J B.</source> (<year>2000</year>) <volume>17</volume>:<fpage>537</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s100510070131</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lo</surname> <given-names>AW</given-names></name></person-group>. <article-title>Long term memory in stock market prices</article-title>. <source>Econometrica</source> (<year>1991</year>) <volume>59</volume>:<fpage>1279</fpage>&#x02013;<lpage>313</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/2938368</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ding</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Granger</surname> <given-names>CWJ</given-names></name> <name><surname>Engle</surname> <given-names>RF</given-names></name></person-group>. <article-title>A long memory property of stock market returns and a new model</article-title>. <source>J Empir Finance</source> (<year>1993</year>) <volume>1</volume>:<fpage>83</fpage>&#x02013;<lpage>106</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0927-5398(93)90006-D</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>LeBaron</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Stochastic Voltility as a Simple Generator of apparent financial power laws and long memory</article-title>. <source>Quant Finance</source> (<year>2001</year>) <volume>6</volume>:<fpage>627</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1469-7688/1/6/304</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bouchaud</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Matacz</surname> <given-names>a</given-names></name> <name><surname>Potters</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Leverage effect in financial markets: the retarded volatility model</article-title>. <source>Phys Rev Lett.</source> (<year>2001</year>) <volume>87</volume>:<fpage>228701</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.87.228701</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11736431</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Black</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Scholes</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>The pricing of options and corporate liabilities</article-title>. <source>J Polit Econ</source>. (<year>1973</year>) <volume>81</volume>:<fpage>637</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bollerslev</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Litvinova</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Tauchen</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Leverage and volatility feedback effects in high-frequency data</article-title>. <source>J Finan Econometr</source>. (<year>2006</year>) <volume>4</volume>:<fpage>353</fpage>&#x02013;<lpage>84</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/jjfinec/nbj014</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pfante</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Bertschinger</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>. <article-title>Volatility inference and return dependencies in stochastic volatility models</article-title>. arXiv:161000312 [q-finMF]. (<year>2016</year>).</citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Heston</surname> <given-names>SL</given-names></name></person-group>. <article-title>A closed-form solution for options with stochastic volatility with applications to bond and currency options</article-title>. <source>Rev Finan Stud</source>. (<year>1993</year>) <volume>6</volume>:<fpage>327</fpage>&#x02013;<lpage>43</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ibragimov</surname> <given-names>IA</given-names></name> <name><surname>Has&#x00027;minskii</surname> <given-names>RZ</given-names></name></person-group>. <source>Statistical Estimation &#x02013; Asymptotic Theory</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>1981</year>).</citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rouah</surname> <given-names>FD</given-names></name></person-group>. <source>The Heston Model and Its Extensions in Matlab and C&#x00023;</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Carr</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Madan</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Option valuation using the fast Fourier transform</article-title>. <source>J Comput Finance</source> (<year>1999</year>) <volume>2</volume>:<fpage>61</fpage>&#x02013;<lpage>73</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Albrecher</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Mayer</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Schoutens</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Tistaert</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>The little heston trap</article-title>. <source>Wilmott Mag.</source> (<year>2007</year>) <fpage>83</fpage>&#x02013;<lpage>92</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chourdakis</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Option pricing using the fractional FFT</article-title>. <source>J Comput Finance</source> (<year>2005</year>) <volume>8</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.21314/JCF.2005.137</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cover</surname> <given-names>TM</given-names></name> <name><surname>Thomas</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <source>Elements of Information Theory</source>, <edition>2nd edn</edition>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley-Interscience</publisher-name> (<year>2006</year>).</citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Petersen</surname> <given-names>KB</given-names></name> <name><surname>Pedersen</surname> <given-names>MS</given-names></name></person-group>. <source>The Matrix Cookbook</source>. (<year>2012</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://matrixcookbook.com">http://matrixcookbook.com</ext-link></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>A&#x000EF;t-Sahalia</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Kimmel</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Maximum likelihood estimation of stochastic volatility models</article-title>. <source>J Finan Econ</source>. (<year>2007</year>) <volume>83</volume>:<fpage>413</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfineco.2005.10.006</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>Chicago Board Options Exchange.</collab></person-group> <article-title>The CBOE Volatility Index - VIX</article-title>. <source>White Paper</source>. (<year>2004</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://matrixcookbook.com">http://matrixcookbook.com</ext-link></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="other"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Carr</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <source>A Tale of Two Indices</source>. NYU Working Paper No SC-CFE-04-01 (<year>2014</year>).</citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gatheral</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>The Volatility Surface: A Practitioner&#x00027;s Guide</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x00026; Sons</publisher-name> (<year>2011</year>).</citation></ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn id="fn0001"><p><sup>1</sup>The new VIX is computed based on S&#x00026;P 500 options which strike dates are renewed in monthly intervals. In addition, weekly options, traded under a different ticker, are used to cover the remaining weeks. These later options are not available in our data base.</p></fn>
</fn-group>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure"><p><bold>Funding.</bold> NB and OP thank Dr. h.c. Maucher for funding their positions.</p></fn>
</fn-group>
</back>
</article>