The interest rate dynamics is an important fundamental for valuation more complex structures of interest rate derivatives. The goal of this diploma thesis is to describe the use of models of interest rate for interest rate option pricing. The paper could be logically divided into two parts, the theoretical one and practical one. In the first part the essentials for pricing theory are introduced as risk neutrality, martingales, stochastic differential calculus, and theory of arbitrage. On their basis four basic yield curve models are derived, Vasicek model, model Cox-Ingersoll-Ross , Black-Derman-Toy and two factor Heath-Jarrow-Morton model. Second part provides the analysis of yields of U.S. Treasury bonds with different maturity. At the end CIR model and BDT binomial tree are used for valuation of option on 10 years yield.

Este trabalho tem por objetivo principal aplicar o modelo de precificação de opções de taxas de juros proposto por Barbachan e Ornelas (2003), com base nos modelos de taxa de juro e avaliação de opções de Cox, Ingerssol e Ross (1985), para avaliação de opções de compra sobre o Índice de Taxa Média de Depósitos Interfinanceiros de Um Dia (IDI), negociadas na BM&FBovespa. Para estimação dos parâmetros deste modelo, foi empregado o método de Máxima Verossimilhança. Neste contexto, também fez-se uso da fórmula de precificação de opções proposta por Black (1976), adaptada para o mercado de derivativos brasileiros, conforme implementação verificada no trabalho de Gluckstern et al. (2002). Tal aplicação torna-se interessante, pois este modelo é amplamente utilizado pelo mercado brasileiro para avaliação de opções sobre o IDI. De forma a verificar a aderência dos preços teóricos gerados pelos modelos, em comparação aos preços de mercado, métricas de erro foram empregadas. De forma geral, nossos resultados mostraram que ambos os modelos apresentam erros sistemáticos de precificação, onde o modelo CIR subavalia os prêmios das opções e o modelo de Black superprecifica. No entanto, bons resultados foram encontrados ao avaliarmos opções in-the-money e out-of-money com o modelo de Black. / This work aims to apply the interest rate option pricing model proposed by Barbachan and Ornelas (2003), based on the interest rate model and option pricing model developed by Cox, Ingersoll and Ross (1985), to evaluate call options on the 1 day Brazilian Interfinancial Deposits Index - IDI, traded at BM&FBovespa. The Maximum Likelihood method was applied to estimate the model parameters. In this context, the option pricing formula proposed by Black (1976), adapted for the Brazilian derivative Market, was also used, according implementation verified in Gluckstern et al. (2002). This application becomes interesting because this model is widely used by the Brazilian Market to evaluate options on IDI. In order to verify the adherence of theoretical prices generated by the models, in comparison to the Market prices, error metrics were applied. In general, our results pointed out that both models presented systematic pricing errors, in which the CIR model underestimates the option prices and Black’s model overestimates. However, good results were found on the evaluation of options in-the-money and out-of-money with the Black’s Model.

Este trabalho tem por objetivo principal aplicar o modelo de precificação de opções de taxas de juros proposto por Barbachan e Ornelas (2003), com base nos modelos de taxa de juro e avaliação de opções de Cox, Ingerssol e Ross (1985), para avaliação de opções de compra sobre o Índice de Taxa Média de Depósitos Interfinanceiros de Um Dia (IDI), negociadas na BM&FBovespa. Para estimação dos parâmetros deste modelo, foi empregado o método de Máxima Verossimilhança. Neste contexto, também fez-se uso da fórmula de precificação de opções proposta por Black (1976), adaptada para o mercado de derivativos brasileiros, conforme implementação verificada no trabalho de Gluckstern et al. (2002). Tal aplicação torna-se interessante, pois este modelo é amplamente utilizado pelo mercado brasileiro para avaliação de opções sobre o IDI. De forma a verificar a aderência dos preços teóricos gerados pelos modelos, em comparação aos preços de mercado, métricas de erro foram empregadas. De forma geral, nossos resultados mostraram que ambos os modelos apresentam erros sistemáticos de precificação, onde o modelo CIR subavalia os prêmios das opções e o modelo de Black superprecifica. No entanto, bons resultados foram encontrados ao avaliarmos opções in-the-money e out-of-money com o modelo de Black. / This work aims to apply the interest rate option pricing model proposed by Barbachan and Ornelas (2003), based on the interest rate model and option pricing model developed by Cox, Ingersoll and Ross (1985), to evaluate call options on the 1 day Brazilian Interfinancial Deposits Index - IDI, traded at BM&FBovespa. The Maximum Likelihood method was applied to estimate the model parameters. In this context, the option pricing formula proposed by Black (1976), adapted for the Brazilian derivative Market, was also used, according implementation verified in Gluckstern et al. (2002). This application becomes interesting because this model is widely used by the Brazilian Market to evaluate options on IDI. In order to verify the adherence of theoretical prices generated by the models, in comparison to the Market prices, error metrics were applied. In general, our results pointed out that both models presented systematic pricing errors, in which the CIR model underestimates the option prices and Black’s model overestimates. However, good results were found on the evaluation of options in-the-money and out-of-money with the Black’s Model.

Este trabalho tem por objetivo principal aplicar o modelo de precificação de opções de taxas de juros proposto por Barbachan e Ornelas (2003), com base nos modelos de taxa de juro e avaliação de opções de Cox, Ingerssol e Ross (1985), para avaliação de opções de compra sobre o Índice de Taxa Média de Depósitos Interfinanceiros de Um Dia (IDI), negociadas na BM&FBovespa. Para estimação dos parâmetros deste modelo, foi empregado o método de Máxima Verossimilhança. Neste contexto, também fez-se uso da fórmula de precificação de opções proposta por Black (1976), adaptada para o mercado de derivativos brasileiros, conforme implementação verificada no trabalho de Gluckstern et al. (2002). Tal aplicação torna-se interessante, pois este modelo é amplamente utilizado pelo mercado brasileiro para avaliação de opções sobre o IDI. De forma a verificar a aderência dos preços teóricos gerados pelos modelos, em comparação aos preços de mercado, métricas de erro foram empregadas. De forma geral, nossos resultados mostraram que ambos os modelos apresentam erros sistemáticos de precificação, onde o modelo CIR subavalia os prêmios das opções e o modelo de Black superprecifica. No entanto, bons resultados foram encontrados ao avaliarmos opções in-the-money e out-of-money com o modelo de Black. / This work aims to apply the interest rate option pricing model proposed by Barbachan and Ornelas (2003), based on the interest rate model and option pricing model developed by Cox, Ingersoll and Ross (1985), to evaluate call options on the 1 day Brazilian Interfinancial Deposits Index - IDI, traded at BM&FBovespa. The Maximum Likelihood method was applied to estimate the model parameters. In this context, the option pricing formula proposed by Black (1976), adapted for the Brazilian derivative Market, was also used, according implementation verified in Gluckstern et al. (2002). This application becomes interesting because this model is widely used by the Brazilian Market to evaluate options on IDI. In order to verify the adherence of theoretical prices generated by the models, in comparison to the Market prices, error metrics were applied. In general, our results pointed out that both models presented systematic pricing errors, in which the CIR model underestimates the option prices and Black’s model overestimates. However, good results were found on the evaluation of options in-the-money and out-of-money with the Black’s Model.

本篇論文主要討論在死亡率改善不確定性之下的避險策略。當保險公司負債面的人壽保單是比年金商品來得多的時候，公司會處於死亡率的風險之下。我們假設死亡率和利率都是隨機的情況，部分的死亡率風險可以經由自然避險而消除，而剩下的死亡率風險和利率風險則由零息債券和保單貼現商品來達到最適避險效果。我們考慮mean variance、VaR和CTE當成目標函數時的避險策略，其中在mean variance的最適避險策略可以導出公式解。由數值結果我們可以得知保單貼現的確是死亡率風險的有效避險工具。 / This paper proposes hedging strategies to deal with the uncertainty of mortality improvement. When insurance company has more life insurance contracts than annuities in the liability, it will be under the exposure of mortality risk. We assume both mortality and interest rate risk are stochastic. Part of mortality risk is eliminated by natural hedging and the remaining mortality risk and interest rate risk will be optimally hedged by zero coupon bond and life settlement contract. We consider the hedging strategies with objective functions of mean variance, value at risk and conditional tail expectation. The closed-form optimal hedging formula for mean variance assumption is derived, and the numerical result show the life settlement is indeed a effective hedging instrument against mortality risk.