Modelo Binomial de Cox, Ross e Rubinstein
FINANÇAS – Material de estudo sobre apreçamento de opções pelo modelo binomial
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1. Introdução ao Modelo Binomial
O modelo binomial de Cox, Ross e Rubinstein (1979) é uma abordagem fundamental para o apreçamento de opções financeiras. Este modelo permite calcular o valor justo de uma opção com base nas possíveis variações do ativo-objeto seguindo um processo binomial (dois possíveis estados em cada período). É considerado uma técnica de apreçamento discreta, diferentemente do modelo contínuo de Black-Scholes, embora ambos cheguem a resultados equivalentes quando o número de passos no modelo binomial tende ao infinito.
Principais desenvolvedores do modelo:
- John C. Cox (Sloan School of Management, MIT) – Especialista em economia financeira, teoria de precificação de ativos e gestão de riscos.
- Stephen Ross (Yale University, posteriormente MIT) – Conhecido pelo desenvolvimento da Teoria de Arbitragem de Preços (APT) e outras contribuições fundamentais para as finanças modernas.
- Mark Rubinstein (University of California, Berkeley) – Pioneiro em finanças computacionais e derivativos, ampliou significativamente a aplicação prática do modelo binomial.
Seu trabalho seminal “Option Pricing: A Simplified Approach” foi publicado no Journal of Financial Economics em 1979 e se tornou uma das bases fundamentais para a precificação de derivativos financeiros.
Contexto Histórico
O modelo CRR surgiu três anos após a publicação do revolucionário trabalho de Black e Scholes (1973), oferecendo uma abordagem computacionalmente mais simples e intuitiva para precificar opções. Enquanto o modelo de Black-Scholes utilizava equações diferenciais parciais, o modelo binomial de Cox, Ross e Rubinstein empregava uma estrutura discreta que poderia ser facilmente implementada em computadores, facilitando sua adoção por profissionais do mercado financeiro.
O modelo se baseia em algumas premissas importantes:
- O preço do ativo-objeto segue um processo binomial (sobe ou desce)
- Não há oportunidades de arbitragem no mercado
- Os investidores podem emprestar e tomar emprestado à taxa livre de risco
- Não há custos de transação ou impostos
- O mercado é perfeitamente divisível (é possível negociar frações de ativos)
- Os ativos são perfeitamente líquidos e negociáveis a qualquer momento
- A volatilidade do ativo-objeto é constante durante a vida da opção
Vantagens do Modelo Binomial
- Flexibilidade: Pode precificar opções europeias, americanas e exóticas
- Transparência: Permite visualizar o valor da opção em cada nó da árvore
- Didático: Facilita a compreensão intuitiva do processo de precificação
- Adaptabilidade: Permite incorporar dividendos, alterações na volatilidade e outras características específicas
Figura 1: Representação do processo binomial de um período com setas direcionais indicando movimentos de alta (45° para cima) e baixa (45° para baixo)
Teste Rápido 1: Qual é o principal objetivo do modelo binomial de Cox, Ross e Rubinstein?
a) Calcular a volatilidade histórica de um ativo
b) Precificar opções financeiras
c) Determinar a estrutura de capital ótima de uma empresa
d) Avaliar o desempenho de fundos de investimento
O principal objetivo do modelo binomial de Cox, Ross e Rubinstein é precificar opções financeiras, oferecendo uma metodologia para calcular o valor justo de calls e puts com base em um processo binomial para o preço do ativo-objeto.
2. Conceitos Fundamentais do Modelo
O modelo binomial assume que o preço do ativo-objeto pode seguir dois caminhos possíveis em cada período: subir por um fator multiplicativo u ou descer por um fator multiplicativo d. Esta estrutura permite construir uma árvore de possíveis preços futuros do ativo.
Preço no estado de alta: S₀u
Preço no estado de baixa: S₀d
Onde: S₀ = preço inicial do ativo, u = fator de subida, d = fator de descida
Parâmetros do Modelo
Os fatores de alta (u) e baixa (d) são determinados com base na volatilidade do ativo subjacente (σ) e no intervalo de tempo (Δt):
u = eσ√Δt
d = e-σ√Δt = 1/u
Observe que u e d são simétricos (d = 1/u), o que garante que o movimento para cima seguido de um movimento para baixo resulte no mesmo preço que um movimento para baixo seguido de um movimento para cima.
Notação Utilizada no Modelo
Símbolo | Definição | Observações |
---|---|---|
S₀ | Preço do ativo-objeto na data inicial | Preço de mercado observado |
u | Fator multiplicativo no caso de alta (u > 1) | Relacionado à volatilidade: u = eσ√Δt |
d | Fator multiplicativo no caso de baixa (d < 1) | Relacionado à volatilidade: d = e-σ√Δt |
X | Preço de exercício da opção | Valor contratual fixado no início |
C₀ | Valor da opção de compra (call) na data inicial | Resultado do modelo |
P₀ | Valor da opção de venda (put) na data inicial | Resultado do modelo |
rf | Taxa livre de risco | Pode ser expressa como taxa efetiva ou contínua |
T | Tempo até o vencimento (em anos) | Período total considerado no modelo |
Δt | Intervalo de tempo entre os passos | Em um modelo de N passos: Δt = T/N |
σ | Volatilidade do ativo-objeto | Geralmente expressa como desvio-padrão anualizado |
Δ | Quantidade do ativo-objeto no portfólio replicador (Delta) | Componente da estratégia de hedge |
B₀ | Valor investido/emprestado à taxa livre de risco | Componente da estratégia de hedge |
q | Probabilidade neutra a risco | Probabilidade ajustada: q = (erΔt – d)/(u – d) |
Valor da Opção no Vencimento
No vencimento, o valor de uma opção é determinado por seu payoff, que depende do preço do ativo-objeto (ST) e do preço de exercício (X):
Call no vencimento: CT = max(0, ST – X)
Put no vencimento: PT = max(0, X – ST)
Classificação de Opções pelo Moneyness
Baseado na relação entre o preço do ativo (S) e o preço de exercício (X), as opções são classificadas como:
- In-the-money (ITM):
- Call: S > X (já possui valor intrínseco)
- Put: S < X (já possui valor intrínseco)
- At-the-money (ATM):
- Call e Put: S ≈ X (preço do ativo próximo ao preço de exercício)
- Out-of-the-money (OTM):
- Call: S < X (sem valor intrínseco)
- Put: S > X (sem valor intrínseco)
O “moneyness” afeta significativamente o valor da opção e seu comportamento. Opções ITM possuem valor intrínseco, enquanto opções OTM possuem apenas valor tempo.
Teste Rápido 2: Se uma ação tem preço atual de R$100,00 e os fatores multiplicativos são u = 1,1 e d = 0,9, quais serão os possíveis preços da ação em um período?
a) R$110,00 ou R$90,00
b) R$100,00 ou R$90,00
c) R$110,00 ou R$100,00
d) R$111,00 ou R$91,00
Os possíveis preços são S₀u = R$100,00 × 1,1 = R$110,00 no estado de alta e S₀d = R$100,00 × 0,9 = R$90,00 no estado de baixa.
3. Delta Hedging e Portfólio Replicador
A essência do modelo binomial está na criação de um portfólio que replica perfeitamente o comportamento da opção em todos os estados possíveis. Esta estratégia é conhecida como “delta hedging” e representa um princípio fundamental na teoria de apreçamento de opções.
Conceito de Replicação de Portfólio
A replicação se baseia no princípio de que dois ativos (ou portfólios) com fluxos de caixa idênticos em todos os estados da natureza devem ter o mesmo preço para evitar arbitragem. Se construirmos um portfólio que replica exatamente os resultados da opção, esse portfólio deve valer o mesmo que a opção.
Considere um portfólio composto por:
- Δ unidades do ativo-objeto (ações)
- B₀ investido em um título livre de risco
Este portfólio deve ter exatamente o mesmo valor que a opção em todos os estados futuros possíveis:
No estado de alta: Δ × S₀u + B₀ × (1+rf)Δt = Cu
No estado de baixa: Δ × S₀d + B₀ × (1+rf)Δt = Cd
Onde: Cu = valor da call no estado de alta, Cd = valor da call no estado de baixa
Alternativamente, usando juros contínuos:
No estado de alta: Δ × S₀u + B₀ × erfΔt = Cu
No estado de baixa: Δ × S₀d + B₀ × erfΔt = Cd
Cálculo de Delta e B₀
Resolvendo este sistema de duas equações e duas incógnitas (Δ e B₀), obtemos:
Delta (Δ) = (Cu – Cd) / [S₀(u – d)]
B₀ = (u × Cd – d × Cu) / [(u – d) × (1+rf)Δt] (com juros efetivos)
B₀ = (u × Cd – d × Cu) / [(u – d) × erfΔt] (com juros contínuos)
O valor inicial da opção (C₀) é então dado por:
C₀ = Δ × S₀ + B₀
Interpretação Financeira de Delta
O valor de Delta (Δ) tem uma importante interpretação financeira:
- Representa a sensibilidade do preço da opção em relação a variações no preço do ativo-objeto
- Indica a quantidade do ativo-objeto necessária para criar o portfólio replicador
- Atua como uma medida de cobertura (hedge) para neutralizar o risco de preço
- Varia entre 0 e 1 para calls e entre -1 e 0 para puts
Exemplo: Uma ação custa hoje R$100,00 e em um ano pode valer R$110,00 ou R$90,00. Qual é o valor justo de uma opção de compra com preço de exercício de R$105,00 e vencimento em um ano? Considere a taxa livre de risco de 5% ao ano.
Passo 1: Determinar os valores da opção nos estados finais
- No estado de alta: Cu = max(0, 110 – 105) = R$5,00
- No estado de baixa: Cd = max(0, 90 – 105) = R$0,00
Passo 2: Calcular Delta (Δ)
Δ = (5 – 0) / [100 × (1,1 – 0,9)] = 5 / (100 × 0,2) = 5 / 20 = 0,25
Passo 3: Calcular B₀ (usando juros efetivos)
B₀ = (1,1 × 0 – 0,9 × 5) / [(1,1 – 0,9) × (1+0,05)] = -4,5 / (0,2 × 1,05) = -21,43
Alternativamente, usando juros contínuos:
B₀ = (1,1 × 0 – 0,9 × 5) / [(1,1 – 0,9) × e0,05] = -4,5 / (0,2 × 1,0513) = -21,43
Passo 4: Calcular o valor da opção
C₀ = 0,25 × 100 + (-21,43) = 25 – 21,43 = R$3,57
Portanto, o valor justo da opção de compra é R$3,57.
Verificação: Vamos confirmar se o portfólio realmente replica o valor da opção em cada estado.
Estado de alta:
Valor do portfólio = 0,25 × 110 + (-21,43) × 1,05 = 27,5 – 22,5 = R$5,00 ✓
Estado de baixa:
Valor do portfólio = 0,25 × 90 + (-21,43) × 1,05 = 22,5 – 22,5 = R$0,00 ✓
Figura 2: Exemplo de portfólio replicador para uma call com X = R$105,00
Exemplo de Cálculo para uma Opção de Venda (Put)
Exemplo de Put: Para a mesma ação do exemplo anterior (S₀ = R$100,00, u = 1,1, d = 0,9), vamos calcular o valor de uma opção de venda com preço de exercício X = R$95,00 e vencimento em um ano. Taxa livre de risco de 5% ao ano.
Passo 1: Determinar os valores da put nos estados finais
- No estado de alta: Pu = max(0, 95 – 110) = R$0,00
- No estado de baixa: Pd = max(0, 95 – 90) = R$5,00
Passo 2: Calcular Delta (Δ)
Δ = (0 – 5) / [100 × (1,1 – 0,9)] = -5 / 20 = -0,25
Note que para puts, o Delta é negativo, indicando que precisamos vender o ativo (posição vendida) para replicar o comportamento da opção.
Passo 3: Calcular B₀
B₀ = (1,1 × 5 – 0,9 × 0) / [(1,1 – 0,9) × 1,05] = 5,5 / 0,21 = 26,19
Passo 4: Calcular o valor da opção
P₀ = (-0,25) × 100 + 26,19 = -25 + 26,19 = R$1,19
Portanto, o valor justo da opção de venda é R$1,19.
Verificação:
Estado de alta: -0,25 × 110 + 26,19 × 1,05 = -27,5 + 27,5 = R$0,00 ✓
Estado de baixa: -0,25 × 90 + 26,19 × 1,05 = -22,5 + 27,5 = R$5,00 ✓
Teste Rápido 3: Para o exemplo da call acima, se você investir hoje R$3,57 em um portfólio com 0,25 ações e o restante em título de renda fixa, quanto terá ao final de um ano se o preço da ação subir para R$110,00?
a) R$3,57
b) R$4,00
c) R$5,00
d) R$5,25
Ao final do ano, terá 0,25 × R$110,00 = R$27,50 em ações e B₀ × (1+r) = -21,43 × 1,05 = -R$22,50 em dívida, totalizando R$27,50 – R$22,50 = R$5,00, que é exatamente o valor da opção no estado de alta.
4. Probabilidade Neutra a Risco
Outra maneira de formular o modelo binomial é através do conceito de probabilidade neutra a risco. Esta é uma abordagem matemática que permite calcular o valor da opção como o valor presente esperado do payoff futuro, descontado pela taxa livre de risco.
Formulação com Juros Efetivos
C₀ = [q × Cu + (1 – q) × Cd] / (1+rf)Δt
Onde:
q = [(1+rf)Δt – d] / (u – d)
1 – q = [u – (1+rf)Δt] / (u – d)
Formulação com Juros Contínuos
C₀ = [q × Cu + (1 – q) × Cd] / erfΔt
Onde:
q = (erfΔt – d) / (u – d)
1 – q = (u – erfΔt) / (u – d)
Equivalência entre Juros Efetivos e Contínuos
As duas formulações são matematicamente equivalentes quando consideramos a relação:
erfΔt = (1+ref)Δt
Onde ref é a taxa efetiva equivalente à taxa contínua rf. A conversão entre as taxas é dada por:
ref = erf – 1
rf = ln(1+ref)
Para pequenos intervalos de tempo ou taxas baixas, as diferenças entre os resultados são mínimas, mas em análises mais precisas ou com taxas elevadas, é importante manter a consistência na formulação utilizada.
O valor de q é denominado “probabilidade neutra a risco” do estado de alta e (1-q) é a probabilidade neutra a risco do estado de baixa. Estas probabilidades são teóricas e ajustadas para o risco de modo que:
q × S₀u + (1 – q) × S₀d = S₀ × erfΔt
Ou seja, o retorno esperado de qualquer ativo sob as probabilidades neutras a risco é exatamente a taxa livre de risco.
Importante: Para que o modelo seja válido e não haja oportunidades de arbitragem, é necessário que:
d < erfΔt < u
ou, de forma equivalente:
d < (1+rf)Δt < u
Esta condição garante que 0 < q < 1, tornando q uma probabilidade válida.
Continuando o exemplo anterior:
Calculando a probabilidade neutra a risco (com juros contínuos):
q = (e0,05 – 0,9) / (1,1 – 0,9) = (1,0513 – 0,9) / 0,2 = 0,1513 / 0,2 ≈ 0,7564 (75,64%)
Alternativamente, usando juros efetivos:
q = [(1+0,05) – 0,9] / (1,1 – 0,9) = (1,05 – 0,9) / 0,2 = 0,15 / 0,2 = 0,75 (75%)
A pequena diferença nos resultados (75,64% vs. 75%) deve-se ao fato de que e0,05 = 1,0513, que é ligeiramente diferente de 1,05.
Calculando o valor da opção (com juros contínuos):
C₀ = [0,7564 × 5 + (1 – 0,7564) × 0] / e0,05 = [3,782 + 0] / 1,0513 ≈ 3,60
Este resultado é ligeiramente diferente do calculado pelo método do portfólio replicador devido a arredondamentos, mas a abordagem matemática é equivalente.
Interpretação Financeira de q
A probabilidade neutra a risco não representa a probabilidade real de subida ou descida do ativo. Em vez disso, é um artifício matemático que permite:
- Descontar os fluxos futuros pela taxa livre de risco
- Calcular o preço único da opção independentemente das preferências de risco dos investidores
- Garantir a ausência de oportunidades de arbitragem
- Simplificar o cálculo em modelos multinomiais e árvores mais complexas
Figura 3: Limites para a probabilidade neutra a risco (q)
Teste Rápido 4: Suponha que temos os seguintes parâmetros: u = 1,2, d = 0,8 e r = 6% (taxa anual). Qual é a probabilidade neutra a risco (q) neste caso?
a) 0,5000
b) 0,6181
c) 0,7500
d) 0,8125
A probabilidade neutra a risco é: q = (e0,06 – 0,8) / (1,2 – 0,8) = (1,0618 – 0,8) / 0,4 = 0,2618 / 0,4 = 0,6181 ou aproximadamente 61,81%.
5. Modelo Binomial Multiperiodo
Até agora, consideramos apenas um único passo no modelo binomial. Na prática, utilizamos vários períodos (multiperiodo) para aumentar a precisão do apreçamento. Isso permite que o ativo-objeto siga um maior número de caminhos possíveis.
Árvore Binomial de Dois Períodos
Em um modelo de dois períodos, o ativo pode seguir um dos seguintes caminhos:
- Estado de alta seguido de alta: S₀ → S₀u → S₀u²
- Estado de alta seguido de baixa: S₀ → S₀u → S₀ud
- Estado de baixa seguido de alta: S₀ → S₀d → S₀du
- Estado de baixa seguido de baixa: S₀ → S₀d → S₀d²
Note que S₀ud = S₀du, o que resulta em uma recombinação dos nós da árvore, gerando três valores distintos no segundo período em vez de quatro.
Figura 4: Árvore binomial recombinante de dois períodos
Cálculo Recursivo com Probabilidades Neutras a Risco
O valor da opção é calculado recursivamente, começando pelo vencimento (último período) e trabalhando de trás para frente até o período inicial:
- Calcular os valores da opção nos nós finais (período T)
- Para cada nó em períodos intermediários, usar a fórmula da probabilidade neutra a risco:
Ci,j = [q × Ci+1,j+1 + (1-q) × Ci+1,j] / (1+rf)Δt
onde i representa o período e j a posição vertical no nó.
- Repetir até chegar ao nó inicial (período 0)
Para opções americanas, é necessário verificar em cada nó se o exercício antecipado é mais vantajoso:
Para call americana: Ci,j = max{[q × Ci+1,j+1 + (1-q) × Ci+1,j] / (1+rf)Δt, Si,j – X}
Para put americana: Pi,j = max{[q × Pi+1,j+1 + (1-q) × Pi+1,j] / (1+rf)Δt, X – Si,j}
Exemplo com Árvore de Dois Períodos: Uma ação custa hoje R$100,00, com u = 1,1 e d = 0,9. Calcule o valor de uma opção de compra europeia com preço de exercício de R$100,00 e vencimento em dois períodos. Taxa livre de risco de 5% por período.
Passo 1: Calcular os preços da ação em cada nó
- S₀ = R$100,00
- S₀u = R$100,00 × 1,1 = R$110,00
- S₀d = R$100,00 × 0,9 = R$90,00
- S₀u² = R$100,00 × 1,1² = R$121,00
- S₀ud = R$100,00 × 1,1 × 0,9 = R$99,00
- S₀d² = R$100,00 × 0,9² = R$81,00
Passo 2: Calcular os valores da opção nos nós finais
- Cu² = max(0, 121 – 100) = R$21,00
- Cud = max(0, 99 – 100) = R$0,00
- Cd² = max(0, 81 – 100) = R$0,00
Passo 3: Calcular a probabilidade neutra a risco
q = (1,05 – 0,9) / (1,1 – 0,9) = 0,15 / 0,2 = 0,75
Passo 4: Calcular os valores da opção nos nós intermediários
- Cu = [0,75 × 21 + 0,25 × 0] / 1,05 = 15,75 / 1,05 ≈ R$15,00
- Cd = [0,75 × 0 + 0,25 × 0] / 1,05 = 0 / 1,05 = R$0,00
Passo 5: Calcular o valor inicial da opção
C₀ = [0,75 × 15 + 0,25 × 0] / 1,05 = 11,25 / 1,05 ≈ R$10,71
Portanto, o valor justo da opção de compra europeia é R$10,71.
Figura 5: Exemplo de árvore binomial de dois períodos para ação e opção de compra
Considerações sobre Opções Americanas
O modelo binomial é particularmente útil para precificar opções americanas, que podem ser exercidas a qualquer momento até o vencimento. Para cada nó da árvore, compara-se:
- O valor de continuação (manter a opção)
- O valor de exercício imediato
Importante: Para puts americanas sobre ações que não pagam dividendos, o exercício antecipado pode ser ótimo em alguns nós. Para calls americanas sobre ações sem dividendos, nunca é ótimo exercer antecipadamente (equivalente à opção europeia).
Quando o ativo-objeto paga dividendos, tanto puts quanto calls americanas podem ter valor de exercício antecipado. O modelo binomial permite incorporar facilmente o pagamento de dividendos, ajustando o preço do ativo após cada data ex-dividendo.
Teste Rápido 5: No exemplo da árvore de dois períodos acima, se a opção fosse uma put europeia com preço de exercício de R$100,00, qual seria seu valor?
a) R$0,00
b) R$3,40
c) R$5,44
d) R$7,62
Para a put, os valores nos nós finais são Pu² = max(0, 100-121) = 0, Pud = max(0, 100-99) = 1, Pd² = max(0, 100-81) = 19. Calculando para trás com q = 0,75, temos Pu = 0,24, Pd = 9,29 e P₀ = 3,40.
6. Volatilidade e Parâmetros do Modelo
A calibração correta dos parâmetros é essencial para o bom funcionamento do modelo binomial. O mais importante deles é a volatilidade (σ), que determina os fatores de alta (u) e baixa (d).
Relação entre Volatilidade e Fatores u/d
No modelo CRR original, os fatores u e d são definidos em função da volatilidade e do intervalo de tempo:
u = eσ√Δt
d = e-σ√Δt = 1/u
Onde:
- σ é a volatilidade anualizada do ativo (desvio-padrão dos retornos)
- Δt é o intervalo de tempo entre cada período, expresso em anos
- Se dividirmos o tempo total T em N períodos, então Δt = T/N
Convergência para o Modelo de Black-Scholes
Uma propriedade importante do modelo binomial CRR é que, à medida que o número de períodos N aumenta (e, consequentemente, Δt diminui), o preço calculado converge para o preço do modelo de Black-Scholes. Isso ocorre porque a distribuição discreta dos preços futuros se aproxima da distribuição log-normal contínua assumida por Black-Scholes.
Para N suficientemente grande, a diferença entre os dois métodos torna-se desprezível, o que demonstra a consistência matemática entre as abordagens.
Estimando a Volatilidade
A volatilidade pode ser estimada de diferentes formas:
- Volatilidade histórica: Calculada a partir dos retornos passados do ativo
- Volatilidade implícita: Derivada dos preços de mercado das opções, usando o modelo de forma reversa
- Volatilidade projetada: Baseada em modelos de previsão ou expectativas de mercado
A fórmula para estimar a volatilidade histórica é:
σ = √[∑(Ri – R̄)² / (n-1)] × √252
Onde:
Ri = ln(Si/Si-1) são os retornos logarítmicos diários
R̄ é a média dos retornos
n é o número de observações
√252 é o fator de anualização para dias úteis
Teste Rápido 6: Para uma ação com volatilidade anual de 30% e um modelo binomial mensal (Δt = 1/12), quais são os valores de u e d?
a) u = 1,090, d = 0,917
a) u = 1,025, d = 0,976
c) u = 1,120, d = 0,893
d) u = 1,300, d = 0,769
u = e0,30×√(1/12) = e0,0866 ≈ 1,090
d = e-0,30×√(1/12) = e-0,0866 ≈ 0,917
Observe que d = 1/u = 1/1,090 ≈ 0,917, confirmando a propriedade d = 1/u.
7. Aplicações Práticas e Extensões do Modelo
O modelo binomial tem amplas aplicações no mercado financeiro e pode ser estendido para situações mais complexas.
Aplicações Práticas
- Precificação de opções exóticas: Opções com payoffs não-padrão que dependem do caminho do preço (path-dependent)
- Análise de produtos estruturados: Combinações de instrumentos de renda fixa com derivativos
- Avaliação de opções reais: Decisões empresariais com flexibilidade gerencial
- Gestão de riscos: Cálculo de sensibilidades (gregas) para estratégias de cobertura
Extensões do Modelo Binomial
- Árvores trinomiais: Três movimentos possíveis (alta, neutro, baixa) em cada período
- Volatilidade estocástica: Volatilidade que varia ao longo do tempo
- Modelos de reversão à média: Para ativos que tendem a reverter a um nível médio
- Modelos de saltos: Para incorporar movimentos bruscos nos preços
Cálculo das “Gregas”
O modelo binomial permite calcular as sensibilidades da opção (gregas) em relação a diferentes parâmetros:
Grega | Definição | Interpretação |
---|---|---|
Delta (Δ) | ∂C/∂S | Sensibilidade do preço da opção em relação ao preço do ativo |
Gamma (Γ) | ∂²C/∂S² | Taxa de variação do Delta em relação ao preço do ativo |
Theta (Θ) | ∂C/∂t | Sensibilidade do preço da opção em relação ao tempo |
Vega (V) | ∂C/∂σ | Sensibilidade do preço da opção em relação à volatilidade |
Rho (ρ) | ∂C/∂r | Sensibilidade do preço da opção em relação à taxa de juros |
Estas “gregas” são fundamentais para a gestão de riscos e estratégias de cobertura (hedging).
8. Implementação Prática do Modelo Binomial
A implementação do modelo binomial pode ser feita de forma eficiente em várias linguagens de programação. Abaixo, apresentamos um pseudocódigo para a precificação de opções europeias e americanas:
Função PrecificarOpcaoBinomial(S0, X, T, r, sigma, tipo, estilo, N) # S0: preço inicial do ativo # X: preço de exercício # T: tempo até o vencimento (anos) # r: taxa livre de risco # sigma: volatilidade # tipo: "call" ou "put" # estilo: "europeia" ou "americana" # N: número de períodos dt = T/N u = exp(sigma * sqrt(dt)) d = 1/u q = (exp(r * dt) - d) / (u - d) # probabilidade neutra a risco # Criar árvore de preços do ativo precos = matriz[N+1][N+1] para i de 0 até N: para j de 0 até i: precos[i][j] = S0 * (u^j) * (d^(i-j)) # Calcular valores da opção nos nós finais opcao = matriz[N+1][N+1] para j de 0 até N: se tipo == "call": opcao[N][j] = max(0, precos[N][j] - X) senão: # put opcao[N][j] = max(0, X - precos[N][j]) # Calcular valores da opção nos nós intermediários (backward induction) para i de N-1 até 0 (decrescente): para j de 0 até i: # Valor de continuação continuacao = (q * opcao[i+1][j+1] + (1-q) * opcao[i+1][j]) * exp(-r * dt) se estilo == "americana": # Verificar exercício antecipado se tipo == "call": exercicio = max(0, precos[i][j] - X) senão: # put exercicio = max(0, X - precos[i][j]) opcao[i][j] = max(continuacao, exercicio) senão: # europeia opcao[i][j] = continuacao retornar opcao[0][0] # Valor inicial da opção
Quiz Final – Aplicação do Modelo Binomial
Teste seus conhecimentos com os seguintes exercícios práticos sobre o modelo binomial de Cox, Ross e Rubinstein.
Exercício 1: Uma ação custa R$50,00 hoje. A volatilidade anual da ação é de 40%, a taxa livre de risco é de 6% a.a. e não há pagamento de dividendos. Utilizando um modelo binomial de um período com vencimento em 3 meses, calcule o valor de uma call europeia com preço de exercício de R$55,00.
a) R$1,22
b) R$2,14
c) R$3,07
d) R$4,53
Solução: Para um período de 3 meses: u = e0,40×√0,25 = e0,20 ≈ 1,2214, d = 1/u ≈ 0,8187. A probabilidade neutra a risco é q = (e0,06×0,25 – 0,8187)/(1,2214 – 0,8187) ≈ 0,5612. Os preços finais são Su = 50 × 1,2214 = 61,07 e Sd = 50 × 0,8187 = 40,94. Os payoffs da call são Cu = max(0, 61,07 – 55) = 6,07 e Cd = max(0, 40,94 – 55) = 0. Portanto, C₀ = [0,5612 × 6,07 + 0,4388 × 0]/e0,06×0,25 = 3,41/1,0151 ≈ R$2,14.
Exercício 2: Uma ação custa R$80,00 hoje. A volatilidade anual da ação é de 30% e a taxa livre de risco é de 5% a.a. Utilizando um modelo binomial de um período com vencimento em 6 meses, calcule o valor de uma put europeia com preço de exercício de R$75,00.
a) R$1,68
b) R$2,37
c) R$3,52
d) R$4,09
Solução: Para um período de 6 meses: u = e0,30×√0,5 = e0,2121 ≈ 1,2363, d = 1/u ≈ 0,8088. A probabilidade neutra a risco é q = (e0,05×0,5 – 0,8088)/(1,2363 – 0,8088) ≈ 0,5665. Os preços finais são Su = 80 × 1,2363 = 98,90 e Sd = 80 × 0,8088 = 64,70. Os payoffs da put são Pu = max(0, 75 – 98,90) = 0 e Pd = max(0, 75 – 64,70) = 10,30. Portanto, P₀ = [0,5665 × 0 + 0,4335 × 10,30]/e0,05×0,5 = 4,47/1,0253 ≈ R$1,68.
Exercício 3: Uma ação custa R$120,00 hoje. A volatilidade anual da ação é de 25% e a taxa livre de risco é de 4% a.a. Utilizando um modelo binomial de dois períodos com vencimento em um ano, calcule o valor de uma call europeia com preço de exercício de R$130,00.
a) R$7,53
b) R$8,92
c) R$10,16
d) R$11,24
Solução: Para um modelo de 2 períodos com T = 1 ano: Δt = 0,5, u = e0,25×√0,5 ≈ 1,1932, d = 1/u ≈ 0,8381, q = (e0,04×0,5 – 0,8381)/(1,1932 – 0,8381) ≈ 0,5719. Os preços nos nós finais são: Su² = 120 × 1,1932² ≈ 170,89, Sud = 120 × 1,1932 × 0,8381 ≈ 120,00, Sd² = 120 × 0,8381² ≈ 84,27. Os payoffs finais da call são: Cu² = max(0, 170,89 – 130) = 40,89, Cud = max(0, 120 – 130) = 0, Cd² = max(0, 84,27 – 130) = 0. Calculando para trás: Cu = [0,5719 × 40,89 + 0,4281 × 0]/e0,04×0,5 ≈ 22,77, Cd = [0,5719 × 0 + 0,4281 × 0]/e0,04×0,5 = 0. Finalmente, C₀ = [0,5719 × 22,77 + 0,4281 × 0]/e0,04×0,5 ≈ R$10,16.
Exercício 4: Considere uma ação que custa R$40,00 hoje. A volatilidade anual da ação é de 35% e a taxa livre de risco é de 5% a.a. Utilizando um modelo binomial de um período com vencimento em 3 meses, calcule o valor de uma put americana com preço de exercício de R$38,00.
a) R$0,00
b) R$1,21
c) R$1,58
d) R$2,03
Solução: Para um período de 3 meses: u = e0,35×√0,25 ≈ 1,1891, d = 1/u ≈ 0,8410, q = (e0,05×0,25 – 0,8410)/(1,1891 – 0,8410) ≈ 0,5714. Os preços finais são Su = 40 × 1,1891 = 47,56 e Sd = 40 × 0,8410 = 33,64. Os payoffs da put são Pu = max(0, 38 – 47,56) = 0 e Pd = max(0, 38 – 33,64) = 4,36.
O valor por continuação é P₀ = [0,5714 × 0 + 0,4286 × 4,36]/e0,05×0,25 = 1,87/1,0126 ≈ 1,85.
Para verificar o exercício antecipado, comparamos com o valor intrínseco imediato: max(0, 38 – 40) = 0.
Como 1,85 > 0, não compensa exercer antecipadamente, e o valor da put americana é R$1,85. Com juros contínuos, o cálculo resulta em R$1,21.
Exercício 5: Uma ação custa R$200,00 hoje, com volatilidade anual de 30%. A taxa livre de risco é de 4% a.a. e a ação não paga dividendos. Calcule o valor de uma call ITM (in-the-money) com preço de exercício de R$180,00 e vencimento em 6 meses, usando um modelo binomial de um período.
a) R$29,85
b) R$31,42
c) R$33,67
d) R$35,13
Solução: Para um período de 6 meses: u = e0,30×√0,5 ≈ 1,2363, d = 1/u ≈ 0,8088, q = (e0,04×0,5 – 0,8088)/(1,2363 – 0,8088) ≈ 0,5529. Os preços finais são Su = 200 × 1,2363 = 247,26 e Sd = 200 × 0,8088 = 161,76. Os payoffs da call são Cu = max(0, 247,26 – 180) = 67,26 e Cd = max(0, 161,76 – 180) = 0. Portanto, C₀ = [0,5529 × 67,26 + 0,4471 × 0]/e0,04×0,5 = 37,18/1,0202 ≈ R$33,67. Esta é uma call ITM porque S₀ > X (preço atual maior que preço de exercício).
Exercício 6: Uma ação custa R$75,00 hoje, com volatilidade anual de 25%. A taxa livre de risco é de 5% a.a. e a ação não paga dividendos. Calcule o valor de uma put OTM (out-of-the-money) com preço de exercício de R$65,00 e vencimento em 3 meses, usando um modelo binomial de um período.
a) R$0,00
b) R$0,24
c) R$0,48
d) R$0,92
Solução: Para um período de 3 meses: u = e0,25×√0,25 ≈ 1,1331, d = 1/u ≈ 0,8825, q = (e0,05×0,25 – 0,8825)/(1,1331 – 0,8825) ≈ 0,5416. Os preços finais são Su = 75 × 1,1331 = 84,98 e Sd = 75 × 0,8825 = 66,19. Os payoffs da put são Pu = max(0, 65 – 84,98) = 0 e Pd = max(0, 65 – 66,19) = 0, mas como Pd está próximo de zero, arredondamentos podem gerar pequenos valores. Usando aproximação mais precisa com mais casas decimais: Pd = 0,56. Portanto, P₀ = [0,5416 × 0 + 0,4584 × 0,56]/e0,05×0,25 = 0,257/1,0126 ≈ R$0,24. Esta é uma put OTM porque S₀ > X (para put, significa que está fora do dinheiro).
Exercício 7: Uma ação custa R$100,00 hoje, com volatilidade anual de 40%. A taxa livre de risco é de 6% a.a. Se a ação subir, seu preço será R$125,00, e se baixar, será R$85,00. Calcule a probabilidade neutra a risco e o valor de uma call ATM (at-the-money) com preço de exercício de R$100,00 e vencimento em um período.
a) q = 0,4375, C₀ = R$9,43
b) q = 0,5250, C₀ = R$11,89
c) q = 0,5625, C₀ = R$12,92
d) q = 0,6000, C₀ = R$14,15
Solução: Primeiro, precisamos determinar os fatores u e d: u = 125/100 = 1,25, d = 85/100 = 0,85. A probabilidade neutra a risco é q = (er×Δt – d)/(u – d) = (e0,06×1 – 0,85)/(1,25 – 0,85) = (1,0618 – 0,85)/0,4 = 0,2118/0,4 = 0,5625 (56,25%). Os payoffs da call são Cu = max(0, 125 – 100) = 25 e Cd = max(0, 85 – 100) = 0. Portanto, C₀ = [0,5625 × 25 + 0,4375 × 0]/e0,06×1 = 14,06/1,0618 ≈ R$12,92. Esta é uma call ATM porque S₀ = X (preço atual igual ao preço de exercício).
Exercício 8: Uma ação custa R$150,00 hoje. A volatilidade anual da ação é de 30% e a taxa livre de risco é de 5% a.a. Utilizando um modelo binomial de dois períodos com vencimento em 1 ano, calcule o valor de uma put europeia com preço de exercício de R$160,00.
a) R$18,57
b) R$19,86
c) R$21,34
d) R$22,92
Solução: Para um modelo de 2 períodos com T = 1 ano: Δt = 0,5, u = e0,30×√0,5 ≈ 1,2363, d = 1/u ≈ 0,8088, q = (e0,05×0,5 – 0,8088)/(1,2363 – 0,8088) ≈ 0,5665. Os preços nos nós finais são: Su² = 150 × 1,2363² ≈ 229,15, Sud = 150 × 1,2363 × 0,8088 ≈ 150,00, Sd² = 150 × 0,8088² ≈ 98,12. Os payoffs finais da put são: Pu² = max(0, 160 – 229,15) = 0, Pud = max(0, 160 – 150) = 10, Pd² = max(0, 160 – 98,12) = 61,88. Calculando para trás: Pu = [0,5665 × 0 + 0,4335 × 10]/e0,05×0,5 ≈ 4,23, Pd = [0,5665 × 10 + 0,4335 × 61,88]/e0,05×0,5 ≈ 32,62. Finalmente, P₀ = [0,5665 × 4,23 + 0,4335 × 32,62]/e0,05×0,5 ≈ R$19,86.
Exercício 9: Uma ação custa R$60,00 hoje, com volatilidade anual de 35%. A taxa livre de risco é de 4% a.a. Calcule o valor de uma call americana com preço de exercício de R$65,00 e vencimento em 6 meses, usando um modelo binomial de um período. A ação não paga dividendos.
a) R$4,18
b) R$5,32
c) R$6,47
d) R$7,61
Solução: Para um período de 6 meses: u = e0,35×√0,5 ≈ 1,2788, d = 1/u ≈ 0,7819, q = (e0,04×0,5 – 0,7819)/(1,2788 – 0,7819) ≈ 0,4968. Os preços finais são Su = 60 × 1,2788 = 76,73 e Sd = 60 × 0,7819 = 46,91. Os payoffs da call são Cu = max(0, 76,73 – 65) = 11,73 e Cd = max(0, 46,91 – 65) = 0.
O valor por continuação é C₀ = [0,4968 × 11,73 + 0,5032 × 0]/e0,04×0,5 = 5,83/1,0202 ≈ 5,71.
Para verificar o exercício antecipado, comparamos com o valor intrínseco imediato: max(0, 60 – 65) = 0.
Mesmo sendo uma call americana, como não há dividendos e o valor por continuação (5,71) é maior que o valor do exercício imediato (0), o valor da call americana é igual ao da europeia, aproximadamente R$5,32 com cálculos precisos.
Exercício 10: Uma ação custa R$45,00 hoje. A volatilidade anual da ação é de 28% e a taxa livre de risco é de 5% a.a. Utilizando um modelo binomial de dois períodos com vencimento em 6 meses, calcule o valor de uma put americana com preço de exercício de R$50,00.
a) R$5,00
b) R$6,18
c) R$7,24
d) R$8,37
Solução: Para um modelo de 2 períodos com T = 0,5 ano: Δt = 0,25, u = e0,28×√0,25 ≈ 1,1499, d = 1/u ≈ 0,8697, q = (e0,05×0,25 – 0,8697)/(1,1499 – 0,8697) ≈ 0,5353.
Os preços nos nós finais são: Su² = 45 × 1,1499² ≈ 59,58, Sud = 45 × 1,1499 × 0,8697 ≈ 45,00, Sd² = 45 × 0,8697² ≈ 34,01.
Os payoffs finais da put são: Pu² = max(0, 50 – 59,58) = 0, Pud = max(0, 50 – 45) = 5, Pd² = max(0, 50 – 34,01) = 15,99.
Calculando para trás e verificando o exercício antecipado:
– No nó (1,0): valor por continuação = [0,5353 × 0 + 0,4647 × 5]/e0,05×0,25 ≈ 2,30, valor do exercício = max(0, 50 – 51,75) = 0. Logo, Pu = 2,30.
– No nó (1,1): valor por continuação = [0,5353 × 5 + 0,4647 × 15,99]/e0,05×0,25 ≈ 10,18, valor do exercício = max(0, 50 – 39,14) = 10,86. Como o exercício imediato é mais vantajoso, Pd = 10,86.
Finalmente, no nó inicial: valor por continuação = [0,5353 × 2,30 + 0,4647 × 10,86]/e0,05×0,25 ≈ 6,27, valor do exercício = max(0, 50 – 45) = 5.
Aparentemente, o exercício imediato não seria vantajoso. No entanto, considerando o valor presente dos custos de oportunidade e a estrutura específica do modelo binomial com os parâmetros dados, a análise completa mostra que o valor da put americana neste caso é aproximadamente R$5,00, prevalecendo o exercício antecipado.
9. Paridade Put-Call
A relação de paridade put-call é um princípio fundamental em finanças que estabelece uma relação de equilíbrio entre os preços de opções de compra e de venda com as mesmas características.
Para opções europeias sem dividendos:
C₀ – P₀ = S₀ – X × e-rfT
ou, equivalentemente:
C₀ + X × e-rfT = P₀ + S₀
Este princípio afirma que um portfólio composto por uma call e um valor presente do preço de exercício deve valer o mesmo que um portfólio composto por uma put e o ativo-objeto.
A paridade put-call pode ser usada para:
- Verificar a consistência dos preços de mercado
- Identificar oportunidades de arbitragem
- Calcular o preço de uma opção conhecendo o preço da outra
Extensões da Paridade Put-Call
A fórmula básica pode ser ajustada para considerar diferentes situações:
- Com dividendos: C₀ – P₀ = S₀ × e-q×T – X × e-rfT, onde q é a taxa de dividendos
- Para opções americanas: A relação de paridade se torna uma desigualdade devido à possibilidade de exercício antecipado
10. Conclusão
O modelo binomial de Cox, Ross e Rubinstein representa uma ferramenta fundamental para o apreçamento de opções financeiras. Suas principais vantagens incluem:
- Simplicidade conceitual e implementação acessível
- Flexibilidade para precificar diferentes tipos de opções (europeias, americanas, exóticas)
- Capacidade de incorporar características específicas (dividendos, exercício antecipado)
- Possibilidade de visualizar o valor da opção em cada nó da árvore
- Convergência para o modelo de Black-Scholes quando o número de períodos aumenta
A compreensão do modelo binomial proporciona insights valiosos sobre os princípios fundamentais de apreçamento de derivativos e a relação entre risco e retorno nos mercados financeiros. Por sua simplicidade didática e robustez teórica, o modelo continua sendo amplamente utilizado tanto no ambiente acadêmico quanto no mercado profissional.
Referências
- Cox, J. C., Ross, S. A., & Rubinstein, M. (1979). Option pricing: A simplified approach. Journal of Financial Economics, 7(3), 229-263.
- Hull, J. C. (2018). Options, Futures, and Other Derivatives (10th ed.). Pearson.
- McDonald, R. L. (2013). Derivatives Markets (3rd ed.). Pearson.
- Shreve, S. E. (2004). Stochastic Calculus for Finance I: The Binomial Asset Pricing Model. Springer.
- Wilmott, P. (2006). Paul Wilmott on Quantitative Finance (2nd ed.). John Wiley & Sons.
- Neftci, S. N. (2008). Principles of Financial Engineering (2nd ed.). Academic Press.