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松下J27

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数学乐 --- 年利率与欧拉数e

松下J27 发布时间:2022-05-02 15:53:54 ,浏览量:0

先从利息(Interest)说起:

        假设本作者松江J27想从银行借1000块钱,银行说,借钱可以,但是一年的利率是10%。那就是说,我如果借了这1000块钱,那么一年以后的利息是:

如果是借 5年呢:

上面说的这种计算利息的方式叫做单利,这是一种不改变本金的计算方式。

        要是事情就这么简单的继续下去就好了。遗憾的是,银行往往都不会用这种方式来计算利息,而是用复利(Compound Interest)。所谓复利,就是黑社会高利贷的计算方式,在旧社会就是人们口里常说的,“驴打滚,利滚利”,被视为剥削人民的一种残酷的手段。

        还是接着上面的那个例子说,我想从银行借1000块钱,一年的利率依然是10%,但是,这次银行改成用复利的方式来计算利息。那么五年以后的利息是:

 注意:每次计算时本金的改变

这比用单利的方式计算利息整整多出来了610.51-500=110.51元。

         现在,我们再换一种方式来计算利息,计算的方式依然是复利,但是我们不考虑每年的利率,而是把一年的利率分摊到每个季度或者每个月上,我们这种计算复利的方式叫年利率。

        还是前面的那个例子,如果说一年的利率是10%,现在银行把每年计算复利的方式,改成一年内计算两次复利。且,利率也变成10%的二分之一,也就是上半年和下半年的利率各为5%。计算方式还是复利。

        相比于之前的计算方式,一年的利息又多了102.5-100=2.5元,利率则多了0.25%。相当于是把10%的利率变成10.25%。这个真正的利率被称为有效年利率,有效年利率就是把利率分成几份以后计算得到的实际利率。

有效年利率的计算方法

首先,如果我们令:

本金=PV

原始利率=r

把原始利率在一年内分成n份

本金+利息=FV

按照下面的这个计算公式,就能求出按照年利率计算利息的方式需要还款的总额:

 按照上面的计算公式,我们再算一次“利率10%,半年复利的例子“的利息:

        现在我们已经知道了,如何计算这种新的计息方式需要还款的数额,那么我们如何知道真实的有效年利率?也就是说,原始本金是1000,而根据这种新的计息方式,最终需要还款的数额却是1102.5(而不是1100),请问实际的有效年利率究竟是多少?

下面我们给出计算实际的有效年利率的流程如下:

 还是利率10%,半年复利的例子,用上面给出的公式来计算:

 再来两个例子:

 旧社会,驴打滚,利滚利:(其实现在的银行也一样黑,哈哈)

在这种有效年利率的计算方式计息,当“明面上的”利息很小的时候,对于最终的利息影响不大,但是,如果“明面上的”利息大的时候,复利的就会变得很大。

 欧拉数e:

在前面我们的例子中提过,如果按照半年计算复利:

有效年利率=(1+(r/2))^2-1

如果按照四个季度来计算复利:

有效年利率=(1+(r/4))^4-1

。。。。。。

如果按照365天来计算复利: 

有效年利率=(1+(r/365))^{365}-1

如果按照小时呢,如果继续再小下去,直到无穷小呢?

 不考虑后面的减一,也就是说,如果当n等于无穷大时,会是怎么样呢?

请看看下面这两个公式的,这两个公式是不是很相似,左边的是计算有效年利率的公式,右边的是微积分中著名的两个重要极限中的一个。

 现在我们把计算年利率的公式做一些调整:

 现在我们可以回答刚才的那个问题了,当计算有效年利率时我们把利率所分的份数越来越多,以至于分成无穷多份时,最终会达到一个极限。我们会得到一个用欧拉数e表示的新的计算有效年利率的公式(也就是一年内,按照复利的方式计算利率)。

最后我们用一个例子来总结前面提到的所有计算利率的算法,并做一个比较:

1, 投资 ¥1,000,5年,年利率 10%(单利)

1000*(1+0.1*5)=1500

2,投资 ¥1,000,5年,年利率 10%(按照整年来计算复利)

1000*(1+0.1)^5=1610.5

3,投资 ¥1,000,5年,年利率 10%(按照把一年的利息按照半年来计算复利)

1000*(1+(((1+(0.1/2))^2)-1))^5=1628.9

注意:括号中为有效年利率的计算公式

4,投资 ¥1,000,5年,年利率 10%(按照把一年的利息分成无穷多份来计算复利)

1000*(1+exp(0.1)-1)^5=1648.7

Matlab code:

% Author: 松下J27.
% Later spring 2022/05/02,shanghai
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a=1000*(1+0.1*5)
b=1000*(1+0.1)^5
c=1000*(1+(((1+(0.1/2))^2)-1))^5
d=1000*(1+exp(0.1)-1)^5

这样看来,把一年的利率分成无穷份,能让银行实现利润最大化,接下来的任务就交给增加年利率和增加借贷年限了。

(全文完)

作者 --- 松下J27

格言摘抄:遇 亨 通 的 日 子 你 當 喜 樂 ; 遭 患 難 的 日 子 你 當 思 想 ; 因 為 神 使 這 兩 樣 並 列 , 為 的 是 叫 人 查 不 出 身 後 有 甚 麼 事 。

《传道书》7章14节

声明:

文中截图来自

复利――定期复利https://www.shuxuele.com/money/compound-interest-periodic.html

(*配图与本文无关*)

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