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金融数学课后习题答案

第一章习题答案

1.设总量函数为A(t)=t2+2t+3。

试计算累积函数a(t)和第n个时段的利息

In。

解:

把t=0代入得A(0)=3于是:

a(t)=

A(t)

A(0)

=

t2+2t+3

3

In=A(n)−A(n−1)

=(n2+2n+3)−((n−1)2+2(n−1)+3))

=2n+1

2.对以下两种情况计算从t时刻到n(t

(1)Ir(0

n);

(2)Ir=2r(0

解:

(1)

I=A(n)−A(t)

=In+In¡1+・・・+It+1

=

n(n+1)

2

−t(t+1)

2

(2)

I=A(n)−A(t)

=

Σn

k=t+1

Ik=

Σn

k=t+1

Ik

=2n+1−2t+1

3.已知累积函数的形式为:

a(t)=at2+b。

若0时刻投入的100元累积到3时刻

为172元,试计算:

5时刻投入的100元在10时刻的终值。

第1页

解:

由题意得

a(0)=1,a(3)=

A(3)

A(0)

=1.72

⇒a=0.08,b=1

∴A(5)=100

A(10)=A(0)・a(10)=A(5)・a(10)

a(5)

=100×3=300.

4.分别对以下两种总量函数计算i5和i10:

(1)A(t)=100+5t;

(2)A(t)=100(1+0.1)t.

解:

(1)

i5=

A(5)−A(4)

A(4)

=

5

120

≈4.17%

i10=

A(10)−A(9)

A(9)

=

5

145

≈3.45%

(2)

i5=

A(5)−A(4)

A(4)

=

100(1+0.1)5−100(1+0.1)4

100(1+0.1)4

=10%

i10=

A(10)−A(9)

A(9)

=

100(1+0.1)10−100(1+0.1)9

100(1+0.1)9

=10%

第2页

5.设A(4)=1000,in=0.01n.试计算A(7)。

解:

A(7)=A(4)(1+i5)(1+i6)(1+i7)

=1000×1.05×1.06×1.07

=1190.91

6.试计算500元经过两年半的累积达到615元的对应年单利率?

另外,500元以

单利率7.8%累积多少时间可以达到630元?

解:

设年单利率为i

500(1+2.5i)=615

解得i=9.2%

设500元需要累积t年

500(1+t×7.8%)=630

解得t=3年4个月

7.已知单利率为4%,问:

经过多少时间它对应的实利率可以达到2.5%?

解:

设经过t年后,年利率达到2.5%

1+4%×t=(1+2.5%)t

t≈36.367

8.已知:

(1+i)5=X,(1+i)2=Y.求(1+i)11.

解:

(1+i)11=(1+i)5+2£3=XY3

9.已知600元投资两年将产生利息264元(复利方式),问:

2000元以同样的实

利率投资3年的终值。

第3页

解:

设实利率为i

600[(1+i)2−1]=264

解得i=20%

∴A(3)=2000(1+i)3=3456元

10.已知:

第n年底的一个货币单位与第2年底的一个货币单位的现值之和为一

个货币单位。

计算(1+i)2n.

解:

设实利率为i

1

(1+i)n+

1

(1+i)2n=1

解得(1+i)¡n=

5−1

2

所以(1+i)2n=(

5−1

2

)¡2

=

3+

5

2

11.已知:

500元经过30年的投资将增为4000元,计算:

分别在第20、40和60年底

投资10,000元的现值之和。

解:

由500×(1+i)30=4000⇒(1+i)30=8

于是PV=

10000

(1+i)20+

10000

(1+i)40+

10000

(1+i)60

=1000×(8¡2

3+8¡4

3+8¡2)

=3281.25

12.以同样的实利率,1元经过a年增为2元,2元经过b年增为3元,3元经过c年增

为15元。

若已知6元经过n年增为10元。

试用a,b和c表示n。

第4页

解:

(1+i)a=2

(1)

(1+i)b=

3

2

(2)

(1+i)c=5(3)

(1+i)n=

5

3

(4)

(4)⇒n・ln(1+i)=ln5−ln3

(3)⇒ln5=c×ln(1+i)

(1)×

(2)⇒ln3=(a+b)・ln(1+i)

故n=c−(a+b)

13.已知资本A在一年内产生的利息量为336,产生的贴现量为300。

计算A。

解:

A・i=336

A・d=300

i−d=i・d

⇒A=2800

14.分别在单利率10%和单贴现率10%的条件下,计算d5。

解:

(1)

d5=

a(5)−a(4)

a(5)

=

10%

1+5×10%

=6.67%

第5页

(2)

a¡1(t)=1−0.1t

⇒a(t)=

1

1−0.1t

⇒d5=

a(5)−a(4)

a(5)

=

1

0.5

−1

0.6

1

0.5

=16.67%

15.试用i(3)表示d(4),用d(12)表示i(6)。

解:

由(1+

i(3)

3

)3=(1−d(4)

4

)(¡4)

⇒d(4)=4・[1−(1+

i(3)

3

)¡3

4]

由(1+

i(6)

6

)6=(1−d(12)

12

)(¡12)

⇒i(6)=6・[(1−d(12)

12

)¡2−1]

16.在以下两种情况下计算100元在两年底的终值:

季结算名利率6%;每四年结

算一次的名贴现率为6%。

解:

(1)终值为100×(1+i(4)

4)4£2=112.65元

(2)终值为100×[(1−4d(1

4))

1

4]¡2=114.71元

17.已知:

i(m)=0.1844144和d(m)=0.1802608。

计算m。

解:

利用1

d(m)

−1

i(m)=1

m

⇒m=8

18.基金A以单利率10%累积,基金B以单贴现率5%累积。

计算两个基金的利息

力相等的时刻。

第6页

解:

aA(t)=1+0.1t⇒δA(t)=

a0

A(t)

aA(t)

=

0.1

1+0.1t

a¡1

A(t)=1−0.05t⇒δB(t)=−(a¡1

B(t))0

a¡1

B(t)

=

0.05

1−0.05t

由δA(t)=δB(t)得

t=5

19.一年期投资的累积函数为二次多项式,前半年的半年名利率为5%,全年的实

利率为7%,计算δ0.5。

解:

依题意,累积函数为a(t)=at2+bt+1

a(0.5)=0.25a+0.5b+1=1.025

a

(1)=a+b+1=1.07

a=0.04

b=0.03

于是

δ0.5=

a0(0.5)

a(0.5)

=0.068

20.已知:

帐户A的累积函数为:

1+t2,帐户B的累积函数为:

1+2t+t2。

计算帐

户A的利息力超过帐户B的利息力的时刻。

解:

依题意,δA(t)=2t

1+t2,δB(t)=2

1+t

由δA(t)>δB(t)

⇒2t

1+t2>

2

1+t

⇒t>1

21.已知季结算名贴现率为8%,分别对以下两种情况计算25个月底的5000元在当

前的现值:

全部采用复贴现;在最后的不足年份内采用单贴现。

解:

d(4)=8%,设复利下月实贴现率为d,单利下实利率为d0。

全部采用复利:

(1−d)3=1−8%

2

第7页

PV=5000(1−d)25=4225.25

前两年用复利:

1−3d0=1−8%

2

PV=5000(1−d)24(1−d0)=4225.46

22.为了在第4年底收益2000元、10年底收益5000元,当前选择这样的投资:

前两

年每年初投入2000元、第3年初再投入一部分。

已知季结算名利率6%,计算第3年

初投入的金额。

(原来的答案有误)

解:

i(4)=6%,则i=(1+6%

4)4−1=6.14%

设第3年初投入X,以第3年初为比较日,列价值方程

2000(1+i)2+2000(1+i)+X=2000v2+5000v8

解得X=504.67元

23.在一定的利率下,下面两种付款方式等价:

1〕第5年底支付200元,第10年底

支付500元;2〕第5年底一次性支付400.94元。

另外,以同样的利率现在投资100元

再加上第5年底投资120元,这些投资在第10年底的终值为P。

试计算P。

解:

对两种付款方式,以第5年为比较日,列价值方程:

200+500v5=400.94

解得v5=0.40188

所以

P=100(1+i)10+120(1+i)5=917.762

24.经过多少时间1000元以利率6%累积的终值是利率4%累积终值的两倍?

解:

1000(1+6%)t=2×1000(1+4%)t

解得:

t=36年

25.已知年利率为8%,且第n年底和2n年底投入100元的现值之和为100元,计

算n。

第8页

解:

列价值方程为

100vn+100v2n=100

解得n=6.25

26.基金A以月换算名利率12%累积;基金B以利息力δt=t

6

累积,初始时刻两基

金本金相同,计算两基金累积额相同的下一个时刻。

解:

δt=1

6t,得基金B的积累函数为

aB(t)=exp(

∫t

0

δsds)=exp(

t2

12

欲使aA(t)=aB(t)则

(1+

1

12

i(12))12t=exp(

t2

12

解得t=1.4

27.计算1000元在第15年底的终值为3000元的半年换算名利率。

解:

1000(1+i)15=3000

则i

(2)=((1+i)

1

2−1)×2=7.46%

28.已知现金流:

当前投入300元、第1年底投入200元和第2年底投入100元,在

第2年底的终值为700元。

计算实利率。

解:

列价值方程为

300(1+i)2+200(1+i)+100=700

解得i=11.96%

29.已知货币的价值以利息力δt=kt积累,在十年内增长了一倍,计算k。

(原来

的答案有误)

解:

δt=kt则积累函数为

a(t)=exp

∫t

0

ksds=exp(

k

2

t2)

由a(10)=2得e50k=2

解得k=0.0139

第9页

30.已知一个货币单位的本金以实利率i累积到第三年底的终值再加上第3年底的

一个货币单位的资本以实贴现率i贴现的的现值之和为2.0096,计算i。

解:

(1+i)3+(1−i)3=2.0096

解得i=0.04

31.现有实利率为的投资项目。

证明:

一个货币单位的本金在第二个计息期的利

息收入与第一个计息期的利息收入之差为。

试给出这个结论的实际背景解释。

解:

一个货币单位在第一个计息期内的利息收入j,第二个计息期内的利息收

入j+j2,故差为j2,即第一期利息产生的利息。

32.某杂志社提供下面两种预定杂志的方式:

A)现在付款15元,6个月后付款13.65元

B〕现在一次性付款28元。

如果两种方式无差异,计算隐含的年实利率。

(将原题中的16元改成13.65元,这

样结果更加符合实际)

解:

设半年实利率为i

0,则有:

15(1+i

0

)+13.65=28(1+i

0

解得:

i

0

=0.05故:

i=(1+i

0

)2−1=0.1025

33.甲在1997年元旦借给乙1000元,要求乙按下面方式偿还:

分别于1998年

和1999年元旦偿还100元,于2000年元旦偿还1000元。

在1998年元旦(正常还

款后)甲因急需资金,将剩余的偿还以960元的价格转让给丙。

如果甲乙合约的年

利率为,甲丙合约的年利率为,比较和的大小。

解:

价值方程:

正常:

1000=100(1+j)¡1+100(1+j)¡2+1000(1+j)¡3

转让:

960=100(1+k)¡1+1000(1+k)¡2

解得:

j=6.98%,k=7.4%

从而:

j

34.如果常数利息力增加一倍,计算等价的年利率和年贴现率增加的倍数。

第10页

解:

和δ等价的年利率i=eδ−1,年利率变化:

e2δ−eδ

eδ−1

=eδ

和δ等价的年贴现率1−e¡δ=d,年贴现率变化:

e¡δ−e¡2δ

1−e¡δ=e¡δ

35.证明:

lim

d!

0

δ−d

δ2=lim

i!

0

i−δ

δ2=

1

2

证:

lim

d!

0

δ−d

δ2=lim

δ!

0

δ−1+e¡δ

δ2=lim

δ!

0

1−e¡δ

=lim

δ!

0

e¡δ

2

=

1

2

lim

i!

0

i−δ

δ2=lim

δ!

0

eδ−δ−1

δ2=lim

δ!

0

eδ−1

=lim

δ!

0

2

=

1

2

36.某厂家对零售商提供两种折扣:

付现款可低于零售价格30%;6个月后付款,

可低于零售价格25%。

如果两种方式等价,计算对应的年利率。

解:

设货款为S,半年实利率为i

0

则有:

0.7S(1+i

0

)=0.75S

解得:

1+i

0

=1.0714

故i=(1+i

0

)2−1=14.80%

37.令0

1)在(t,1)内单利计算;

2)复利计算;

3)单利方式:

先计算它在0时刻的价值然后累积到时刻t。

在相同的利率水平下试对以上三个结果比较大小。

解:

1)单利方式:

X1(1+(1−t)i)=1

2)复利方式:

X2(1+i)1¡t=1

3)单利方式:

X3=(1+ti)

1+i

由Taylor展开易证:

(1+i)1¡t>1+(1−t)i(1+i)t<1+it

故X1

38.基金A以年利率6%累积;基金B以年利率8%累积。

第10年底两个基金的终值

之和为2000元,第10年底基金A为基金B的一半。

计算第5年底两个基金的资本之

和。

(原来的答案有误)

第11页

解:

设基金A,B的本金为A,B:

A(1+0.06)10+B(1+0.08)10=1000

A(1+0.0610)=0.05B(1+0.08)10

解得:

A(1+0.06)5=498.17

B(1+0.08)5=907.44

从而5年底的累积值和=1405.61

39.已知第一年的实利率i1与第二年的实贴现率d2数值相同,第一年初的1000元

在第二年底的终值为1200元。

计算i1。

解:

设第二年的实利率i2,由题意:

i1=d2=i2

1+i2

从而:

1000(1+i1)(1+i2)=1000(

1+2i2

1+i2

)(1+i2)=1200

解得:

i2=0.1,进而i1=1

11

40.甲以名利率i

(2)=10购得1000份100元面额的26周国债。

1)计算价格P;

2)近似推导名利率i

(2)的波动对价格P的影响(dP

di

(2));

3)当名利率波动一个百分点时,近似计算价格P的波动范围。

(待查)

解:

1)P=1000×100×(1+i

(2)

2)¡1=95238.095

2)P=105

1+i

(2)

2

(dP

di

(2))=−2£105

(2+i

(2))2

3)(|dP

di

(2)

|)|

i

(2)=10%=4.5351×104即波动范围:

95238.095±453.51

41.对j>0,证明:

1)f(m)=(1+j

m)m是m的递增函数;

2)g(m)=m[(1+j)

1

m−1]是m的递减函数。

解:

1)f

0

(m)=1

m(1+j

m)mln(1+j

m),j>0,m>0,f

0

(m)>0

2)令y=ln(1+j)/m,则原式化为:

ey−1

y

ln(1+j)(j>0)

由Taylor展开可见上式关于y增,由复合函数性质得证。

42.面额100元的26周国债名收益率11.07%。

证明:

售价在94.767到94.771之间时,

均可保持这个收益率。

(题意不理解,暂无修改意见)

第12页

第二章习题答案

1.某家庭从子女出生时开始累积大学教育费用5万元。

如果它们前十年每年底存

款1000元,后十年每年底存款1000+X元,年利率7%。

计算X。

解:

S=1000s20p7%¬+Xs10p7%¬

X=

50000−1000s20p7%¬

s10p7%¬=651.72

2.价值10,000元的新车。

购买者计划分期付款方式:

每月底还250元,期限4年。

月结算名利率18%。

计算首次付款金额。

解:

设首次付款为X,则有

10000=X+250a48p1.5%¬

解得X=1489.36

3.设有n年期期末年金,其中年金金额为n,实利率i=1

n

试计算该年金的现值。

解:

PV=nanpi¬

=n

1−vn

1

n

=

(n+1)nn2−nn+2

(n+1)n

4.已知:

a¬np=X,a2¬np=Y。

试用X和Y表示d。

解:

a2¬np=a¬np+a¬np(1−d)n则

d=1−(

Y−X

X

1

n

5.已知:

a¬7p=5.58238,a1¬1p=7.88687,a1¬8p=10.82760。

计算i。

解:

a1¬8p=a¬7p+a1¬1pv7

解得i=6.0%

6.证明:

1

1−v10=s1¬0p+a1¬p

s1¬0p。

第1页

证明:

s1¬0p+a∞¬p

s1¬0p=

(1+i)10−1

i+1

i

(1+i)10−1

i

=

1

1−v10

7.已知:

半年结算名利率6%,计算下面10年期末年金的现值:

开始4年每半

年200元,然后减为每次100元。

解:

PV=100a8p3%¬+100a20p3%¬=2189.716

8.某人现年40岁,现在开始每年初在退休金帐号上存入1000元,共计25年。

后,从65岁开始每年初领取一定的退休金,共计15年。

设前25年的年利率为8%,

后15年的年利率7%。

计算每年的退休金。

解:

设每年退休金为X,选择65岁年初为比较日

1000¨s25p8%¬=X¨a15p7%¬

解得X=8101.65

9.已知贴现率为10%,计算a¨¬8p。

解:

d=10%,则i=1

1−d

−1=1

9

a¨¬8p=(1+i)

1−v8

i

=5.6953

10.求证:

(1)a¨¬np=a¬np+1−vn;

(2)s¨¬np=s¬np−1+(1+i)n

并给出两等式的实际解释。

证明:

(1)a¨¬np=1−vn

d=1−vn

i

1+i

=1−vn

i+1−vn

所以a¨¬np=a¬np+1−vn

(2)s¨¬np=(1+i)n−1

d=(1+i)n−1

i

1+i

=(1+i)n−1

i+(1+i)n−1

所以a¨¬np=s¬np−1+(1+i)n

第2页

12.从1980年6月7日开始,每季度年金100元,直至1991年12月7日,季结算名利

率6%,计算:

1)该年金在1979年9月7日的现值;2)该年金在1992年6月7日的终

值。

解:

PV=100a49p1.5%¬−100a2p1.5%¬=3256.88

AV=100s49p1.5%¬−100s2p1.5%¬=6959.37

13.现有价值相等的两种期末年金A和B。

年金A在第1-10年和第21-30年中每

年1元,在第11-20年中每年2元;年金B在第1-10年和第21-30年中每年付款金

额为Y,在第11-20年中没有。

已知:

v10=1

2

,计算Y。

解:

因两种年金价值相等,则有

a30pi¬+a10pi¬v10=Ya30pi¬−Ya10pi¬v10

所以Y=3−v10−2v30

1+v10−2v30=1.8

14.已知年金满足:

2元的2n期期末年金与3元的n期期末年金的现值之和为36;另

外,递延n年的2元n期期末年金的现值为6。

计算i。

解:

由题意知,

2a2npi¬+3anpi¬=36

2anpi¬vn=6

解得i=8.33%

15.已知

a¬7p

a1¬1p=

a¬3p+sX¬p

aY¬p+sZ¬p

求X,Y和Z。

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