Zagadnienia

2. Podstawy teorii oprocentowania

Treść tego rozdziału jest punktem wyjścia dla samodzielnej dyscypliny zwanej często matematyką finansową. Podamy tutaj niezbędne w dalszym ciągu wykładu podstawowe wiadomości , natomiast pełniejsze opracowanie omawianych zagadnień można znaleźć w [6] lub [1]. Załóżmy , że inwestujemy dzisiaj kwotę k0, która po roku wzrasta do k1 (zdarza się, że k1<k0 – wtedy wzrost jest ujemny). Liczbę r określoną wzorem

r=k1k0-1 (2.1)

nazywamy stopą zwrotu z tej inwestycji. Po przekształceniu wzoru (2.1) otrzymujemy

k1=k01+r (2.2)

Liczbę 1+r nazywamy czynnikiem akumulującym. W ciągu roku u różnych podmiotów gospodarczych zrealizują się, oczywiście, różne stopy zwrotu. W celu uporządkowania i uproszczenia dalszych rozważań przyjmujemy, że dominująca stopa zwrotu na przestrzeni kilku okresów, jest równa i. Będziemy ją nazywać efektywną stopą procentową.

Jeśli więc dziś założę lokatę bankową w wysokości k0, to po roku otrzymam

k1=k01+i

Jeśli jednak nie podejmę tych pieniędzy, ale przedłużę lokatę na rok następny, to na koniec drugiego roku trwania lokaty otrzymam

k2=k11+i=k01+i2

Kapitał rośnie zatem tak jak ciąg geometryczny, po n latach będę miał w banku

kn=k01+in

Kwotę in, która przyrosła w n-tym roku, nazywamy bieżącymi odsetkami; wynosi ona

in=kn-kn-1=ikn-1

Spójrzmy teraz na rozważany problem z innej strony. Chcę dysponować kapitałem k1 za rok od dziś. Ile powinienem teraz zainwestować (k0=?), jeśli efektywna stopa procentowa wynosi i ? Odpowiedź uzyskujemy przekształcając wzór (2.2)

k0=k11+i (2.3)

Liczbę

v=11+i (2.4)

nazywamy czynnikiem dyskontującym. Poglądowo można powiedzieć, że a kumuluje on wstecz (rys.1). Wzór (2.3) zapiszemy teraz w postaci bardziej przypominającej (2.2)

k0=k11-d (2.5)

Liczbę d występującą w tej zależności nazywamy efektywną stopą dyskontową. Ze wzorów (2.3),(2.4) i (2.5) wynika, że

d=1-v=i1+i=iv (2.6)

Liczba d jest miarą odsetek pobieranych z góry. Jeśli więc pożyczamy od kogoś 1 zł z efektywną stopą dyskonta d, to dostajemy tylko 1-d zł, a po roku oddajemy kapitał 1 zł. Pożyczkodawca osiągnął więc stopę zwrotu

11-d-1=1v-1=i

Taką samą stopę zwrotu osiągnąłby pobierając odsetki po roku, w wysokości i zł.

Równanie typu

kn=k01+in (2.7)

nazywamy równaniem wartości. Jeśli trzy spośród czterech liczb k0,kn,i,n są dane, to czwartą można obliczyć z tego równania. Jeśli niewiadomą jest czas inwestycji n, to z równania (2.7) otrzymuje się na ogół niecałkowitą wartość n (najczęściej niewymierną). Dlatego wprowadza się tzw. kapitalizację ciągłą. Wyjaśnimy krótko jej sens.

Niech t będzie dowolną liczbą dodatnią (np. t=1013). Chcę pobrać z banku początkowy depozyt k0 po czasie t. Bank wypłaca mi

kt=k01+it

Odsetki były tu naliczane cały czas ( w sposób ciągły), a nie tylko dopisywane na koniec roku.

2.1. Nominalne stopy oprocentowania i dyskonta.Intensywność oprocentowania

Bank w którym mam swój ROR, kapitalizuje moje saldo (tzn. dopisuje odsetki) co miesiąc, nominalna stopa oprocentowania wynosi 13.5%. Co to znaczy w praktyce? Oznacza to , że po miesiącu stan mojego konta wyniesie

k1/12=k01+0.13512

a po l miesiącach

kl/12=k01+0.13512l

(zakładamy , że w międzyczasie nic nie wpłacam i nic nie podejmuję); na przykład po roku mam na koncie

k1=k01+0.13512121.1438k0

Powyższe rozważania streszczamy krótko:

Nominalnej stopiei12=13.5%odpowiada efektywna stopa (roczna)i14.4%.

Ogólnie, jeśli dopisywanie odsetek odbywa się m razy w ciągu roku (oczywiście m jest całkowite!), to nominalna stopa im jest powiązana z równoważną jej stopą efektywną i zależnością

1+immm=1+i (2.8)

Po roku musi przyrosnąć taka sam kwota po obu stronach w zależności (2.8), chociaż po lewej przyrasta m razy, a po prawej tylko raz. Rozumowanie takie można powtórzyć dla nominalnych stóp dyskontowych; otrzymuje się wówczas zależność

1-dmmm=1-d (2.9)

W tym kontekście ciekawe uzasadnienie można podać dla kapitalizacji ciągłej.

Załóżmy, że w naszym mieście jest nieskończenie wiele banków . Każdy z nich oferuje taką samą nominalną stopę oprocentowania δ rachunków ROR, z tym że w banku nr m odsetki są kapitalizowane m razy w ciągu roku – np. bank nr 365 dopisuje odsetki codziennie. Niech teraz im oznacza efektywną roczną stopę oprocentowania, którą uzyskamy w banku nr m. Mamy więc

1+im=1+δmm

Ponieważ liczby te wzrastają wraz z m, więc im większy jest numer banku, tym korzystniejsza jest jego oferta. Czy można przebić tę nieskończoną mnogość coraz lepszych ofert? Okazuje się , że tak! Ponieważ

limm1+δmm=eδ (2.10)

więc wystarczy założyć bank (nazwijmy go umownie bankiem granicznym) i zaproponować efektywną roczną stopę oprocentowania w wysokości

i=eδ-1 (2.11)

Odsetki wypłaca się raz do roku w powyższej wysokości.

Co to ma wspólnego z kapitalizacją ciągłą? Załóżmy, że chcemy wycofać pieniądze w chwili t, gdzie o t nic się nie zakłada. Dla większości banków t nie będzie całkowitą wielokrotnością ich okresu odsetkowego (1/m roku), ale załóżmy, że taki bank zaliczy nam łaskawie ostatnią cząstkę okresu odsetkowego jako cały. Nasz początkowy kapitał k0 wzrośnie więc po czasie t w banku nr m do

km=k01+δmtm+1

(y oznacza część całkowitą liczby y). Otrzymujemy stąd

limmkm=k0limm1+δmmtm+1m=k0eδt=k01+it

Skorzystaliśmy z (2.10) i (2.11). Wobec tego nasz bank graniczny w chwili t powinien wypłacić

kt=k01+it

tzn. powinien kapitalizować odsetki w sposób ciągły. Liczbę

δ=ln1+i (2.12)

nazywamy intensywnością oprocentowania. łatwo pokazać, że

limmim=limmdm=δ

gdzie im, dm są stopami nominalnymi równoważnymi zadanej efektywnej stopie rocznej i.

2.2. Renty

Rent używa się w finansach i ubezpieczeniach przede wszystkim do ratalnej spłaty długów, do płacenia składek i do wypłaty emerytur.

Oto przykład wprowadzający. Od 1 stycznia 2000 r. przez następne dziesięć lat będę otrzymywać 1 zł na początku każdego roku. Jaka jest wartość tego ciągu wypłat na 1 stycznia 2000 r.? Każdą z 10 płatności trzeba zdyskontować na dziś, tak więc

PV=1+v+v2++v9

gdzie v jest czynnikiem dyskontującym. Skrót PV oznacza po angielsku present value, czyli wartość obecną tego strumienia wypłat. Nie jest to w zasadzie pojęcie dla nas nowe. Wzór (2.3) przedstawia, na przykład, wartość obecną pojedynczej wypłaty k1, dokonywanej za rok. Ponieważ tego typu wielkości będą się pojawiać regularnie, wprowadzamy oznaczenie a¨n¯ na wartość obecną n złotówek otrzymywanych co rok, od dziś włącznie (tak więc ostatnia n–ta wpłata wpłynie po n-1 latach). Podobnie jak wyżej

a¨n¯=1+v+v2++vn-1

Sytuację tę zilustrowano na rys.2. Ze wzoru na sumę ciągu geometrycznego i ze wzoru (2.6) otrzymujemy

a¨n¯=1-vn1-v=1-vnd (2.13)

Po przekształceniu uzyskujemy wzór

da¨n¯+vn=1 (2.14)

który ma piękną interpretację.

Prawa strona wzoru: pożyczamy komuś 1 zł (dziś). Strona lewa: nasz dłużnik spłaca nam na bieżąco odsetki – na początku każdego roku przez n lat, w ten sposób dług zasadniczy nie zwiększa się. Po n okresach zwraca nam pożyczone 1 zł, które zdyskontowane na dziś wynosi vn.

Ponieważ płatności rat renty są na ogół częstsze niż raz do roku (np. miesięczne), potrzebne są dodatkowe oznaczenia. Załóżmy, że płatności będą dokonywane przez n lat m razy w ciągu roku, każda w wysokości 1m zł. Wartość obecną renty oznaczamy symbolem

a¨n¯m=1m1+v1m+v2m++vnm-1m=1m1-vn1-v1m

(nm to liczba wszystkich rat). Na podstawie (2.9) i (2.6) mamy

1-v1m=1-1-d1m=1-1-dmm=dmm

tak więc ostatecznie

a¨n¯m=1-vndm (2.15)

Wzór ten równie łatwo zapamiętać jak (2.13).

Użyte powyżej symbole a¨n¯, a¨n¯m dotyczą rent płatnych z góry (pierwsza rata od razu) – dwie kropki na górze oznaczają taką sytuację. Odpowiednie symbole bez kropek oznaczają wartości obecne strumieni płatności przesuniętych o 1 rok w przyszłość (płatnych z dołu). Otrzymujemy wzory

an¯=1-vni  ,  an¯m=1-vnim

Na zakończenie rozważmy możliwość (przynajmniej teoretyczną) ciągłego napływu gotówki na nasz rachunek bankowy. Załóżmy, że w ciągu roku wpływa nań 1 zł. Tak więc między 3 a 10 marca wpływa 7/365 zł. Gotówka, która wpływa w krótkim przedziale czasu między t a t+Δt, jest w przybliżeniu dyskontowana stałym czynnikiem vt (vtvt+Δt). Sumowanie wartości obecnych poszczególnych wpłat zastąpimy tu oczywiście całkowaniem

a¯n¯=0nvtdt=1-vnδ (2.16)

(skorzystaliśmy z (2.12)).

Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.