Задание 16 ЕГЭ: разные задачи финансовой математики — методы решения

Задачи (20)

О чём эта подтема

В задании 16 помимо стандартных вкладов, кредитов и оптимизации платежей регулярно встречаются задачи, которые не укладываются в классические схемы. Их условно называют «разными задачами» — они требуют не заученной формулы, а построения собственной математической модели процесса: смешения (доли фальшивых денег, концентрации), распределения прибыли между несколькими проектами, задачи с диапазонами процентных ставок вместо фиксированных чисел.

Общая черта таких задач — процесс описывается изменяющимися во времени или зависящими от параметров величинами, и нужно самому вывести уравнение или неравенство, а не подставить данные в готовую формулу сложных процентов. Именно поэтому эта подтема считается одной из самых сложных в задании 16: здесь важнее умение рассуждать и переводить текст на язык алгебры, чем знание конкретных формул.

Что нужно знать

Для решения таких задач достаточно базового аппарата:

  1. Работа с долями и процентами. Если величина составляет p%p\% от общего количества NN, то её абсолютное значение равно p100N\dfrac{p}{100}\cdot N. При изменении состава смеси (притоке и оттоке частей) нужно отдельно отслеживать изменение общей массы и изменение массы интересующей компоненты.

  2. Линейное изменение величины во времени. Если каждый период к величине добавляется (или из неё вычитается) постоянное число, то через nn периодов величина равна: An=A0+nd,A_n = A_0 + n\cdot d, где dd — изменение за один период (может быть отрицательным).

  3. Условие на долю от целого. Если требуется найти момент, когда одна часть составит определённый процент от целого, составляется уравнение: BnAn=q,\frac{B_n}{A_n} = q, где BnB_n — интересующая часть, AnA_n — общее количество, qq — заданная доля (в виде десятичной дроби).

  4. Распределение суммы между проектами. Если сумма SS делится в отношении, например, 30% и 70%, то доходы от каждой части считаются отдельно, а суммарный итог — их сложением: Итог=αS(1+x)+(1α)S(1+y),\text{Итог} = \alpha S(1+x) + (1-\alpha) S(1+y), где α\alpha — доля первого вложения, x,yx, y — доходности проектов (в долях).

  5. Работа с диапазонами параметров. Если процентная ставка или доходность задана не числом, а промежутком (например, «от 10% до 20%»), то итоговое выражение является линейной функцией от этих параметров. Чтобы найти наименьшее и наибольшее значение линейного выражения, подставляются крайние значения параметров — по отдельности для минимума и максимума, с учётом знака при переменной (если коэффициент положительный, для максимума берём верхнюю границу параметра, для минимума — нижнюю; если коэффициент отрицательный — наоборот).

  6. Понимание, что тело вклада (или основной актив) возвращается отдельно от прибыли. В банковских задачах чистая прибыль банка — это разница между суммарным доходом от всех вложений и суммой, которую банк обязан вернуть клиентам с процентами.

Никакой специальной формулы сложных процентов здесь чаще всего не требуется — важнее аккуратно построить модель.

Как решать: метод и алгоритм

Шаг 1. Определить, что меняется и как. Прочитать условие и выделить: какая величина накапливается или расходуется, какая часть от неё является «особой» (например, фальшивые деньги, доход одного из проектов). Записать начальные значения.

Шаг 2. Составить формулы для общего количества и для интересующей части в момент времени nn (или в общем виде, если задача не про время). Обычно это линейные выражения вида A0+ndA_0 + nd.

Шаг 3. Записать условие задачи в виде уравнения или системы. Если спрашивается «через сколько периодов доля станет равна…», составляется уравнение на отношение. Если задача про распределение прибыли — записывается итоговое выражение прибыли через параметры.

Шаг 4. Если в условии присутствуют диапазоны параметров (не числа, а промежутки), выразить итоговую величину как линейную функцию этих параметров. Определить знак коэффициента при каждом параметре.

Шаг 5. Найти экстремумы. Для линейной функции нескольких переменных по промежуткам — минимум и максимум достигаются на границах промежутков. Подставить нужные крайние значения отдельно для нахождения наименьшего и для нахождения наибольшего результата.

Шаг 6. Решить полученное уравнение или вычислить границы, проверить размерность ответа (проценты или абсолютные величины) и правдоподобность результата.

Шаг 7. Сформулировать ответ в требуемом виде — число месяцев, диапазон процентов и т.д.

Разбор примера

Пример 1.

Условие: в стране обращается 1 000 000 долларов, из них 20% — фальшивые. Ежемесячно ввозится 100 000 долларов (10% из них фальшивые) и вывозится 50 000 долларов (30% из них фальшивые). Через сколько месяцев доля фальшивых денег составит 5% от общего количества?

Шаг 1. Начальные данные: A0=1000000,B0=0,21000000=200000,A_0 = 1\,000\,000, \qquad B_0 = 0{,}2\cdot 1\,000\,000 = 200\,000, где A0A_0 — общее количество долларов, B0B_0 — количество фальшивых.

Шаг 2. Изменение за один месяц:

  • общее количество меняется на +10000050000=50000+100\,000 - 50\,000 = 50\,000;
  • количество фальшивых денег меняется на +0,11000000,350000=1000015000=5000+0{,}1\cdot 100\,000 - 0{,}3\cdot 50\,000 = 10\,000 - 15\,000 = -5\,000.

Значит, через nn месяцев: An=1000000+50000n,Bn=2000005000n.A_n = 1\,000\,000 + 50\,000n, \qquad B_n = 200\,000 - 5\,000n.

Шаг 3. Составляем уравнение на долю фальшивых денег: BnAn=0,052000005000n1000000+50000n=0,05.\frac{B_n}{A_n} = 0{,}05 \quad\Longrightarrow\quad \frac{200\,000 - 5\,000n}{1\,000\,000 + 50\,000n} = 0{,}05.

Шаг 4. Решаем уравнение: 2000005000n=0,05(1000000+50000n)=50000+2500n,200\,000 - 5\,000n = 0{,}05\cdot(1\,000\,000+50\,000n) = 50\,000 + 2\,500n, 20000050000=2500n+5000n,200\,000-50\,000 = 2\,500n+5\,000n, 150000=7500nn=20.150\,000 = 7\,500n \quad\Longrightarrow\quad n=20.

Ответ: через 20 месяцев.

Пример 2.

Условие: банк вкладывает 30% средств клиентов в акции (доходность от 32% до 37% годовых), 70% — в строительство (доходность от 22% до 27% годовых). Клиентам банк обязан выплатить проценты по ставке от 10% до 20% годовых. Найти наименьшую и наибольшую чистую прибыль банка в процентах от суммарных вложений.

Шаг 1. Пусть SS — сумма средств клиентов, x[0,32;0,37]x\in[0{,}32;\,0{,}37] — доходность первого проекта, y[0,22;0,27]y\in[0{,}22;\,0{,}27] — доходность второго проекта, p[0,10;0,20]p\in[0{,}10;\,0{,}20] — ставка выплат клиентам.

Шаг 2. Доход банка от вложений через год: 0,3S(1+x)+0,7S(1+y)=S+0,3Sx+0,7Sy.0{,}3S(1+x) + 0{,}7S(1+y) = S + 0{,}3Sx + 0{,}7Sy.

Шаг 3. Сумма, которую банк обязан вернуть клиентам: S(1+p)=S+Sp.S(1+p) = S + Sp.

Шаг 4. Чистая прибыль банка: Π=(S+0,3Sx+0,7Sy)(S+Sp)=S(0,3x+0,7yp).\Pi = \big(S+0{,}3Sx+0{,}7Sy\big) - \big(S+Sp\big) = S\,(0{,}3x+0{,}7y-p).

В процентах от суммарных вложений SS прибыль выражается величиной π=0,3x+0,7yp,\pi = 0{,}3x+0{,}7y-p, где x,y,px,y,p измеряются в тех же долях (или сразу в процентных пунктах).

Шаг 5. Коэффициенты при xx и yy положительные, при pp — отрицательный. Значит:

  • для минимума π\pi берём наименьшие x,yx,y и наибольшее pp: πmin=0,332+0,72220=9,6+15,420=2520=5;\pi_{\min} = 0{,}3\cdot 32 + 0{,}7\cdot 22 - 20 = 9{,}6+15{,}4-20 = 25-20=5;

  • для максимума π\pi берём наибольшие x,yx,y и наименьшее pp: πmax=0,337+0,72710=11,1+18,910=3010=20.\pi_{\max} = 0{,}3\cdot 37+0{,}7\cdot 27-10 = 11{,}1+18{,}9-10=30-10=20.

Ответ: наименьшая чистая прибыль — 5%, наибольшая — 20%.

Типичные ошибки

  • Отслеживание доли, а не абсолютной величины. Ошибочно считать процент фальшивых денег напрямую как среднее процентов ввозимых и вывозимых партий — нужно отдельно вести баланс общего количества и баланс интересующей части, а уже потом делить одно на другое.

  • Путаница со знаком изменения. Вывоз денег уменьшает и общее количество, и количество фальшивых денег, ввоз — увеличивает. Потеря знака при составлении линейного уравнения — частая причина неверного ответа.

  • Неверный выбор границ при поиске экстремума линейной функции нескольких параметров. Нужно анализировать знак коэффициента при каждом параметре отдельно: для параметра с положительным коэффициентом на максимум берётся верхняя граница, на минимум — нижняя; для параметра с отрицательным коэффициентом — наоборот. Механическая подстановка «все по максимуму» или «все по минимуму» без учёта знаков даёт неверный результат.

  • Смешение процентов и долей. Если доходность дана в процентах (например, 32%), а в формуле используется как доля (0,32), пропуск перевода приводит к ошибке на два порядка.

  • Забывание, что тело вклада возвращается отдельно от начисленной прибыли. В банковских задачах часто путают полную сумму, полученную от вложений, с чистой прибылью — нужно вычитать именно сумму, которую банк обязан вернуть клиентам целиком (тело плюс проценты), а не только проценты.

  • Неаккуратная работа с уравнением на долю. При решении уравнения вида BnAn=q\dfrac{B_n}{A_n}=q нужно сразу умножить обе части на AnA_n, а не переносить дробь по частям — это снижает риск арифметической ошибки.

На что обратить внимание на экзамене

При встрече с задачей этого типа сначала определите природу процесса: это накопление величины во времени (тогда стройте линейные формулы для общего количества и его части) или это распределение суммы между несколькими вложениями с разными доходностями (тогда стройте итоговое выражение прибыли как линейную комбинацию параметров).

Если в условии присутствуют диапазоны («от … до …»), сразу выпишите это как отрезок для переменной и определите знак коэффициента при ней в итоговой формуле — это ключ к правильному выбору границ при поиске наибольшего и наименьшего значений.

Проверяйте единицы измерения на каждом шаге: доли, проценты, абсолютные суммы — легко перепутать 0,05 и 5. Перед записью окончательного ответа убедитесь, что он соответствует формату вопроса (число месяцев, значение в процентах, конкретная сумма) и что оба крайних значения (минимум и максимум) посчитаны, если требуется дать оба.

Наконец, всегда делайте проверку здравым смыслом: если доля фальшивых денег с течением времени должна убывать (как в примере 1, где вывозится больше фальшивых, чем ввозится), полученный ответ должен быть согласован с этим направлением изменения.

Частые вопросы

Нужно ли знать формулу сложных процентов для этой подтемы?

Обычно нет. В «разных задачах» процесс чаще описывается линейным изменением величины за период или распределением суммы между несколькими вложениями, поэтому формула сложных процентов почти не используется — важнее правильно построить модель на основе условия.

Как понять, что задача относится к «смешению» долей, а не к банковским схемам?

Если речь идёт о составе некоторой смеси (деньги, раствор, товар), которая меняется за счёт притока и оттока с разным содержанием интересующего компонента, — это задача на доли. Если речь о вложении суммы в проекты с разной доходностью — это задача на распределение прибыли.

Как искать наибольшее и наименьшее значение линейного выражения с несколькими параметрами на промежутках?

Нужно определить знак коэффициента при каждом параметре в итоговой формуле. Для максимума при положительном коэффициенте берётся верхняя граница промежутка параметра, при отрицательном — нижняя. Для минимума — наоборот.

Почему в примере с фальшивыми деньгами уравнение составляется через отношение, а не через разность?

Потому что условие задаёт долю (процент) фальшивых денег от общего количества, а не их абсолютное количество. Отношение количества фальшивых денег к общему количеству и приравнивается к заданной доле.

Что важнее для чистой прибыли банка — доход от вложений или сумма выплат клиентам?

Важны обе величины: чистая прибыль — это разница между суммарным доходом от всех вложений (включая возврат тела вклада) и полной суммой, которую банк обязан вернуть клиентам вместе с начисленными процентами.

Можно ли решать такие задачи без переменной времени n, если процесс не месячный?

Да, если процесс не связан с периодами времени (например, задача про распределение суммы между проектами), переменная времени не нужна — вместо неё используются параметры доходности и доли вложений.

Как проверить правильность найденного ответа в задачах на доли?

Подставьте найденное значение обратно в исходные формулы для общего количества и для интересующей части, посчитайте их отношение и убедитесь, что оно совпадает с заданным в условии процентом.