Wirtschaftsmathematik für International Management (BA) und Betriebswirtschaft (BA)

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1 Wirtschaftsmathematik für International Management (BA) und Betriebswirtschaft (BA) Wintersemester 2014/15 Hochschule Augsburg

2 Grundlagentest Ungleichungen!

3 Testfrage: Ungleichungen 1 Die Lösungsmenge der Ungleichung A ( ; 1) (1; 3] B ( 1; 1) C { 3, 1, 1} D ( ; 3] ( 1; 1) 2 x 1 1 x + 1 beträgt E Ich habe kein oder ein anderes Ergebnis. Richtig: D, denn 2(x + 1) 1(x 1) (x 1)(x + 1) 0 x L = ( ; 3] ( 1; 1) (x 1)(x + 1)

4 Testfrage: Ungleichungen 2 Die Lösungsmenge der Ungleichung et 1 e t 2 0 beträgt A ( ; ) B ( ; 0] (ln 2; ) C (0; ln 2) D ( ; ln 2) E Ich habe kein oder ein anderes Ergebnis. Richtig: B, denn e t 1 0 Zähler und Nenner 0 oder Z. und N. 0 e t 2 t 0 und t < ln 2 oder t 0 und t > ln 2 t 0 oder t > ln 2

5 Testfrage: Ungleichungen 3 Die Lösungsmenge der Ungleichung y 4 y ist A {} (leere Menge) B ( ; ) C ( ; ) D ( ; ) ( ; ) E Ich habe kein oder ein anderes Ergebnis. Richtig: B (alle Summanden sind negativ)

6 Testauswertung: Ihr Ergebnis: 3 Antworten korrekt: Alles richtig ungleich! 2 Antworten richtig: Rechnen Sie die Aufgaben 8.1 und 8.2 aus dem ersten Buch! Nur 1 Antwort richtig: Rechnen Sie die Aufgaben aus dem ersten Buch! Keine Antwort richtig: Rechnen Sie die Aufgaben aus dem ersten Buch sowie die Aufgabe 23 aus dem zweiten Buch! Übungsmaterial Aufgaben aus S. 61: Aufgabe 23 aus

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10 Unterjährige einfache Verzinsung In Deutschland Einteilung des Zinsjahres in 12 Monate zu je 30 Tagen (360 Tage) Dadurch Berechnung von Monats- bzw. Tageszinsen möglich Laufzeit n N in Jahren wird dann zu Laufzeit f Q in Jahren mit f = t 2 t (t 1 entspricht Tag der Einzahlung, t 2 Tag der Auszahlung) Daraus ergibt sich K n = K 0 + K 0 i Stellung eines Tages im Jahr: ( ) t 360 = K t i 360 (Aktueller Monat 1) 30 + Tag im Monat Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert 12. DGLs

11 12. DGLs Barwert bei einfacher Verzinsung K 0 unbekannt: Abzinsung bzw. Diskontierung bzw. Barwertberechnung Amtliche Diskontierung: K 0 = K n 1 + ni Kaufmännische Diskontierung (Nur erste Näherung): K 0 = K n (1 ni) Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

12 12. DGLs Die Zinseszinsformel Während Laufzeit Zinszahlungen mit sofortiger Wiederanlage und Verzinsung zum Zinssatz i Entwicklung des Kapitals: K 1 = K 0 + K 0 i = K 0 (1 + i) = K 0 q K 2 = K 1 (1 + i) = (K 0 q) q = K 0 q 2 K 3 = K 2 (1 + i) = ( K 0 q 2) q = K 0 q 3 Damit folgt die Zinseszinsformel, mit n (zunächst) ganzzahlig. q n heißt Aufzinsungfaktor K n = K 0 q n Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

13 12. DGLs Die Zinseszinsformel Auflösung der Zinseszinsformel nach K 0, q und n: K 0 = K n q n Abzinsungs- oder Diskontierungsformel 1 heißt Abzinsungsfaktor qn Kn Kn q = n bzw. i = n 1 K 0 K 0 n = ln K n ln K 0 ln q Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

14 12. DGLs Gemischte Verzinsung Üblich: Einfache Verzinsung bei Restlaufzeiten kleiner einem ganzzahliges Vielfachen der Zinsperiode Genauer: Mit t 1 (Zinstage im ersten Jahr), n (die weiteren, ganzen Zinsperioden) und t 2 (Zinstage im letzten Jahr), gilt für das Endkapital K x : ( K x = K i t ) ( 1 (1 + i) n 1 + i t ) Gemischte Zinsrechnung (unter Verwendung der 30/360 Methode), auch Sparbuchmethode. Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

15 12. DGLs Gemischte Verzinsung: Beispiel Beispiel Am wurden zu 3,75 % angelegt. Wie hoch war der Endbetrag bei Kontoauflösung am (letzter Zinstag )? Lösung: (n = 6): K x = = , ˆ= (9 1) = 255 t 1 = 360 (255 1) = ˆ= (9 1) = 260 t 2 = 260 ( 1 + ) ( 0, , ) 0, Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

16 12. DGLs Gemischte Verzinsung: Anmerkungen Würde man von t 0 ausgehend in ganze Jahre und einem Rest aufteilen, so ergäbe sich: ( K x = , , ) = , (7 Jahre von bis ; dazu 6 Tage) Würde man die Zinseszinsformel mit nicht-ganzzahligem Exponenten verwenden, so ergäbe sich Folgendes: K x = , = ,90 Gemischte Verzinsung ist also (zumindest für Kapitalanleger) verbraucherfreundlich Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

17 12. DGLs Gemischte Verzinsung: Anmerkungen Nachteil der gemischten Verzinsung Die gemischte Verzinsung ist inkonsistent und vom Zeitpunkt des Zinszuschlages (bzw. der Einzahlung) abhängig. Im Beispiel: Wäre der Zeitraum um einen Monat verschoben (vom bis zur Auflösung am ), so ergäbe sich... K x = = ,31 ( 1 + ) ( 0, , Die Widersprüche verschwinden, wenn eine unterjährige Verzinsung zum konformen Zinssatz vorgenommen wird. ) 0, Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

18 12. DGLs Unterjährige Verzinsung Zahlung von Zinsen nicht jährlich, sondern in kürzeren Fristen Dazu: m gleich lange Zinsperioden pro Jahr Typische Aufteilungen: m = 2, 4, 12 Zinsperioden Annahme: Laufzeit n in Jahren sei (aus Vereinfachungsgründen) ein ganzzahliges Vielfaches von 1 m (z.b. m = 2, n = 1,5 oder m = 12, n = 1,25). Ist ein Jahreszins i gegeben, so heißt: i = i m der relative Periodenzins. i der zu i konforme Periodenzins, wenn die periodische Verzinsung mit i zum selben Ergebnis führt wie die jährliche Verzinsung mit i. (1 + i ) m = (1 + i) Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

19 12. DGLs Unterjährige Verzinsung Betrachte den relativen Periodenzinsen i = i m, so heißt: i der nominelle Jahreszins i eff der effektive Jahreszins, wenn jährliche Verzinsung mit i eff zum selben Ergebnis führt wie die periodische Verzinsung mit i. (Entsprechendes gilt für q, q, q eff ). K 1 = K 0 q m q eff = q m = K 0 q eff mit q = 1 + i = 1 + i m Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

20 12. DGLs Unterjährige Verzinsung: Formel Damit: Effektivzins q eff ist q eff = (1 + i ) m = ( 1 + i ) m m Endkapital K n ist: ( K n = K 0 (1 + i ) m n = K i ) m n m Anmerkung: m n muss nach o.g. Bedingungen ganzzahlig sein. Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

21 12. DGLs Beispiel zur unterjährigen Verzinsung Beispiel Ein Betrag von soll zu 5 % nominal bei monatlicher Verzinsung angelegt werden. Welcher Betrag kann nach 16 Monaten entnommen werden? Wie hoch ist der Effektivzins? Lösung: Mit i = 5 %, m = 12 und m n = 16 gilt: ( K n = K m) i m n ( = ,05 ) 16 = ,91 12 Effektiver Jahreszins: i eff = ( 1 + 0,05 ) 12 1 = 5,12 % 12 Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

22 12. DGLs Beispiel zur unterjährigen Verzinsung mit dem konformen Zinssatz Widersprüche der gemischten Verzinsung aus Folie 184 verschwinden, wenn eine unterjährige Verzinsung mit dem konformen Zinssatz gemäß den Richtlinien für den internationalen Wertpapierhandel (ISMA International Securities Market Association) vorgenommen wird. Beispiel Am ( ) wurden zu effektiv 3,75 % angelegt. Wie hoch war der Endbetrag bei Kontoauflösung am ( )? Lösung Wir verwenden den konformen Zins auf täglicher Basis, also p = 360 1,0375 = 1, K n = , , , = ,90 alternativ: K n = , , , = ,90 Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

23 12. DGLs Stetige Verzinsung Lässt man m wachsen, so erhält man aus der obigen Formel ( K n = lim K i ) m n [ (( = K 0 lim 1 + i ) m )] n ( = K 0 e i) n m m m m die Formel für die stetige Verzinsung: K n = K 0 e i n Für den effektiven Jahreszinssatz gilt damit: i eff = e i 1 Anwendung stetiger Wachstumsprozesse: Ökonomie (Bevölkerungswachstum), Physik (radioaktiver Zerfall), BWL (Portfolio- und Kapitalmarkttheorie) Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

24 12. DGLs Beispiel zur stetigen Verzinsung Beispiel K 0 = , n = 5, nominaler Jahreszins p = 5 %. Wie hoch ist K n und p eff bei stetiger Verzinsung? Lösung: K n = K 0 e i n = e 0,05 5 = ,25 i eff = e 0,05 1 = 5,127 % Anmerkung Bei Variation 1: von m ergeben sich: m p eff 5 5,063 5,095 5,116 5,127 Anmerkung 2: Die stetige Verzinsung wird z.b. in der Portfoliotheorie verwendet, da sie mathematisch einfacher zu handhaben ist als die diskrete Verzinsung. Einfache Verzinsung Zinseszinsen Gemischte Verzinsung Nominal- und Effektivzins Stetige Verzinsung Zeitwert

25 Rentenrechnung Definition Rente: Zahlungsstrom mit Zahlungen in gleichen zeitlichen Abständen und (meistens) in konstanter Höhe Unterscheidung zwischen Renten mit Zahlung am Ende einer Rentenperiode (nachschüssig) mit Zahlung zu Beginn einer Rentenperiode vorschüssig) mit endlicher Laufzeit (endliche Renten) mit unendlicher Laufzeit (ewige Renten) Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 142

26 Rentenrechnung: Symbole Symbol Bezeichnungen r t Rentenrate in Periode t n Laufzeit (t = 1,..., n) m Anzahl der Rentenzahlungen pro Zinsperiode p Prozentzinssatz R 0 Barwert der Rente R t Zeitwert der Rente Endwert der Rente R n Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 143

27 Nachschüssige konstante (endliche) Renten Rentenzahlung jeweils am Ende einer Zinsperiode, jeweils in Höhe von r 1 = r 2 = = r n = const. = r Rentenendwert R n : R n = r q n 1 + r q n r q + r = r (q n 1 + q n q + 1 ) n 1 = r t=0 q t = r qn 1 q 1 (geometrische Reihe) Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 144

28 Rentenendwert und Rentenbarwert Endwert R n der Rente: R n = r qn 1 q 1 = r NREF p,n NREF: Nachschüssiger Rentenendwertfaktor für endliche konstante Rente. Barwert der Rente: R 0 = R n q n = r q n 1 q n (q 1) = r q n 1 q n+1 q n = r NRBF p,n Unterjährige Renten Ewige Renten NRBF: Nachschüssiger Rentenbarwertfaktor 12. DGLs 145

29 Beispiel Rentenendwert Beispiel Genau 10 Jahre lang wurde jeweils zum Jahresende ein Betrag von zum Zinssatz von 4% angelegt. Wieviel kann zu Beginn des 11. Jahres (entspricht dem Ende des 10. Jahres) abgehoben werden? Lösung: Mit n = 10, q = 1,04 und r = gilt Folgendes: R 10 = , ,04 1 = , = ,28 [ ] Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 146

30 Beispiel Rentenbarwert Beispiel Aus welchem zum Zeitpunkt 0 eingezahlten Betrag kann 10 Jahre lang bei 4% Zins eine konstante nachschüssige Rente von bezahlt werden? Lösung: Frage nach dem Barwert einer Rente. Mit n = 10, q = 1,04 und r = gilt: R 0 = , , , , ,75 [ ] Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 147

31 Umformung der Rentenbar- und -endwertformel Je nach Fragestellung: Laufzeit n, Rentenzahlung r, Verzinsungsfaktor q. Rentenzahlung r: r = R 0 = R 0 qn+1 q n = NRBF p,n q n 1 R n NREF p,n = R n q 1 q n 1 Laufzeit n aus R n: ( ) ln 1 + Rn i r n = ln q Laufzeit n aus R 0 : ( ) ln 1 R 0 i r n = ln q q aus R 0 : R 0 q n+1 (R 0 + r)q n + r! = 0. q aus R n: r q n R n q + R n r! = 0. Berechnung von q im Allgemeinen nur näherungsweise (iterativ) möglich Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 148

32 Beispiel nachschüssige Rente Beispiel Ein Steuerberater kauft die Kanzlei eines älteren Kollegen und muss als Kaufpreis 10 Jahre lang jährlich nachschüssig je zahlen. Durch welchen Betrag könnte der Steuerberater diese Zahlungsverpflichung sofort bei Vertragsabschluss ablösen, wenn mit 8% Zinsen kalkuliert wird? Lösung: Gesucht ist der Rentenbarwert mit r = , q = 1,08 und n = 10. Es gilt dann: R 0 = , , ,08 10 = , = ,01 [ ] Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 149

33 Beispiel nachschüssige Rente Beispiel Der Barwert einer über 15 Jahre laufenden nachschüssigen Jahresrente beträgt bei 5%-iger Verzinsung Wie hoch sind die jährlichen Rentenzahlungen? Lösung: Gesucht sind die Rentenzahlungen r mit R 0 = , q = 1,05 und n = 15. Es gilt dann: r = ,0516 1, , = , = 1 000,03 [ ] Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 150

34 Vorschüssige konstante Renten Rentenbetrag wird jeweils zu Beginn der Zinsperiode in Höhe von r 1 = r 2 = = r n = r bezahlt. Äquivalenzprinzip Endwert der Rente: vorschüssige Rentenzahlung r nachschüssige Rentenzahlung r r = r q R n = r q qn 1 q 1 VREF: Vorschüssiger Rentenendwertfaktor Barwert der Rente: = r VREF p,n Unterjährige Renten Ewige Renten R 0 = R n q n = r q n 1 q q n (q 1) = r q n 1 q n q n 1 = r VRBF p,n VRBF: Vorschüssiger Rentenbarwertfaktor 12. DGLs 151

35 Unterjährige Raten und jährliche Verzinsung Aufteilung der Zinsperiode in mehrere gleich lange Rentenperioden, d.h. m Rentenzahlungen pro Zinsperiode (= Jahr). Dazu: Rechnung mit einfacher Verzinsung innerhalb der Zinsperiode Rentenzahlungen nachschüssig (also am Ende jeder unterj. Rentenperiode) oder vorschüssig möglich Lösung: Errechnung von konformen (gleichwertigen) jährlich nachschüssigen Ersatzzahlungen zu den m unterjährigen Zahlungen. Definition r e heißt konforme jährlich nachschüssige Ersatzrentenrate einer nachschüssigen (oder vorschüssigen) unterjährigen Rentenrate r. Unterjährige Renten Ewige Renten 12. DGLs 152