수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

[문제 1] 다음 제시문을 읽고 물음에 답하시오.(34점)

(가) 원금 100\displaystyle 100만 원에 대하여 이자가 연이율 10%\displaystyle 10\%로 복리지급 될 때, 이자를 1년에 몇 번 계산하는지에 따라 1년 후 원리합계는 다음과 같다.연복리라면 1년에 한 번 이자를 계산하므로 100×(1+0.1)=110\displaystyle 100\times(1+0.1)=110만 원반년복리라면 6개월마다 이율 5%\displaystyle 5\%로 이자를 계산하므로 100×(1+0.12)2=110.25\displaystyle 100\times\left(1+\frac{0.1}2\right)^2=110.25만 원월복리라면 매월 이율 1012%\displaystyle \frac{10}{12}\%로 이자를 계산하므로 100×(1+0.112)12≒110.47\displaystyle 100\times\left(1+\frac{0.1}{12}\right)^{12}\fallingdotseq110.47만 원일반적으로 연이율이 r\displaystyle r (r>0\displaystyle r>0)이고 연간 m\displaystyle m번 복리 계산하는 방식으로 A\displaystyle A원을 t\displaystyle t년간 투자한다면 원리합계는 다음과 같다.A(1+rm)mt⋯  ①\displaystyle A\left(1+\frac rm\right)^{mt}\qquad\cdots\;①

(나) 문제 풀이 시 ln⁡1.11=0.1\displaystyle \ln1.11=0.1, ln⁡1.22=0.2\displaystyle \ln1.22=0.2, ln⁡2.72=1\displaystyle \ln2.72=1, ln⁡3.00=1.1\displaystyle \ln3.00=1.1, ln⁡7.39=2\displaystyle \ln7.39=2로 계산하기로 한다.

[1.1] 매순간 이자를 계산하는 방식을 연속복리라 한다. 이 방식으로 이자를 계산하는 경우 원리합계는 식 ①에서 m\displaystyle m을 무한대로 보내는 극한을 계산하여 구할 수 있다. A\displaystyle A원을 연속복리 연이율 r\displaystyle r (r>0\displaystyle r>0)로 t\displaystyle t년간 투자할 때, 원리합계를 구하시오.(5점)

[1.2] 연속복리 연이율이 10%\displaystyle 10\%인 3년 만기 금융상품의 연복리 연이율은 몇 %\displaystyle \%인지 구하시오. (단, 제시문을 이용하여 자연수로 답하시오.)(10점)

[1.3] 두 금융상품 S와 T는 모두 9년 만기 상품으로 매년 초 1회 100\displaystyle 100만 원씩 납입하는 방식이다. 상품 S는 연속복리 연이율이 10%\displaystyle 10\%이며 만기 시 수수료가 없고, 상품 T는 연속복리 연이율이 20%\displaystyle 20\%이며 만기 시 수수료가 있다. 상품 T의 만기 시 수수료가 이익금의 50%\displaystyle 50\%라면, 어느 금융상품에 가입하는 것이 더 유리한지 답하시오.(19점)

해설강의 준비중

[1.1] 무리수 e=lim⁡n→∞(1+1n)n\displaystyle e=\lim_{n\to\infty}\left(1+\frac1n\right)^n의 정의로부터lim⁡m→∞A(1+rm)mt=lim⁡m→∞A(1+1m/r)mr rt\displaystyle \lim_{m\to\infty}A\left(1+\frac rm\right)^{mt}=\lim_{m\to\infty}A\left(1+\frac1{m/r}\right)^{\frac mr\,rt}이고, m→∞\displaystyle m\to\infty일 때, mr→∞\displaystyle \frac mr\to\infty이므로 구하는 원리합계는 Aert\displaystyle Ae^{rt}이다.

[1.2] A\displaystyle A원을 연속복리 연이율 10%\displaystyle 10\%로 3년간 투자했을 때와 연복리 연이율 r\displaystyle r로 3년간 투자했을 때의 원리합계가 같아야한다. 따라서Ae0.3=A(1+r)3\displaystyle Ae^{0.3}=A(1+r)^3,즉 1+r=e0.1\displaystyle 1+r=e^{0.1}이다. ln⁡(1+r)=0.1\displaystyle \ln(1+r)=0.1이고 제시문 (나)에서 ln⁡1.11=0.1\displaystyle \ln1.11=0.1이므로 r=0.11\displaystyle r=0.11이다. 즉, 연복리 연이율은 11%\displaystyle 11\%이다.

[1.3] 우선 각 상품의 원리합계를 구하자. 상품 S의 원리합계는100(e0.9+e0.8+⋯+e0.1)=100e−e0.1e0.1−1\displaystyle 100(e^{0.9}+e^{0.8}+\cdots+e^{0.1})=100\frac{e-e^{0.1}}{e^{0.1}-1}만 원이다. 상품 T의 경우 수수료 차감 전 원리합계는100(e1.8+e1.6+⋯+e0.2)=100e2−e0.2e0.2−1\displaystyle 100(e^{1.8}+e^{1.6}+\cdots+e^{0.2})=100\frac{e^2-e^{0.2}}{e^{0.2}-1}만 원이다. 만기 시 수수료는 이익금의 50%이므로12(100(e2−e0.2e0.2−1)−900)\displaystyle \frac12\left(100\left(\frac{e^2-e^{0.2}}{e^{0.2}-1}\right)-900\right)만 원이다. 따라서 수수료 차감 후 상품 T의 만기 시 금액은50e2−e0.2e0.2−1+450\displaystyle 50\frac{e^2-e^{0.2}}{e^{0.2}-1}+450만 원이다. 이제 대소 관계를 비교하기 위하여 상품 S와 T의 만기 시 금액의 차를 구하면100e−e0.1e0.1−1−50e2−e0.2e0.2−1−450=502(e−e0.1)(e0.1+1)−e2−8e0.2+9e0.2−1\displaystyle 100\frac{e-e^{0.1}}{e^{0.1}-1}-50\frac{e^2-e^{0.2}}{e^{0.2}-1}-450=50\frac{2(e-e^{0.1})(e^{0.1}+1)-e^2-8e^{0.2}+9}{e^{0.2}-1}이다. 분모는 항상 양수이므로 분자의 부호만 살펴보면 된다. 제시문에 주어진 자연로그 값을 이용하면 위 식의 분자는9+2e1.1+2e−10e0.2−2e0.1−e2=−1.37<0\displaystyle 9+2e^{1.1}+2e-10e^{0.2}-2e^{0.1}-e^2=-1.37<0이다. 따라서 상품 T에 가입하는 것이 더 유리하다.

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