EL MÉTODO MATEMÁTICO PARA LAS SERIES VARIABLES CON GRADIENTE GEOMÉTRICO DECRECIENTE

Transcripción

1 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre EL MÉTODO MTEMÁTICO PR LS SERIES VRIBLES CON GRDIENTE GEOMÉTRICO DECRECIENTE El resee documeo desarrolla e dealle el méodo de ecuacioes e diferecia fiia, y su alicació a u deermiado caso de la maemáica fiaciera, El méodo cosise e uilizar ecuacioes e diferecia fiia de rimer orde, e u caso, oliomial, y e oro caso, co fució exoecial. E ambos casos, a diferecia del uilizado e las series uiformes, esas ecuacioes coiee variables que aumea de maera lieal o geomérica. El rimer caso se refiere a las series variables co gradiee ariméico y el segudo caso, a las series variables co gradiee geomérico, y el gradiee uede ser creciee o decreciee. E adició se uiliza el méodo de los coeficiees ideermiados. El resee documeo desarrolla las series variables co gradiee geomérico decreciee, y halla la fórmula que caializa la serie aes mecioada. El reso de fórmulas y facores so desarrolladas e el documeo las series variables disoible e la web del auor del resee documeo. Las Series Variables co Gradiee Geomérico Decreciee Sea ua serie variable vecida de eriodos co gradiee geomérico decreciee: g k dode k es la asa de decrecimieo o de crecimieo egaivo, de las reas, eriodo a eriodo 2. La rimera rea es de valor y ua asa de ierés i or eriodo. El objeivo es esimar el valor fuuro F de esa serie variable co gradiee o lieal y decreciee. La rimera rea será al fial del rimero eriodo, la seguda rea será 2.(, al fial del segudo eriodo, la ercera rea será.( k), al fial del ercer eriodo. Se uede areciar que el crecimieo geomérico de las Jaime García, Maemáicas Fiacieras co ecuacioes de diferecia fiia, cuara edició, Pearso, Saa Fe de Bogoá, D.C., Colombia, k es ua asa orceual de decrecimieo, si embargo al uilizarse e la ecuació del gradiee, se uiliza el coeficiee resecivo, es decir, el valor de k dividido ere 00. Para efecos de simlificació, a k lo deomiamos la asa de decrecimieo o asa de crecimieo egaiva.

2 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 2 reas se iicia e el segudo eriodo, es decir, la rea crece exoecialmee. La ecuació que reresea el valor fuuro de las reas caializadas al eriodo será la siguiee: F k) + F + i. F +.( () Co la fialidad de faciliar la exlicació, asumimos que se efecúa deósios e u baco comercial, de al maera que desués de ciera caidad de deósios se edrá u valor acumulado. E la ecuació (), el miembro de la izquierda es el valor acumulado e el eriodo +, el rimer érmio del miembro de la derecha es el valor acumulado e el eriodo, el segudo érmio es el ierés devegado e el eriodo, el ercer érmio es el comoee variable de cada uo de los deósios que se efecúa, es decir, es el roduco de dos facores, el rimero es la rea base y el segudo facor es el valor del gradiee geomérico g que se caraceriza or eer ua asa de crecimieo egaiva. Por ejemlo, e el eriodo, el valor de es de cero al como se dijese aeriormee, ya que e ese eriodo o exise gradiee aú; e el segudo eriodo, el valor de es de, y así sucesivamee. Ordeado la ecuació () eemos: F k) + ( F.( (2) Dode:.( k) g( ) (3) La ecuació (2) es ua ecuació de diferecia fiia co ua fució exoecial co variable iemo

3 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 3 El méodo El méodo de solució de ua ecuació e diferecia fiia de rimer orde 3, es el siguiee: a) Caso : la asa de ierés es diferee que la asa de crecimieo de las reas Sea la ecuació de diferecia fiia de rimer orde: a. Y + + aoy. g( ) (4) La solució geeral será la siguiee: Y Y ( ) Y ( ) (5) h + El rimer érmio del miembro de la izquierda es la solució geeral de la ecuació homogéea de la ecuació (4), y el segudo érmio, es la solució aricular de la ecuació mecioada. La solució geeral de la ecuació homogéea Sea la ecuació homogéea: a. Y + ao. Y 0 (6) + Dode: g ( ) 0 licado la solució de ua ecuació de diferecia cuado el érmio g() es ua cosae o iee u valor de 0, eemos que: Dode: Y. C + B. (7) 3 García (2000), ver cia Nº ; ambié e la web del auor del resee documeo exise u documeo del méodo uilizado y su reseciva exlicació co mayor dealle.

4 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 4 B ao a k a (8) y C es ua cosae arbiraria Segú la ecuació homogéea (6), el érmio k es igual que cero, luego: B k 0 0 a a (9) Volviedo a la ecuació (2), su reseciva ecuació homogéea es la siguiee: F ( F 0 (0) + licado las ecuacioes (8) y (9), eemos que: ao ( ( ) + i a k B 0 a () y reemlazado () e (7) eemos: ( Fh ( ) (. C + (0). (2) 4 ( Luego, la solució geeral de la ecuació homogéea será: F ( ) ( C (3) h. 4 La lera h que esá como sub ídice se refiere a homogéea

5 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 5 La solució aricular E cuao a la solució aricular, eemos que:.( k) g( ) (3) La ecuació (3) es ua fució exoecial, or ao, su solució ambié debe ser ua fució del mismo io: F ( ) (4) 5 Coviriedo la ecuació (4) al eriodo + F ( + ) + (5) Reemlazado (4) y (5) e la ecuació (2), eemos: + K.( (..( (6) Efecuado arreglos algebraicos:.( (. [ k ( ] K.( k.(.(.(.( (7) Igualado coeficiees ara el caso de K.( k (8) desejado K K (9) Reemlazado K e la ecuació (4): 5 La lera que esá como sub ídice se refiere a aricular

6 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 6 F ( ).( k (20) Sumado ambas solucioes, ecuacioes (3) y (20): F ( ) C.( i).( + + k (2) La ecuació (2) es la solució geeral de la ecuació (2), si embargo se hace ecesario esimar la cosae arbiraria C. Para el efeco, sabemos que el valor de F e el eriodo 0 es jusamee 0. Reemlazado e (2): Desejado C : 0 0 ( + ). +.( k i C ) C (22) 0 Reemlazado el valor de C e (2): Efecuado arreglos eemos:. F ( ).( i).( + + k (23) F ( ).( i).( + k (24) Fialmee llegamos a la siguiee ecuació: ( k ] F ( ). (25) sumiedo que es igual que, obeemos la solució geeral de la ecuació (2): ( k ] F ( ). (26)

7 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 7 La ecuació (26) es el valor fuuro de ua serie variable co gradiee geomérico decreciee, co la codició de que la asa de ierés sea diferee que la asa de crecimieo de las reas. Si mulilicamos la ecuació (26) or u facor simle de acualizació, eemos: F( ). ( ( ]. ( (27) Fialmee, llegamos a la siguiee ecuació: ( P. k i ( i) (28) + + b) Caso 2: la asa de ierés es igual que la asa de crecimieo de las reas Cuado la asa de ierés es igual que la asa de crecimieo de las reas, los resulados so oalmee diferees e cuao se refiere a las fórmulas. La ecuació e diferecia a ser resuela será la siguiee: F i) + (. F ( (29) E la ecuació aerior se uede areciar que la asa de crecimieo de las reas ha sido reemlazada or la asa de ierés. Para efecos de simlificació, asumimos que: ( i ) a E al seido, la ecuació (29) quedaría de la siguiee forma: (30) F. a + a. F (3) La solució geeral de la ecuació homogéea La solució geeral de la ecuació homogéea será: F ( ) C.( h (32)

8 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 8 La solució aricular Siguiedo co el méodo uilizado, eemos que:.( i) g( ) (33) La ecuació (33) es ua fució exoecial, or ao, su solució ambié debe ser ua fució del mismo io: F ( ) K..( (34) 6 Coviriedo la ecuació (4) al eriodo + F ( + ) K.( + ).( + (35) Reemlazado (34) y (35) e la ecuació (29), eemos: + K.( + )( ( K..(.( (36) Efecuado arreglos algebraicos:.( ( 2. i). ( ] i i) ].( 2. i).( (..(.(.(.( (37) Igualado coeficiees ara el caso de. K (38) desejado K K (39) Reemlazado K e la ecuació (34): 6 E ese caso el lecor areciará que la solució aricular icluye a la variable, ues, si observamos la ecuació (3), el coeficiee a esá e el miembro de la izquierda así como e el de la derecha; ese es u caso esecial del méodo de los coeficiees ideermiados, ya que si o se cosidera la variable, o se llegaría a ua solució.

9 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 9 F ( ).( i (40) Sumado ambas solucioes, ecuacioes (32) y (40): F ( ) C.(.( i (4) La ecuació (4) es la solució geeral de la ecuació (29), si embargo se hace ecesario esimar la cosae arbiraria C. Para el efeco, sabemos que el valor de F e el eriodo 0 es jusamee 0. Reemlazado e (4): Desejado C : 0 0 (. C.(0).( i C (42) ) 0 Reemlazado el valor de C e (4): F ( ).(.( i (43) Fialmee llegamos a la siguiee ecuació: ( i ] F ( ) (44) sumiedo que es igual que, obeemos la solució geeral: ( ] i k F ( ) ; (45) Si mulilicamos la ecuació (25) or u facor simle de acualizació, eemos: F ( ). ( ( ]. ( (46)

10 Mg. Marco oio Plaza Vidaurre 0 Efecuado arreglos, obeemos la fórmula ara hallar el valor resee de ua serie variable co gradiee geomérico decreciee cuado la asa de ierés es igual que la asa de crecimieo de las reas: ( ( P i k ; (47) ( Si embargo, la ecuació (45) y (47) se uede obeer direcamee uilizado la ecuació (26) y (28), resecivamee, asumiedo que la asa de ierés es igual que la asa de decrecimieo 7 de las reas. 7 Cuado se reemlaza la asa de decrecimieo, se obvia el sigo egaivo, de allí que i + k 2 i 2k