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Finance · real student question

解方程:(1 + x) 的 12 次方减去 11.0528x 等于 1。

Question

求 (1+x)12−11.0528x=1(1+x)^{12}-11.0528x=1 的所有实数解 xx。

Step-by-step solution

  1. 改写成求根问题。 把 11 移到左边,记 f(x)=(1+x)12−11.0528x−1,f(x)=(1+x)^{12}-11.0528x-1, 于是要求 f(x)=0f(x)=0。这正是年金/内部收益率方程的形态:1212 期的累积因子与利率的 11.052811.0528 倍相抗。

  2. 先看出平凡根。 f(0)=112−0−1=0f(0)=1^{12}-0-1=0,所以 x=0x=0 是一个精确解。它对应「零利率」这个退化情形,因此还应当存在第二个、有经济意义的根。

  3. 在找第二个根之前先定出极值点。 f′(x)=12(1+x)11−11.0528f'(x)=12(1+x)^{11}-11.0528,它为零当 (1+x)11=11.052812=0.921067(1+x)^{11}=\tfrac{11.0528}{12}=0.921067,即 x=0.9210671/11−1≈−0.0074469x=0.921067^{1/11}-1\approx-0.0074469。由于 f′f' 随 xx 递增,这是唯一的极小点,且 f(−0.0074469)≈−0.0034829<0f(-0.0074469)\approx-0.0034829<0。

  4. 据此断定恰有两个实根,并把另一个夹住。 ff 从 f(−1)=10.0528f(-1)=10.0528 下降到极小值,再回升到 f(0)=0f(0)=0,所以极小点左侧有一个根。试算:f(−0.02)=+0.0057727f(-0.02)=+0.0057727,f(−0.01)=−0.0030871f(-0.01)=-0.0030871,所以根落在 (−0.02,−0.01)(-0.02,-0.01) 内。

  5. 二分到足够精度。 反复对半缩小区间,得到 x≈−0.01508489,x \approx -0.01508489, 此处 f(x)f(x) 的值在 10−1610^{-16} 以内为零。注意不要停在 x≈−0.00745x\approx-0.00745 附近:那是极小点,那里 f=−0.0035≠0f=-0.0035\ne0。

  6. 验算并解释含义。 (1−0.01508489)12=0.8332697(1-0.01508489)^{12}=0.8332697,−11.0528(−0.01508489)=0.1667303-11.0528(-0.01508489)=0.1667303;两者之和为 1.0000001.000000,与右边吻合。两个实数解是 x=0x=0 与每期 x≈−1.5085%x\approx-1.5085\%;不存在正利率的解,因为对一切 x>0x>0 都有 f>0f>0。

Answer

x=0和x≈−0.01508489 (≈−1.5085%,每期)x = 0 \quad \text{和} \quad x \approx -0.01508489 \ (\approx -1.5085\% \text{,每期})

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