高中数学 · E09 · 数列应用

单利与复利的数列结构

从计息基础的不同,理解单利的等差结构与复利的等比结构。

单利与复利

什么是单利,什么是复利

单利:利息不再产生利息

只用最初的本金计算利息,已经得到的利息不再产生利息。

复利:利息也参与下一期计息

把每期得到的利息加入本金,一起计算下一期利息。

用 100 元看清两者的区别

存入 100 元,每期利率固定为 10%,期间不存取款,也没有费用。每期利息等于参与计息的金额乘以 10%。第一期,两种方式都得到 10 元利息,期末共有 110 元;第二期的区别如下。

$$100+10+10=120\text{ 元}$$

单利:仍按最初的 100 元计息,第二期利息也是 $100\times10\%=10$ 元。

$$110+11=121\text{ 元}$$

复利:按第一期末的 110 元计息,第二期利息为 $110\times10\%=11$ 元。

单利每期增加相同金额;复利每期把上一期末金额乘以相同倍数。下面用数列写出这两种变化。

用符号表示本金、利率和期数

设本金为 $P>0$,每期利率为 $r\ge0$。$L_n$、$C_n$ 分别表示单利、复利经过 $n$ 个完整计息期后的本利和,也就是本金与利息的总额。

$$L_0=C_0=P$$

下标 $0$ 表示尚未计息的初始状态;$L_1,L_2,\ldots$ 与 $C_1,C_2,\ldots$ 才是按正整数编号的数列项。

以下假定利率不变、每期末计息,期间没有存入、取出或费用。期数与利率单位必须一致:年利率按年计算,月利率按月计算。

单利

每一期增加相同金额

单利只按原始本金 $P$ 计息,因此每期利息都是 $Pr$。

$$L_n=L_{n-1}+Pr\quad(n\ge1)$$

本期末金额等于上期末金额加上固定利息 $Pr$。

$$L_n=P+nPr$$

经过 $n$ 期,共增加 $n$ 次 $Pr$。

$$L_n=P(1+nr)$$

提取公因式 $P$,得到单利的计算公式。

所以 $L_1,L_2,\ldots$ 构成公差为 $Pr$ 的等差数列。已经产生的利息不参与下一期计息。

复利

每一期乘相同倍数

复利按上一期末的本利和计息。若上一期末有 $C_{n-1}$,这一期的利息就是 $rC_{n-1}$。

$$C_n=C_{n-1}+rC_{n-1}$$

原有本利和加上当期利息,得到本期末金额。

$$C_n=(1+r)C_{n-1}$$

提取 $C_{n-1}$,可见每期都乘 $1+r$。

$$C_n=P(1+r)^n$$

从本金 $P$ 出发,经过 $n$ 期,连续乘 $n$ 次 $1+r$。

所以 $C_1,C_2,\ldots$ 构成公比为 $1+r$ 的等比数列。本期的结果就是下一期的计息基础。这里 $r\ge0$,因此公比 $1+r\ge1$。

公式检查

用公式检查开头的例子

仍取本金 100 元、每期利率 10%、经过 2 期。

$$L_2=100(1+2\times10\%)=120$$

单利:本金加上两期的固定利息,共 120 元。

$$C_2=100(1.1)^2=121$$

复利:本金连续乘两次 1.1,共 121 元。

这与逐期计算一致。选择公式的依据,是利息是否参与下一期计息。

核心结论

看清每期增加的是什么

单利:固定金额

每期按原始本金计息,增加 $Pr$,对应等差结构。

$$L_n=P(1+nr)$$

复利:固定比例

每期按上一期本利和计息,乘 $1+r$,对应等比结构。

$$C_n=P(1+r)^n$$

使用前先确认计息周期、利率是否固定,以及期间是否有存取款或费用。