Cours mathematique financiere d’initiation aux annuites constants
Annuités
Administration Économique et Sociale
Mathématiques
XA100M
En général, un prêt n’est pas remboursé en une seule fois. Les remboursements sont étalés sur plusieurs périodes.
De même, un capital est rarement constitué en un seul versement, mais plus souvent en une succession de versements.
Il faut alors savoir calculer les intérêts dans ces cas.
Définition 1.On appelle suite d’annuités une succession de versements, pour créer ou rembourser un capital.
1. CARACTÉRISTIQUES D’UNE SUITE D’ANNUITÉS
Une suite d’annuités est caractérisée par quatre élements :
– Sa périodicité;
– Le nombre de versements;
– Le montant de chaque versement; – La date de chaque versement.
1.1. Périodicité d’une suite d’annuités.
La période d’unesuited’annuitésestl’intervalledetemps quiséparedeuxversements consécutifs.
La suite d’annuités est certaine si la période est constante, c’est-à-dire si le temps qui sépare deux versements est toujours le même.
Dans le cas contraire, la suite d’annuités est aléatoire.
Exemple 1. Vous placez 20e tous les mois sur un compte-épargne : la suite d’annuités est certaine de période mensuelle.
Exemple 2. Vous faites un prêt sur un an, vous remboursez une partie après un mois, une partie après trois mois et le reste après un an. La période est de un mois avant le premier versement, de deux mois entre le premier et le deuxième versement et de neuf mois entre le deuxième et le dernier versement. La suite d’annuités est aléatoire.
1.2. Nombre de versements d’une suite d’annuités.
Le nombre de versements d’une suite d’annuités peut-être :
– Fini à échéance connue d’avance : la suite d’annuités est alors temporaire; – Fini à échéance non connue d’avance : la suite d’annuités est alors viagière; – Infini : la suite d’annuités est alors perpétuelle.
1.3. Montant des versements d’une suite d’annuités.
Le montant de chaque versement s’appelle le terme.
Si les termes sont égaux, c’est-à-dire si tous les versements sont de même montant, la suite d’annuités est dite constante.
Une suite d’annuités qui n’est pas constante est dite variable.
Exemple 3. Vous placez 20e tous les mois sur un compte-épargne : la suite d’annuités est constante de terme 20e.
Exemple 4. Vous placez 10e le 1er janvier, 20e le 1er février et 30e le 1er mars : la suite d’annuités est variable. Le premier terme est 10e, le deuxième terme est 20e et le dernier terme est 30e.
1.4. Dates des versements d’une suite d’annuités.
Si les versements débutent après la date d’origine, la suite d’annuités est dite différée.
Si les versements débutent dès la première période, la suite d’annuités est dite non différée.
Exemple 5. Vous empruntez 200e le 1er janvier mais vous ne commencez les remboursements qu’à partir du 31 mars : la suite d’annuités est différée.
Exemple 6. Vous empruntez 200e le 1er janvier et commencez les remboursements le 31 janvier : la suite d’annuités est non différée.
Silesversementssonteffectuésen début depériode,lasuited’annuitésestdite de début de période ou à terme à échoir.
Si les versements sont effectués en fin de période, la suite d’annuités est dite de fin de période ou à terme échu.
Exemple 7. Lorsque vous placez de l’argent à la banque, celle-ci ne vous verse les intérêts qu’à la fin de l’année : la suite d’annuités est donc de fin de période.
2. VALEUR ACQUISE D’UNE SUITE D’ANNUITÉ CERTAINE TEMPORAIRE
2.1. Méthode de calcul.
Pendant n périodes, on place en début de période au taux d’intérêt i par période les termes suivants – A0 au début de la 1re période;
– A1 au début de la 2e période;
–
– An au début de la n +1e période.
La première somme placée, A0, produit des intérêts pendant n périodes. Elle devient donc (1+i)nA0.
La deuxième somme placée, A1, produit des intérêts pendant n −1 périodes. Elle devient donc (1+i)n−1A1.
La troisième somme placée, A2, produit des intérêts pendant n 2 périodes.
Elle devient donc (1+i)n−2A2. −
La k −1e somme placée, Ak, produit des intérêts pendant n −k périodes. Elle devient donc (1+i)n−kAk.
L’avant dernière somme placée, An−1, produit des intérêts pendant 1 période.
Elle devient donc (1+i)An−1.
La dernière somme placée, An, ne produit pas d’intérêt et demeure An.
La valeur acquise totale est la somme de toutes les valeurs acquises des placements A0, A1, , An.
La valeur acquise totale est donc
Vn = (1+i)nA0+(1+i)n−1A1+···+(1+i)n−kAk +···+(1+i)An−1+ An.
On écrit
n
☞ Vn =X(1+i)n−kAk.
k=0
Pour toutes les valeurs de k entre 0 et n, on calcule (1+i)n−kAk puis on fait la somme de toutes les valeurs ainsi obtenues.
Exemple 8. Sur trois périodes, on place au taux d’intérêt 2% par période
– 15e en début de 1re période;
– 20e en début de 2e période;
– 25e en début de 3e période; – 30e en début de 4e période. On a alors
i = 0,02, n = 3
et
A0= 15, A1=20, A2= 25, A3= 30.
Le capital, en euros, dont on dispose en début de 4e période est alors
1,023×15+1,022×20+1,02×25+30
=15,91812+20,808+25,5+30 =92,23.
L’intérêt total est
2,23e.
Exemple 9. Sur trois périodes, on place au taux d’intérêt 2% par période
– 30e en début de 1re période;
– 25e en début de 2e période;
– 20e en début de 3e période; – 15e en début de 4e période. On a alors
i = 0,02, n = 3
et
A0= 30, A1=25, A2= 20, A3= 15.
Le capital, en euros, dont on dispose en début de 4e période est alors
1,023×30+1,022×25+1,02×20+15
=31,83624+26,01+20,40+15 =93,25.
L’intérêt total est
3,25e.
☞ On considère une suite d’annuités temporaires certaines au taux i par période pendant n périodes. On place A0 en début de 1re période, A1 en début de 2e période, etc, An en début de n +1e période.
La valeur acquise est alors
n
Vn =X(1+i)n−kAk.
k=0
2.2. Cas particulier des suites d’annuités constantes.
2.2.1. Annuités de début de période.
Les annuités sont supposées constantes, de terme égal à a. Le versement se fait en début de période et on veut calculer la valeur acquise en fin de ne période. Le versement de début de n +1e période n’est donc pas pris en compte :
A0= A1=···= An−1 = a et An = 0.
On a alors
n−1
Vn == akX=(10(1++i)ni)+n−ak(1a++0i)n−1+···+a(1+i).
On reconnaît la somme des n premiers termes d’une suite géométrique de premier terme a(1+i) et de raison 1+i. Ainsi
Vn = a(1+i)(1(1++ii))n−−11.
Les annuités sont supposées constantes, de terme égal à a. Le versement se fait en début de période et on veut calculer la valeur acquise en fin de ne période :
(1+i)n −1
☞ Vn = a(1+i) .
i
!
Toujours se poser la question :
« Cherche-t’on la valeur acquise avant ou après le dernier versement? »
2.2.2. Annuités de fin de période.
Les annuités sont supposées constantes, de terme égal à a. Le versement se fait en fin de période et on veut calculer la valeur acquise en début de n +1e période. Il n’y a pas de versement au début de la première période donc A0= 0. Tous les autres versements ont pour montant a.
A0= 0 et A1=···= An = a.
On a alors
n
Vn == 0a(1+k+X=i1(1)n−+1i+)na−(1ka+i)n−2+···+a(1+i)+a.
On reconnaît la somme des n premiers termes d’une suite géométrique de premier terme a et de raison 1+i. Ainsi
(1
Vn = a(1++ii))n−−11.
Les annuités sont supposées constantes, de terme égal à a. Le versement se fait en fin de période et on veut calculer la valeur acquise en début de n +1e période :
(1+i)n −1
☞ Vn = a .
i
3. VALEUR ACTUELLE D’UNE SUITE D’ANNUITÉS CERTAINES TEMPORAIRES
´ On rappelle que la valeur actuelle d’une somme Ak est la somme placée qui, après intérêt, produit Ak.
La valeur actuelle d’une suite d’annuités A0, A1, ,An est la somme V0 qu’on peut emprunter pour que la suite d’annuités A0, A1, ,An finance l’emprunt, intérêt compris.
La valeur actuelle d’une suite d’annuités A0, A1, ,An est la somme V0 répondant à la question :
« Quelle somme V0 puis-je emprunter lors d’un emprunt que je rembourse en versant A0 au début de la 1re période, A1 en début de 2e période, etc, An en début de n +1e période?»
3.1. Méthode de calcul.
On emprunte V0 et on rembourse immédiatement A0. Il reste donc à rembourser
V0− A0.
Cette somme produit un intérêt : si on remboursait juste avant le versement de A1, il faudrait donc rembourser
(V0− A0)(1+i) = V0(1+i)− A0(1+i).
Après le versement de A1, il reste donc à rembourser
V0(1+i)− A0(1+i)− A1.
Cette somme produit un intérêt : si on remboursait juste avant le versement de A2, il faudrait donc rembourser
[V0(1+i)− A0(1+i)− A1](1+i) =V0(1+i)2− A0(1+i)2− A1(1+i).
Après le versement de A2, il reste donc à rembourser
V0(1+i)2− A0(1+i)2− A1(1+i)− A2.
De façon générale, après le versement de Ak−1, il reste à rembourser
V0(1+i)k−1− A0(1+i)k−1− A1(1+i)k−2−···− Ak−1.
Cette somme produit un intérêt : si on remboursait juste avant le versement de
Ak, il faudrait donc rembourser hV0(1+i)k−1− A0(1+i)k−1− A1(1+i)k−2−···− Ak−1i(1+i)
= V0(1+i)k − A0(1+i)k − A1(1+i)k−1−···− Ak−1(1+i).
Après le versement de Ak, il reste donc à rembourser
V0(1+i)k − A0(1+i)k − A1(1+i)k−1−···− Ak−1(1+i)− Ak.
En particulier, après le versement de An, il reste à rembourser
V0(1+i)n − A0(1+i)n − A1(1+i)n−1−···− An−1(1+i)− An.
Puisque An est le dernier versement, on veut que la somme qui reste à rembourser après ce versement soit nulle. On veut donc
V0(1+i)n − A0(1+i)n − A1(1+i)n−1−···− An−1(1+i)− An = 0
c’est-à-dire
V0(1+i)n = A0(1+i)n + A1(1+i)n−1+···+ An−1(1+i)+ An
ou encore
V0= A0+ A1(1+i)−1+···+ An−1(1+i)−(n−1)+ An(1+i)−n. On écrit
n
☞ V0=X(1+i)−kAk.
k=0
Pour toutes les valeurs de k entre 0 et n, on calcule (1+i)−kAk puis on fait la somme de toutes les valeurs ainsi obtenues.
Exemple 10. On souhaite emprunter au taux d’intérêt 2% par période. On peut rembourser sur trois périodes, – 15e en début de 1re période;
– 20e en début de 2e période;
– 25e en début de 3e période; – 30e en début de 4e période. On a alors
i = 0,02, n = 3
et
A0= 15, A1=20, A2= 25, A3= 30.
La somme, en euros, empruntable grâce à ces remboursements est
15+1,02−1×20+1,02−2×25+1,02−3×30
=15+19,6078+24,0292+28,2697 =86.91.
☞ On considère une suite d’annuités temporaires certaines au taux i par période pendant n périodes. On rembourse A0 en début de 1re période, A1 en début de 2e période, etc, An en début de n +1e période. La somme empruntable
(valeur actuelle) est alors
n
V0=X(1+i)−kAk.
k=0
´ On se souvient que
A0 est la valeur actuelle de A0
A1(1+i)−1 est la valeur actuelle de A1
Ak(1+i)−k est la valeur actuelle de Ak
An(1+i)−n est la valeur actuelle de An.
La valeur actuelle est donc la somme des valeurs actuelles de chaque remboursements.
3.2. Cas particulier des suites d’annuités constantes.
3.2.1. Annuités de début de période.
Comme au §2.2.1, on a
A0=···= An−1 = a et An = 0.
On a alors
V0=nX−1(1+i)−ka +0 k=0
= a +a(1+i)−1+···+a(1+i)−(n−1).
On reconnaît la somme des n premiers termes d’une suite géométrique de premier terme a et de raison (1+i)−1. Ainsi
V0 = a (1++ii))−−n1−−11. (1
On simplifie en utilisant
(1(1++ii))−−n1−−11 =(1+i)1−(1i+i)−n.
☞ Les annuités sont supposées constantes, de terme égal à a. Le versement se fait en début de période et on veut calculer la valeur actuelle en fin de ne période :
La valeur actuelle est alors
= + 1−(1+i)−n
V0 a(1 i) .
i
3.2.2. Annuités de fin de période.
Comme au §2.2.2, on a
A0= 0 et A1=···= An = a.
On a alors
n
V0 = 0+kX=1(1+i)−ka
= a(1+i)−1+a(1+i)−2+···+a(1+i)−(n−1)+a(1+i)−n.
On reconnaît la somme des n premiers termes d’une suite géométrique de premier terme a(1+i)−1 et de raison (1+i)−1. Ainsi
V0 = a(1+i)−1(1(1++ii))−−n1−−11.
On simplifie en utilisant
P (1+i)−n −1 = (1+i)1−(1i+i)−n.
Q (1+i)−1−1
Les annuités sont supposées constantes, de terme égal à a. Le versement se fait en fin de période et on veut calculer la valeur actuelle en début de n +1e période :
= 1−(1+i)−n
☞ V0 a . i
P
Q