Dobânda compusă și dinamica populației (M2, științe ale naturii)
Dobânda unui an poate rămâne în cont și poate produce, la rândul ei, dobândă. Baza calculului se modifică după fiecare perioadă încheiată. La științe ale naturii (M2), clasa a IX-a, această situație introduce înmulțirea repetată înaintea formulelor generale ale progresiei geometrice. Pentru cei intrați în clasa a IX-a în 2026, la proba MAT_P2 din 2030 tema aparține domeniului „Algebră”, unde programa numește dobânda compusă alături de progresiile geometrice. Elevii aflați acum în clasele X–XII dau bacalaureatul M2 din 2027–2029, a cărui programă conține progresiile geometrice și, la clasa a X-a, elemente de calcul financiar. Vom construi modelul din operații cunoscute și vom preciza ce poate spune el despre o populație.
Ai nevoie de calculul unui procent dintr-un număr, din clasa a VI-a și de sensul unui termen și al rangului său la M2. Reamintește-ți și baza constantă a dobânzii simple la M2. În noua situație, aceeași rată se aplică unei baze actualizate. Vom urmări momentele operațiilor, nu numai rezultatul unei puteri.
Ce vei învăța
- Vei ști să explici capitalizarea și să identifici soldul folosit la începutul fiecărei perioade.
- Vei ști să numeri perioadele încheiate între observații și să le corelezi cu unitatea ratei.
- Vei ști să construiești și să citești un tabel de solduri cu dobândă compusă.
- Vei ști să reconstitui o sumă inițială și să verifici o rată constantă din date.
- Vei ști să interpretezi un model finit al populației, distingând calculul exact de estimarea numărului de indivizi.
Hai să descoperim împreună
1. Ce se întâmplă la capitalizare?
Capitalizarea este adăugarea dobânzii la suma care va constitui baza calculului în perioada următoare. Dobânda compusă se obține când, la perioade egale, dobânda se calculează din soldul existent la începutul perioadei și se capitalizează. Pentru modelul nostru presupunem un capital inițial pozitiv, o rată constantă nenegativă și absența altor operații, dacă enunțul nu spune altceva.
Un exemplu de pornire folosește un capital de lei și rata de pentru fiecare perioadă. Prima dobândă este lei, deci soldul devine lei. A doua dobândă se calculează din acest sold: lei. După adăugarea ei, sunt lei. Cele două dobânzi nu sunt egale, deși rata este aceeași.
Nu este vorba despre schimbarea procentului. S-a schimbat numărul din care îl calculăm. O explicație completă numește atât rata, cât și baza. Într-un tabel, coloana „dobândă” reprezintă creșterea din perioada respectivă; coloana „sold” arată întreaga sumă după adăugarea acestei creșteri.
Condițiile financiare din lecție sunt ipoteze școlare declarate. Nu deducem din ele regulile unui produs bancar real. Dacă o problemă menționează comisioane, depuneri, retrageri ori o altă convenție de acordare a dobânzii, acele operații trebuie introduse în cronologie; formula simplă nu le cuprinde singură.
2. Cum înlocuim două operații cu o înmulțire?
Notează cu soldul de la începutul unei perioade și cu numărul care exprimă rata procentuală. Soldul de la sfârșit este:
Introducem factorul . El nu are unitate de măsură: înmulțit cu o sumă exprimată în lei, produce tot o sumă în lei. Pentru dobânda nenegativă avem . Dacă rata este zero, factorul este unu, iar capitalizarea nu modifică soldul.
Calculul procentului urmat de adunare și înmulțirea cu factorul actualizării descriu aceeași operație. Prima variantă arată cât ai câștigat în perioada respectivă. A doua este mai scurtă când urmărești soldul. Alege forma care răspunde cerinței, dar păstrează baza corectă.
Pentru a reveni la soldul anterior, împarți la factor. Această împărțire este permisă, deoarece factorul este pozitiv. Nu scazi din soldul final procentul folosit la creștere: procentul acela ar avea acum altă bază. Revenirea trebuie să inverseze exact operația prin care ai ajuns la soldul final.
3. De ce începutul are indicele zero?
Notăm capitalul inițial cu , iar cu soldul după exact perioade încheiate. La momentul inițial nu s-a acordat încă dobândă. Începem de aceea cu indicele zero, fără să îl numărăm ca pe o perioadă suplimentară.
| Moment | Operația realizată | Sold |
|---|---|---|
| Început | Nicio capitalizare | |
| După o perioadă | O înmulțire cu factorul | |
| După două perioade | Încă o înmulțire | |
| După trei perioade | A treia înmulțire |
După asemenea operații, scriem compact , pentru numărul întreg nenegativ de perioade permis de problemă. Puterea numără înmulțirile efectuate. Formula rezultă aici din cronologie; nu trebuie memorată fără semnificația indicelui. Definiția generală a progresiei va apărea în lecția următoare despre progresia geometrică la M2.
Dacă observi soldul la început și apoi după fiecare dintre patru perioade, tabelul are cinci observații. Numărul observațiilor este cu unu mai mare decât numărul actualizărilor. Când lipsesc unele înregistrări, distanța dintre momente rămâne decisivă: două valori scrise una lângă alta în caiet pot fi despărțite de mai multe perioade.
4. Rata și durata trebuie să vorbească aceeași limbă
O rată anuală descrie operația unui an. O rată pe lună descrie operația unei luni. În această lecție lucrăm cu perioade întregi și cu aceeași durată pentru fiecare actualizare. Transformăm timpul în numărul acestor perioade înainte de a face înmulțirile.
Pentru o populație despre care enunțul presupune că se dublează la fiecare jumătate de oră, două ore cuprind patru actualizări. Unitatea „oră” din durata totală trebuie legată de unitatea perioadei din regulă. A scrie direct durata totală ca exponent, fără această verificare, ar schimba evoluția descrisă.
O rată anuală nu spune automat cum se capitalizează într-o fracțiune de an. Nu înlocuim regula lipsă printr-o alegere personală și nu folosim aici puteri cu exponenți fracționari. Dacă timpul nu cuprinde un număr întreg de perioade, cerem convenția problemei sau ne limităm la momentele pentru care modelul a fost definit.
Cronologia clarifică și două observații mai îndepărtate. Raportul dintre soldul de după trei ani și soldul de după un an cuprinde două înmulțiri anuale, nu trei. Pentru reconstituire folosim intervalul dintre observații; capitalul inițial poate fi aflat ulterior, prin încă un pas înapoi.
5. Ce se schimbă când apare o altă operație?
Până acum am presupus că între capitalizări nu intră și nu ies bani. O depunere suplimentară schimbă baza viitoarei dobânzi, dar nu poate produce dobândă înainte să existe în cont. Locul ei pe axa timpului este o informație matematică necesară.
Dacă depunerea se face imediat după prima capitalizare, calculezi întâi soldul primului an, apoi adaugi depunerea. Rezultatul acestei adunări devine baza celui de-al doilea an. Dacă depunerea s-ar face la început, ar participa la ambele capitalizări. Aceeași sumă depusă la momente diferite poate conduce la solduri finale diferite.
Retragerea se tratează la fel de atent: scazi suma la momentul precizat și continui cu soldul rămas. Verifici că retragerea este posibilă și că soldul utilizat de model rămâne în domeniul declarat. Nu este necesară o formulă nouă pentru o singură operație suplimentară; este suficient să scrii pașii în ordinea evenimentelor.
Într-un tabel poți folosi coloane separate pentru soldul după dobândă și soldul după depunere ori retragere. Astfel, o creștere mai mare într-un an nu este confundată automat cu o rată mai mare. Mai întâi verifici dacă datele includ o operație externă.
6. Cum folosim regula pentru o populație?
Un model al populației cu rată netă constantă presupune că, la fiecare perioadă egală din intervalul studiat, efectivul se înmulțește cu același factor pozitiv. Rata netă descrie modificarea totală, după luarea în considerare a intrărilor și ieșirilor relevante. Ea nu este sinonimă, fără alte ipoteze, cu rata nașterilor.
Pentru o creștere de pe perioadă, factorul este . Pentru o scădere efectivă de , folosim , cu în modelul pozitiv de aici. O rată netă zero păstrează efectivul constant. Valoarea inițială este , iar după perioadele întregi permise scriem .
Unele enunțuri idealizate vorbesc direct despre dublare, triplare sau înjumătățire. Atunci factorul este dat prin cuvinte. Aceste ipoteze fac calculul posibil; ele nu dovedesc că o populație reală ar continua astfel oricât de mult. Hrana, spațiul și condițiile mediului pot schimba evoluția. Declarăm de aceea intervalul pe care aplicăm regula.
Într-un model de estimare, formula poate produce un număr care nu este întreg. Rezultatul descrie valoarea estimată de model, nu o numărătoare exactă a indivizilor. Dacă se cere un efectiv exprimat printr-un număr întreg, precizăm aproximarea finală și regula de rotunjire. Păstrăm distincte aceste două răspunsuri.
7. Ce verificăm după calcul?
Întoarce-te la întrebarea problemei: cere soldul, dobânda câștigată, rata sau populația estimată? Pentru dobânda totală, scazi capitalul inițial din soldul final numai în modelul fără alte operații. Dacă există o depunere, creșterea soldului cuprinde și acei bani, nu doar câștigul.
Verifică apoi sensul rezultatului. După cel puțin o capitalizare cu rată pozitivă și fără retrageri, soldul trebuie să depășească suma inițială. Într-un model de scădere efectivă a populației, după cel puțin o perioadă valoarea rămâne pozitivă și este mai mică decât cea inițială. Aceste controale nu înlocuiesc calculul, dar pot semnala o împărțire sau o numărare a perioadelor nepotrivită.
Dacă ai reconstituit o valoare inițială, parcurge din nou operațiile înainte și compară cu observația cunoscută. Dacă ai determinat un factor dintr-o pereche de înregistrări, verifică-l și pe celelalte date disponibile. O pereche compatibilă nu repară o înregistrare contradictorie din același tabel.
Exemple rezolvate
Exemplul 1. Citirea unui registru de capitalizare
Un capital de lei are dobândă compusă de pe an, fără alte operații, timp de doi ani. Completează dobânda fiecărui an și soldul de la sfârșitul lui.
În primul an, baza este capitalul: lei. Soldul devine lei. În anul următor folosim această bază: lei. Al doilea sold este lei.
| An încheiat | Baza dobânzii, în lei | Dobânda, în lei | Soldul, în lei |
|---|---|---|---|
| Primul | |||
| Al doilea |
Registrul arată de ce nu putem completa a doua dobândă prin simpla copiere a primeia. Rata s-a păstrat, iar baza a crescut. Dobânda totală este lei, aceeași valoare ca lei. Cele două calcule verifică interpretarea coloanelor.
Exemplul 2. O depunere după primul an
Un cont pornește cu lei și se capitalizează anual cu . Imediat după prima capitalizare se depun încă lei. Nu există alte operații. Determină soldul de după a doua capitalizare.
Primul an produce soldul lei. Abia acum intră suma suplimentară, deci baza pentru anul următor este lei. A doua capitalizare dă lei.
Dobânda totală a celor doi ani este lei. Scăderea numai a capitalului inițial ar număra depunerea drept câștig. Cei patru sute de lei participă la o singură capitalizare, deoarece au intrat după încheierea primului an.
Exemplul 3. Un model finit cu perioade în minute
Într-o simulare didactică, un efectiv inițial de indivizi se triplează la fiecare de minute. Regula este declarată numai pentru primele de minute. Află efectivele modelului la și la de minute.
Prima durată cuprinde perioade, deci obținem indivizi. A doua cuprinde perioade, deci obținem indivizi. Momentele cerute se află în intervalul permis.
Nu folosim numărul minutelor ca număr al triplărilor. Calculul este exact pentru simularea declarată; el nu reprezintă o afirmație despre orice specie sau despre continuarea evoluției după cele două ore. Fără o nouă ipoteză, nu extindem predicția dincolo de acel interval.
Exemplul 4. Două înregistrări care nu sunt consecutive
Un capital are soldul lei după un an și lei după trei ani. Dobânda se capitalizează anual, rata este constantă și nenegativă, fără alte operații. Reconstituie rata și capitalul inițial.
Între observații au trecut doi ani. Factorul lor cumulat este . Căutăm factorul anual pozitiv al cărui pătrat este această valoare. Deoarece , factorul este , iar rata anuală este .
Revenim cu un an de la prima observație: lei. Verificăm înainte: după al doilea an sunt lei, iar după al treilea sunt lei. Distanța dintre momente a fost esențială.
Exemplul 5. Valoarea modelului și efectivul aproximat
O estimare pornește de la indivizi și presupune o creștere netă de pe interval, numai pentru următoarele două intervale egale. Calculează estimarea finală și rotunjește-o la cel mai apropiat întreg.
După primul interval modelul dă . După al doilea dă . Scriem, prin urmare, indivizi.
Numărul întreg este o prezentare aproximată a estimării. Nu spunem că au fost numărați exact atâția indivizi și nici nu vorbim despre o fracțiune de individ observată. Rata netă și intervalul sunt ipoteze ale modelului; rezultatul trebuie citit împreună cu ele.
Exemplul 6. Exemplu tip Bacalaureat M2
Un capital depus cu dobândă compusă de pe an ajunge, după doi ani, la lei. Nu există alte operații. Determină capitalul inițial.
O capitalizare înmulțește soldul cu , iar două înmulțesc cu . Revenim prin împărțire: lei. Capitalul inițial este deci lei.
Verificarea poate păstra vizibili cei doi ani: lei, apoi lei. Este un exercițiu propriu de antrenament pe calcul financiar și înmulțire repetată, în format scurt; nu reproduce o problemă din modelul oficial și nu stabilește o poziție obligatorie în subiect.
Să exersăm
La problemele financiare, capitalizarea este anuală, iar alte operații apar numai dacă sunt precizate. În modelele de populație, regula se aplică numai perioadelor cerute. Scrie mărimea calculată, nu numai numărul.
1. Un capital de lei are dobândă compusă de pe an. Află soldul după primul an și dobânda acelui an.
2. Pentru un capital de lei și o rată de , determină soldul după două capitalizări anuale.
3. După prima capitalizare, soldul este lei. Rata anuală este . Care a fost capitalul inițial?
4. Un capital de lei devine lei după un an. Determină rata anuală exprimată procentual.
5. Un capital de lei are rata anuală de . Află soldul și dobânda totală după doi ani.
6. Într-o simulare limitată la durata cerută, un efectiv inițial de indivizi se dublează la fiecare de minute. Câte actualizări se fac în de minute și ce efectiv rezultă?
7. (Problemă aplicată.) Un model pornește de la indivizi și presupune o scădere netă de pe interval. Calculează valoarea estimată după două intervale, fără rotunjire.
8. O regulă actualizează efectivul la fiecare minute. Într-un studiu de de minute, de câte ori se aplică regula după observația inițială?
9. La lei se aplică dobândă de . După prima capitalizare se depun lei. Află soldul după a doua capitalizare.
10. Un cont începe cu lei și are rata de . Imediat după prima capitalizare se retrag lei. Determină soldul de după a doua capitalizare.
11. Soldurile la început și după fiecare dintre doi ani sunt lei, lei și lei. Verifică dacă provin dintr-o rată anuală constantă, fără alte operații, și află factorul și rata.
12. Într-un model pozitiv cu factor constant, efectivul inițial este indivizi, iar după două perioade este indivizi. Află factorul unei perioade și efectivul după prima.
13. O simulare începe cu de indivizi și înjumătățește efectivul la fiecare etapă, pe durata primelor patru etape. Care este prima etapă la care efectivul scade strict sub ?
14. (Adevărat/Fals cu motivare.) Un registru prezintă soldurile , , și lei la început și după fiecare an. Afirmație: registrul este compatibil integral cu o rată anuală constantă, fără alte operații.
15. (Exercițiu tip Bacalaureat M2.) Un capital de lei se capitalizează cu anual. Calculează soldul după doi ani.
16. (Exercițiu tip Bacalaureat M2.) După trei capitalizări anuale cu , fără alte operații, soldul este lei. Determină capitalul inițial și dobânda totală.
17. (Exercițiu tip Bacalaureat M2.) O estimare pornește de la indivizi și folosește o creștere netă de pe interval, pentru două intervale. Află valoarea finală a modelului și aproximarea ei la cel mai apropiat întreg.
18. Un cont pornește cu lei, la rata de . Se adaugă lei. Compară soldurile după doi ani când depunerea are loc după prima capitalizare, respectiv înaintea primei perioade. Cu cât diferă rezultatele?
Răspunsuri și explicații
1. Soldul este lei, iar dobânda este lei. Calculăm și scădem capitalul pentru a izola câștigul.
2. Soldul este lei, deoarece . Exponentul numără cele două capitalizări, fără a include momentul inițial.
3. Capitalul a fost lei. Împărțim soldul la factorul anual: . Refăcând creșterea, obținem observația dată.
4. Rata este : . Dobânda se raportează la capitalul de la începutul anului.
5. Soldul este lei, iar dobânda totală este lei. Două înmulțiri cu factorul anual dau .
6. Sunt actualizări, iar efectivul simulat este indivizi. Folosim și apoi .
7. Estimarea este indivizi, obținută din . Numărul este valoarea modelului, nu un efectiv numărat exact.
8. Regula se aplică de ori, deoarece . Observația inițială descrie punctul de plecare și nu este o actualizare.
9. Soldul este lei. După primul an avem lei; depunerea ridică baza la o mie de lei, apoi intervine a doua capitalizare.
10. Soldul final este lei. Primul sold este lei; retragerea îl readuce la nouă sute de lei, baza următorului an.
11. Factorul este , iar rata este . Ambele rapoarte consecutive sunt egale: și . Datele sunt compatibile cu ipoteza.
12. Factorul pozitiv este , iar efectivul după prima perioadă este indivizi. Raportul final față de început este , care reprezintă două înmulțiri.
13. Prima etapă este , cu de indivizi: . Etapa anterioară are o sută patru indivizi, încă peste prag. Ambele momente aparțin intervalului declarat al simulării.
14. Fals. Primele două rapoarte dau factorul , care ar impune la ultima observație lei, nu lei. Registrul nu este compatibil integral cu modelul; nu modificăm din presupunere înregistrarea dată.
15. Soldul este lei: . Rata se aplică în al doilea an soldului actualizat.
16. Capitalul este lei, fiindcă și . Dobânda totală este lei. Împărțirea inversează cele trei capitalizări descrise de enunț.
17. Modelul dă , aproximat la indivizi. Calculul precedă rotunjirea; răspunsul întreg rămâne o estimare.
18. Soldurile sunt lei și lei; diferența este lei. În primul caz calculăm , iar în al doilea . Depunerea mai timpurie participă la încă o capitalizare.
De reținut
- Capitalizarea actualizează baza dobânzii pentru perioada următoare.
- Numărul perioadelor încheiate determină numărul înmulțirilor, indiferent câte observații sunt scrise.
- Pentru o operație suplimentară, refaci cronologia și continui cu noua bază.
- Rata netă a populației și durata de valabilitate sunt ipoteze explicite ale modelului.
- Valoarea calculată de un model și efectivul întreg aproximat trebuie prezentate distinct.
Greșeli frecvente
- Aplici regula unei perioade pe altă unitate de timp. Dacă efectivul se dublează la fiecare de minute, într-o oră au loc două dublări, nu una. Transformă întâi durata în numărul perioadelor regulii.
- Acorzi unei depuneri dobândă înaintea datei ei. Pune depunerea pe cronologie și include-o numai în bazele perioadelor următoare.
- Tratezi rata nașterilor drept rată netă fără alte date. Verifică dacă modelul include și ieșirile din populație; cele două rate nu au automat același sens.
- Citești factorul dintre observații îndepărtate ca factor al unei perioade. Identifică întâi câte actualizări separă observațiile.
- Prezinți rezultatul estimării ca numărătoare efectivă. Spune că este valoarea modelului și marchează aproximarea când treci la un număr întreg.
Aplică acasă
- Desenează o cronologie cu două capitalizări și o singură depunere. Mută cartonașul depunerii înainte sau după prima capitalizare. Explică, înainte de calcule, care operații folosesc baza modificată.
- Construiește un registru fictiv cu trei solduri anuale și ascunde soldul din mijloc. Oferă unui coleg rata și cere-i să refacă înregistrarea din ambele direcții. Rezultatele trebuie să coincidă.
- Scrie două descrieri pentru același tabel de efective: una spune „simulare pe trei etape”, cealaltă pretinde că prezice orice moment viitor. Identifică informația suplimentară pe care ar trebui să o justifice a doua descriere.
Pentru părinți și profesori
Punctul central este legătura dintre eveniment, bază și perioadă. Cereți elevului să povestească întâi cronologia și abia apoi să calculeze. Exemplul cu depunere suplimentară verifică această legătură fără a introduce seriile de depuneri sau formule pentru anuități. Modelele de populație cer interpretarea datelor și a aproximărilor, nu cunoștințe biologice suplimentare.
Programa și examenul. Lecția urmează programa nouă pentru științe ale naturii (OMEC 6930/2025, anexa 28), aplicată la clasa a IX-a din 2026–2027. Pentru elevii care încep liceul în 2026, la proba MAT_P2 din 2030 (programa din Anexa 4.2 la OMEC 5077/2026) progresiile aparțin domeniului „Algebră”. Din 2030, la științe ale naturii, matematica este una dintre probele la alegere ale bacalaureatului (OME 4138/2026), nu o probă obligatorie. Elevii aflați acum în clasele X–XII sunt pe programa veche și dau Bacalaureatul M2 (M_șt-nat) 2027–2029, a cărui programă de examen (OMEN 4430/2014) cuprinde progresiile și, la clasa a X-a, elemente de calcul financiar. Modelul oficial 2026 nu conține o problemă de dobândă; exercițiile scurte de aici sunt antrenamente proprii.
Versiunea pentru mate-info (M1) a acestei lecții: dobânda compusă și dinamica populației arată diferența de organizare: aici capitalizarea introduce înmulțirea repetată, înaintea studiului general al progresiei geometrice. Nu sunt necesare metode pentru timpi de dublare aproximativi sau comparații financiare extinse. Elevul poate parcurge integral lecția în traseul M2.
Întrebări frecvente
Ce pot rezolva din această lecție M2 fără să parcurg lecția M1?
Poți construi soldurile, reconstitui capitalul și interpreta modelele finite de populație folosind numai procente, puteri cu exponent natural și cronologia operațiilor. Lecția M2 pornește înaintea formulelor generale ale progresiei geometrice. Varianta M1 folosește acele formule în aplicații mai extinse; nu este o etapă obligatorie pentru înțelegerea materialului de aici.
Cum justific o cerință scurtă de la Subiectul I, Bacalaureatul M2?
Numește factorul unei perioade, precizează numărul perioadelor și scrie operația care produce mărimea cerută. Calculul financiar și progresiile sunt în programa M_șt-nat 2027–2029, iar progresiile sunt în „Algebră” pentru MAT_P2 din 2030. Exemplele noastre exersează redactarea scurtă, fără să prezică o anumită întrebare sau poziție la examen.
Câte capitalizări sunt între soldul inițial și patru solduri anuale ulterioare?
Sunt patru capitalizări dacă fiecare sold ulterior corespunde sfârșitului unui an consecutiv. Cele cinci observații includ și începutul, când nu s-a acordat dobândă. Poți desena câte o săgeată între momente și asocia fiecărei săgeți o înmulțire cu factorul anual; astfel separi observațiile de operațiile efectuate.
Ce fac dacă depunerea suplimentară are loc la o dată neprecizată?
Nu poți stabili în mod unic soldul final numai din valoarea depunerii. Contează la câte capitalizări participă suma adăugată. Poți descrie separat scenariile permise de enunț și poți arăta cum diferă bazele lor, dar pentru un singur rezultat trebuie precizat momentul operației și, dacă este necesar, regula pentru fracțiuni de perioadă.
Cum verific o observație lipsă între două solduri cunoscute?
Dacă știi factorul și momentele observațiilor, poți înainta de la soldul mai vechi și poți reveni prin împărțire de la cel mai nou. Cele două calcule trebuie să dea aceeași valoare la momentul lipsă. O neconcordanță arată că datele, factorul sau ipoteza absenței altor operații necesită o verificare.
De ce o estimare fracționară nu înseamnă că există o fracțiune de individ?
Formula descrie o valoare estimată pornind de la o rată și de la anumite ipoteze. Ea nu este o numărătoare directă a populației. Păstrezi rezultatul calculat pentru a arăta ce spune modelul, apoi îl aproximezi la un întreg dacă se cere un efectiv. Menționezi această aproximare în propoziția finală.