Enunciado

Suponha que uma pessoa tem uma quantidade A de dinheiro depositada todo mês em sua poupança, que rende juros a uma taxa mensal R . Assuma que ela gaste o dinheiro todo ao longo do mês a uma taxa constante. Quando ela retira dinheiro da poupança, ela tem um custo de transação T (uma combinação de taxas bancárias e custo de seu tempo). Ela nunca economiza dinheiro fazendo poucas retiradas, mas, quanto mais dinheiro ela deixa na conta mais juros ela ganha. Suponha que ela faça n retiradas de uma mesma quantia durante o mês. Então seu saldo médio é A / ( 2 n ) . (Por quê?) Ache o valor de n que minimiza o custo total (custo da transação bancária e juros perdidos), e então mostre que o saldo médio ótimo será de A T / ( 2 R ) .

Passo 1

Fala, galera! Enunciado grande, né 😬? Mas vamos analisar ele com calma.

Vamo começar separando algumas informações importantes:

  • Uma pessoa tem uma quantia A de dinheiro depositada todo mês em sua conta.
  • Sobre esse valor, há a incidência de juros a uma taxa mensal R .
  • Essa pessoa faz n saques de dinheiro dessa conta ao longo do mês.
  • Cada saque tem um custo C t o t a l que depende tanto dos custos de transação C t a x a s quanto dos juros C j u r o s que ela deixa de ganhar.

Temos um problema de otimização, onde queremos achar o ponto de mínimo da função custo total. Assumindo as condições dadas, a questão quer que a gente faça o seguinte:

  1. Explique o motivo do saldo médio da pessoa ser A 2 n .
  2. Encontre o número n de saques que minimiza os custos totais.
  3. Mostre que o saldo médio ótimo dessa pessoa é de A T 2 R . No enunciado está faltando a raiz.

Para resolver isso, precisamos seguir alguns passos:

  • Encontrar a função que representa o custo total em função dos custos C t a x a s e C j u r o s .
  • Encontrar o ponto crítico da função C t o t a l derivando a função em relação ao número de saques n , e encontrando o ponto onde essa derivada é zero.
  • Analisar a segunda derivada da função C t o t a l para identificar se o ponto crítico é um ponto de mínimo.
  • Sabendo a quantidade ótima de saque, verificar que o saldo médio ótimo será de A T 2 R .

Se liga aqui, para a derivada da função custo total, vamos usar a Regra da Potência para derivadas:

d d t x n = n x n - 1 .

Agora que já entendemos melhor a questão, vamos resolvê-la 😎?

Passo 2

Começamos explicando o motivo do saldo médio da pessoa ser A 2 n !

Pensa assim: a pessoa faz n saques iguais ao longo do mês. Isso quer dizer que, se temos uma quantia A na poupança, o valor de cada saque é A / n , certo?

Então, a cada vez que a pessoa faz o saque, ela tem uma quantia ( A / n ) imediatamente após o saque, e não tem nada imediatamente antes do próximo saque.

Isso quer dizer que, o saldo médio da pessoa a qualquer instante é:

S m = A / n + 0 2 = A 2 n .

Aqui estamos falando do saldo médio em termos do dinheiro que a pessoa tem em mãos, e não o dinheiro que restou na poupança.

Passo 3

Agora vamos tentar encontrar uma expressão para o custo total:

C t o t a l = C t a x a s + C j u r o s .

O custo C t a x a s das taxas bancárias e tempo é de T para cada transação. Então, se a pessoa faz n transações por mês, esse custo será:

C t a x a s = n T .

O custo C j u r o s é o dinheiro que a pessoa deixa de ganhar por estar com o dinheiro em mãos, ao invés de deixá-lo na poupança.

Como ela passa o mês com uma quantia média de A / 2 n em mãos, esse custo é:

C j u r o s = A R 2 n ,

onde R é a o rendimento mensal da poupança. Então temos a seguinte expressão para o custo total:

C t o t a l ( n ) = n T + A R 2 n .

Passo 4

Agora, vamos achar o ponto crítico da função custo total.

Usando a Regra da Potência, temos que

d d n n T + A R 2 n = T - A R 2 n 2 .

Então, igualando a zero para obter o seu ponto crítico:

T - A R 2 n 2 = 0 ,

ou seja,

n 2 = A R 2 T .

Tomando a raiz quadrada, temos que

n = A R 2 T

é o ponto crítico da função C t o t a l .

Passo 5

Beleza, agora precisamos verificar se n =   A R 2 T é um ponto de mínimo. Para isso, obtemos a segunda derivada de C t o t a l .

Como

d d n C t o t a l = T - A R 2 n 2 ,

então

d 2 d n 2 C t o t a l = d d t T - A R 2 n 2 ,

ou seja,

d 2 d n 2 C t o t a l = A R n 3 > 0 .

Como a segunda derivada é sempre positiva, então o gráfico de C t o t a l é côncavo para cima e temos que n =   A R 2 T é um ponto de mínimo.

Passo 6

Beleza, o custo é minimo quando fazemos n = A R 2 T . Agora vamos mostrar que o saldo médio ótimo dessa pessoa é de A T 2 R .

Vimos no Passo 2 que o saldo médio da pessoa a qualquer instante é:

S m = A 2 n .

Substituindo o ponto de mínimo nessa igualdade, temos:

S m = A 2 A R 2 T = 2 T A 2 A R .

Simplificando essa expressão, usando que

A =   A ⋅ A e 2 =   2 ⋅ 2 ,

então:

S m = A T 2 R .

Resposta

O custo será mínimo para n = A R 2 T .

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