university of · pdf fileba – economics iii semester quantitative methods for economic...

145
Q F QUA FOR E UN Calic ANTI ECON BA NIVER SCHOOL ut Universi ITAT ONOM III Se CORE A ECO (2011 A RSITY L OF DIST ity P.O. Mal 2 TIVE MIC A emester E COURS ONOM Admissio Y OF TANCE E lappuram, K 263 MET ANA r SE MICS on) CALI EDUCATIO Kerala, Indi THOD ALYSI ICUT ON ia 673 635 DS SIS I T

Upload: dinhthu

Post on 08-Mar-2018

237 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

QFQUA

FOR E

UN

Calic

ANTIECON

BA

NIVERSCHOOL

ut Universi

ITATONOM

III Se

  CORE

A ECO

(2011 A

RSITYL OF DIST

ity P.O. Mal

2

TIVE MIC A

emester

E COURS

ONOM

Admissio

Y OF TANCE E

lappuram, K

263

METANA

SE 

MICS 

on) 

 

CALIEDUCATIO

Kerala, Indi

THODALYSI

 

ICUTON 

ia 673 635

DS SIS I

T

Page 2: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         2  

  

 

UNIVERSITY OF CALICUT 

SCHOOL OF DISTANCE EDUCATION  

STUDY MATERIAL 

Core Course for 

BA – ECONOMICS 

III Semester  

QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I

Prepared by:­  Module I  Smt. Jameela. K,Assistant Professor, Department of Economics, Govt.  College, Kodanchery. 

  Module II  Sri. Shabeer. K.P, Assistant Professor, Department of Economics, Govt.  College, Kodanchery. 

  Module III & V  Dr. Chacko Jose P, Associate Professor, Department of Economics, Sacred Heart College,  Chalakkudy, Thrissur. 

  Module IV  Sri. Y.C. Ibrahim, Associate Professor, Department of Economics, Govt.  College, Kodanchery. 

Scrutinised by:  Dr. C. Krishnan, Associate Professor , Department of Economics, Govt. College, Kodanchery .   

 

Layout:   Computer Section, SDE 

© Reserved

Page 3: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         3  

CONTENTS Pages

MODULE – I    ALGEBRA                        5 

MODULE II     BASIC MATRIX ALGEBRA                 33 

MODULE III     FUNCTIONS AND GRAPHS                            52 

MODULE  IV    LIMITS AND CONTINUTY OF A FUNCTION       90 

MODULE V     FINANCIAL MATHEMATICS                        114    

 

Page 4: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         4  

   

                                   

Page 5: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         5  

MODULE – I 

ALGEBRA   THEORY OF EXPONENTS  Exponent  

  If we add the letter a, six times, we get a+ a+ a+ a+ a = 5a.  i.e., 5 x a.  If we multiply this, we get a  a   a   a  a = a , i.e. a is raised to the power 5.  Here a is the factor.  a is called the base.  5 is called the exponent (Power or Index) 

1. Meaning of positive Integral power. 

   is defined only positive integral values.  If a is a positive integer,   is defined as the product of n factors.  Each of which is a  

    a  = a  a   a ……….. n times 

  Eg:      2  = 2  2   2 = 8 

2. Meaning of zero exponent ( zero power) 

  If a≠0, a  = 1, i.e., any number (other than zero) raised to zero = 1  

  Eg:      7  = 1,         2 3  = 1 

3. Meaning of negative integral power (negative exponent)    If n is a positive integer and a≠0, a  is the reciprocal of a  .  

i.e., a  = 1  

Eg:      3  = 1 3   = 1 9 

4. Root of a number  

(a)   Meaning of square root 

 If   = b, then a is the square root of b and we write, a = √  or a = b½ 

  Eg:      3  = 9,   3 = √9       or 3 = 9½ 

(b) Meaning  of cube root 

If   = b, then a is the cube root of b and we write, a =√   , or a = b  

Eg:      2  = 8,   2 =  √8       or 2 =   8  

Page 6: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         6  

(c)  Meaning of nth root 

If    = b then a is the nth root of b and we write a=√  or a =  b  

Eg:      3  = 81,   i.e 3 = √81,     or   3 =   81  

(d)   Meaning of positive fractional power. 

If m and n are positive integers, then  ⁄  is defined as nth root of mth power of a. 

    i.e.,    ⁄  =  n √     

Eg:          16  =    4√16   =   2   = 4 

(e)   Meaning of negative fractional powers. 

If m and n are positive integers,  ⁄   is defined as 1 ⁄  or 1 √ 

Eg.      16     = 116

 =  √

 

        = 1 4        =      1 64  Laws of Indices 

 1. Product rule:‐     When two powers of the same base are multiplied, indices or exponents are added.      i.e.,            Eg.     2    2     2     = 25 = 32            31      34  =   3      = 35 = 243       3  35   =   3    = 33 = 27 

2. Quotient rule:‐ When some power of a is divided by some other power of a, index of the denominator 

is subtracted from that of the numerator.    i.e,       =         5 5     =  5    = 5  

3. Power rule:‐ When some power of a is raised by some other power, the indices are multiplied.    i.e.,       =     

Page 7: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         7  

Eg.    3      =  3    =  36   =  729     4   =       4   =  4    = 41   = 4 

 4.   =   

     2 3   =  2 3   =  4   9  = 36      3 4  =  27   64  =  1728   

5.         

     43 =     4 3   = 16 9 

 

Extension 

1.  

2.   =    

3.   =   

4.   =   

 Examples 

1.   . . .     

     .   .   

  =  .  .    

2.   6 8    6 8               =  48    

3.   6 4 24          

4.   63 9   

=  · ·     =    7  .     =  7  

 5.   15  5 3  

Page 8: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         8  

 =     .   .  

=  15 35  

=  45 5    =  9  

6.     =     

=        =         

=                  =         

=  1   1             =  1  

7.  Multiply    (        

 )  by        

      =       

      =      

      =   ,   a =  ,  b =   

      =                      

      =               

8.  Multiply   by   

      =           

      =             

      =    

      =        =   a + b 

 

Page 9: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         9  

9.  Prove that                     1 

                          

By multiplying each term by  ,  ,    respectively we get, 

    =                 

            

  

 

                  

                     

            1 

 

10.   If     bc, b ca and c   ab, prove hat abc   1                                 b   ca                       c   ab  

       

    1   Since the bases are same   

11.   If     y,   z  and   x, prove that abc   1                                  x   zc                          z   yb  

       

Page 10: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         10  

     1   Since the bases are same  

12.   Simplify   ·

 

          

    

                                   2 

 

13.  Solve  2   4      

      2   2      

      2   2      

      x 7     2x 4 

      2x‐x   7‐4  

       x  3 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 11: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         11  

LOGARITHMS   Logarithm of a positive number to a given base is the power to which the base must be raised to get the number.   For  eg:‐    42    16    logarithm  of  16  to  be  the  base  4  is  2.    It  can  be  written  as  log 16   2   Eg:‐   log 49   2 

  Eg:  10    10,000,       log 10,000   4  

LAWS OF LOGARITHMS  

1. Product rule 

The logarithm of a product is equal to the sum of the logarithms of its factors. i.e.,            Eg:      log 2 3   log 2   log 3 

2. Quotient rule 

The logarithm of a Quotient is the logarithm of the numerator minus the logarithm of the denominator 

    ⁄           

   Eg:   log 52   log 5    log 2 

3. Power rule The logarithm of a number raised to a power is equal to the product of the power and 

the logarithm of the number. 

        

Eg:  log 2     3 log 2 

4. The logarithm of unity to any base is zero 

     

  Eg:  log 1   0 

5. The logarithm of any number to the same base is unity     

  i.e.,     1   Eg:  log 2   1 

  

Page 12: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         12  

6. Base changing rule  

  The logarithm of a number to a given base is equal to the logarithm of the number to a new base multiplied by the logarithm of the new base to the given base.           .   

         7. The  logarithm obtained by  interchanging  the number and  the base of  a  logarithm  is 

the reciprocal of the original logarithm.                           Eg:‐  Find logarithm of 10,000 to the base 10        10    10,000       

      log 10,000   4    Eg:‐  Find logarithm of 125 to the base 5        5    125       

      log 125   3 

  Eg:‐  7     343,   log 343   3 

  Eg:‐  Find logarithm of 

1 log 12    log 3   4    log 3   2  

          log 3   2 log 2  

 

LOGARITHM TABLES    The  logarithm  of  a  number  consists  of  two  parts,  the  integral  parts  called  the characteristics and the decimal part called the mantissa   Characteristic  

  The characteristic of the logarithm of any number greater than 1 is positive and is one less  than  the  number  of  digits  to  the  left  of  the  decimal  point  in  the  given  number.    The characteristic of the logarithm of any number less then 1 is negative and it is numerically one more than the number of zeros to the right to the decimal point.       

Page 13: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         13  

Number  Character 

75.3  1 

One less than the number of digits

2400.0  3 144.0  2 3.2  0 

.5  ‐1 One more than the number of zero immediately after the decimal point

.0902  ‐2 

.0032  ‐3 

.0007  ‐4 

 Antilogarithm 

   If the logarithm of a number ‘a’ is b, then the antilogarithm of ‘b’ is a   For example if log 61720   4.7904, then antilog  4.7904   61720                             

Page 14: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         14  

EQUATIONS    An equation is a statement of equality between two expressions.   Eg:‐  1  2x   3  2  3x   5y   9 are equations.  An equation contains one or more unknowns.  In the first equation, the unknown is x and the second equation the unknowns are x and y.  The value  or values  of unknown for which the equation is true are called solution of equations.    Eg:‐  In the equation  4x   2, the x is x   2/4   ½  Difference between an equation and an Identity    An equation is true for only certain values of the unknown.  But an identity is true for all real values of the unknown.    Eg:‐  2 3   0  is  true  for x    ‐3 or x   1.   So  it  is an equation.   But  x 1 2   

2 1 is true for all real values of x.  So it is an identity.  Types of equations  

1. Simple linear equations in one unknown  

1.     4x   2,   x   2/4   ½ 

2. x‐3   2,   x   2 3  5 

3. Find two numbers of which sum is 25 and the difference is 5  Let one number be x so, that the other is 25‐x. Since the difference is 5,  25‐x ‐x   5         25‐2x   5         ‐2 x      ‐20             x       ‐20/‐2  10 So, one number is 10, and other is 25‐10   15.  

2. Simultaneous equations of first degree in two unknown  1. Solve   4x   3y   6       1  

  8x   4y   18     2   

  For  eliminating  y,  make  the  co‐efficient  of  y  in  both  the  equations,  same.    For  this multiply first equation by 4, and second equation by 3.          16x   12y   24     3        24x   12y   54     4  

Page 15: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         15  

      ‐8x               ‐30 

        x   30/8      15/4   Substituting x   15/4 in equation  1        4x   3y   6 

      4       3y   6 

      3y   ‐9       Y   ‐9/3   ‐3 

  The solution is   and ‐3 

2. 5x ‐ 2y   4 

x   ‐ 3y   6 by multiplying first equation by 1 and second equation by 5 

    5x ‐ 2y        4    1      5x – 15y   30    2              13y    ‐26 

      y     ‐26/13   ‐2 by substituting it in equation  2  

    x – 3  ‐2   6     x   6   6,  x   0 So , the solution is ‐2, 0  

3. Find the equilibrium price and the quantity exchanged at the equation price, if supply and dd functions are given by s   20   3p and D   160 – 2p, where p is the price charged. 

Ans:    s   20   3p   D   160 – 2p 

For Equation  s   D   20   3p   160 – 2p    3p   2p   160‐20   5p   140,  P   140/5   28 Equation price   Rs. 28    Quantity exchanged     20   3p   20    3  28              20  84   104 

Page 16: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         16  

 3. Simultaneous equations containing three unknowns. 

 

From one pair of equations, eliminate one unknown.  From another pair eliminate the same unknown.  The two equations thus obtained contain only two unknowns.   So they can be solved. The values of the two unknowns obtained may be substituted in one of the given equations.  So as to get the value of the remaining unknown. 

 1.   9x   3y – 4z   35    1  

    x     y –    z    4    2    2x – 5y  – 4z    48   0    3       1  is    9x   3y – 4z   35   2    9  9x   9y – 9z   36              ‐6y   5z   ‐1    4       2    2  2x   2y – 2z      8   3  is    3x  – 5y – 4z   ‐48                 7y   2z   56    5   

      7y   2z   56      5                 ‐6y   5z   ‐1      4     5    5    35y  10z   280   4    2  ‐12y   10z      ‐2 

      47y                 282 

        y   282/47   6 

Substituting 6 in equation  4          ‐6   6   5z   ‐1 

        ‐36   5z   ‐1, 5z   35,  z   35/5   7 

Substituting y   6, z   7 in equ.  2          x  6‐7   4         x – 1   4,  x   4   1   5 

2. Solve     7x –    4y – 20z   0    1    10x – 13y – 14z   0     2      3x     4y –   9z   11    3             7x –    4y – 20z   0      1                             10x – 13y – 14z   0       2  

Page 17: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         17  

  1    13  91x – 52y ‐260z   0   2    4  40x – 52y –  56z   0       51x – 204z          0          4  

      7x – 4y – 20z   0       3x  4y –   9z   11       10x ‐29z   11           5  

      51x – 204z   0       10x –   29z   11   4    10  510x – 2040z   0   5    51  510x – 1479z   561            ‐561z   561           z  ‐ 561/‐561     1 

Substituting z   1 in equ.  5              10x   29   1   11         10x – 29   11         10x   11   29,  10x   40,  x   40/10   4 Substituting x   4, z   1 in equ.  1          7x ‐ 4y – 20z   0         7   4 – 4y ‐20   1   0         28 – 4y – 20   0         8 – 4y   0,  8   4y,  y   8/4   2         the solutions are x  4, y   2, z   1  

QUADRATIC EQUATIONS    The equation of the form  0 in which a, b, c are constants is called a quadratic equation in x (a≠0).  

  Solving  the  quadratic  equation,  we  get  the  two  values  of  x.    These  two  values  are known as the roots of the quadratic equation.  

  It may be pure or general   Pure quadratic equation    If in the equation  0, b is zero, then the equation becomes  0, this is called pure quadratic equation.  General Quadratic Equation 

  0  is the general form of the quadratic equation.    The general quadratic equation may be solved by one of the following methods. 

Page 18: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         18  

1. By factorization 2. By completing the square 3. By quadratic formula 

 Eg:‐ Solve    7 12 0       7 12 0   (x – 4) (x – 2)  Equation becomes   (x – 4) (x – 2) = 0       x – 4 = 0 or x – 2 = 0       x = 4 or x = 2         the roots are 2 and 4. 

 2 Method of Completing squares  or Shridhar’s method  

Solve  9 24 16 0 

  Ans:    9 24 16 0 

      3 4    0           3x – 4  0,  3x   4, x   4/3 

3 By Quadratic Formula 

    0 

     

a Solve :    2 8 8 0             Here  a   2, b   8, c   8 

   √

 

        √ ,        √  

        ,         ‐8/4   ‐2 

b Solve the equation  4 3    0 

       

        √      

         ,       6/2   3,     2/2   1 

     the solutions are 3,1 

Page 19: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         19  

PROGRESSIONS 

    ARITHMETIC PROGRESSION 

  A series is said to be in Arithmetic Progression, if any term of it is obtained by adding a constant number to its preceding term. 

  This constant number is called the common difference. 

  Eg:   2, 5, 8, 12 ………is in A.P.   Since every term of it is obtained by adding a constant number  i.e.,3 to its preceding term.  When the common difference is positive, the terms are increasing and when the common difference is negative the terms are decreasing. 

  Eg:‐   1   8, 10, 12, …… is an increasing A.P.     2   10, 8, 6, …….. is a decreasing A.P. 

  Common difference for an A.P. denoted by d is any term minus its preceding term. 

The nth term of an A.P  

  nth term (tn)  =  a + (n­1)d   First term  =  a + (1­1)d = a   Second term  =  a + (2­1)d = a + d   Third term  =  a + (3­1)d = a + 2d   Fourth term  =  a + (4­1)d = a + 3d  

  So series is a, a+d, a+2d, a+3d……… the nth term is also called general term of the A.P.  

1. Find (1) 10th term of the series 1, 5, 9, 13…….. (2) 14th term of the series 8, 5, 2 …… (3) nth term of the series 3, 5, 7……. (4) 6th term of the series 8, 7½, 7, 6½ ……. (5) 9th term of the series 4, 2, 0, ‐2, ‐4 ……. 

 (1)      tn   =  a + (n­1)d          a = 1 

    = 1 + (10‐1)4          n = 10     = 1 + 9   4   1  36   37      d   4 

 (2)   tn  = a + (n­1)d   

    = 8 + (14 – 1)‐3        a = 8     = 8 + 13   ‐3          n = 14     = 8 + ‐39 = ‐31        d = ‐3  

Page 20: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         20  

(3)   tn  = a + (n­1)d     = 3 + (n – 1)2          a = 3     = 3 + 2n ‐ 2          n = n     = 2n + 1          d = 2  

(4)   tn  = a + (n­1)d     = 8 + (6 – 1)  ‐½        a = 8     = 8 + 5   ‐½          n = 6 

    = 8 – 5/2  =     = 11/2    d = ‐.5 (‐½)  

(5)   tn  = a + (n­1)d     = 4 + (9 – 1)‐2        a = 4     = 4+ 8   ‐ 2          n = 9     = 4 – 16 = ‐12       d = ‐2  

(6) Which term of the series 87, 84, 81 ….. is ‐3.     tn  = a + (n­1)d     ‐3  = 87 + (n‐1)  ‐3          tn = ‐3     ‐3  = 87 + (‐3n + 3)          a = 87     ‐3  =90 – 3n            n = ? 

    3n   = 90 + 3 = 93, n =    = 31        d = ‐3 

(7) Which term of the series 27 + 24 + 21 …… Is equal to (1) – 27  (2) – 80 ?      tn  = a + (n­1)d     ‐27  = 27 + (n – 1)   ‐3          a = 27      ‐27  = 27 + (‐3n + 3)            d   ‐3     ‐27  = 30 – 3n             n = ? 

    3n  = 30 + 27,    3n = 57,   n =    = 19    tn = ‐27     ‐27 is the 19th term   

    tn  = a + (n­1)d     ‐80  = 27 + (n – 1)   ‐3          a = 27      ‐80  = 27 + (‐3n + 3)            d   ‐3     ‐80  = 30 – 3n             n = ? 

    3n  = 30 + 80,                tn = ‐80 

Page 21: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         21  

    3n = 110,   n =    = 36.67 

  Which is impossible because n must be whole number.   Hence there exists no tem in the series which is equal to ‐80.  

(8) If the 9th term of an A.P. is 99 and 99th term is 9 find 108th term. Let a be the first term and ‘d’ be the common  difference.  So 9th term = t9   =  a + (9‐1)d = 99          =  a + 8d = 99   (1) 

  99th term     t99 =  a + (99‐1)d = 9          =  a + 98d = 9   (2)        a + 8d = 99   (1)       a + 98d = 9   (2)              ‐90d = 90                                    d = 90/‐90 = ‐1 

Substituting d = ‐1 in equ. (1)          

      a + 8   ‐1 = 99 

      = a ‐8  = 99,  a = 99 + 8,  a = 107  

    t108  =  a + (n­1)d       =  107 + (108 – 1)   ‐1       =  107 + 107   ‐1       =  107 – 107 = 0     

 

9 If the third term of an A.P is 7 and the 9th term is 19, find the 27th term.      t3        =  a + (3‐1)d = 7       =  a + 2d = 7     (1) 

    t9     =  a + (9‐1)d = 19       =  a + 8d = 19     (2)    

         a + 2d = 7       (1)          a + 8d = 19      (2)             ‐6d = ‐12                d = ‐12/‐6 = 2 

Substituting d = 2 in equ. (1) 

Page 22: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         22  

        a + 2d = 7           a + 2   2 = 7          a + 4 = 7,   a = 7 – 4 = 3 

       t27  =  a + (n­1)d 

      =  3 + (27 – 1)   2       =  3 + 26   2       =  3 + 52 = 55  

Sum of n terms of an A.P  Let a be the first term and d be the common difference. Let Sn be the sum of n terms.     Sn           

        Or     Sn       Ist term   last term  

 1. Find the sum of 10 terms of the series 15, 13, 11 ……..     

    a    15,  d   ‐2, n   10 

    Sn =        

          =  10 2 2 15 10 1 2                           

                                    =  5[30 + ‐18] 

         =  5[12] = 5   12 = 60 

2. Find the sum of the following series.  1 +4+7+10……. to 20 terms. 

  S20  =  20 2 2 1 20 1 3       

    =    10[2 + 19   3         d   3 

       10  2   57           a   1 

       10   59   590        n = 20  

 1 Find the sum of first n natural numbers. 

First ‘n’ natural numbers are 1,2,3,4 …… n This is an A.P with a = 1, d = 1, n =n       Sum =   2 2     1   

                      2 2   1   1  1  

      2 2    1                               

Page 23: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         23  

      2 1         

2 Find the sum of series 40  36 32 ……. 4  

    tn  =    a + (n­1)d     4  =   40 + (n‐1)‐4     4    40 – 4n  4 

    4    44 – 4n       4n    44 –  4   40,  n   40/4   10      Sum      2  I

st term   last term  

         10 2 40 4     

         5   44   220                                                                      

3. Find the sum of all natural numbers between 100 and 300 which are divisible by 8.    The natural numbers between 100 and 300 which are divisible by 8 are 104, 112, …… 296.  

    tn  =    a + (n­1)d     296  =   104 + (n‐1)8          a = 104 

    296    104   8n – 8           d    8     296    104  ‐ 8   8n          n   ?       296‐96     8n             tn = 296     200         8n,   n   200/8   25      Sum      2  I

st term   last term  

         25 2 104 296     

         25 2 400      25   200   5000   

    Sum    5000 Arithmetic Mean  AM   

1. If a, b, c are A.P, then b is said to be the AM between a and c. 2. If a, a1, a2 ……. an, b are in A.P.  Then a1, a2 ……. an are said to be arithmetic means 

between a and b. 

    A.M. between a and c =   

Insert 5 Arithmetic Means between 10 and 40 

Page 24: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         24  

  When 5 Arithmetic Means are  inserted between 10 and 40,  there are 7  terms.   They form an A.P, First term of it is 10 and last term is 40.      a   10, n   7,    tn   40,  d   ?  

    tn  =    a + (n­1)d 

    40  =   10 + (7‐1)d 

    40    10  7d‐d 

    40    10 – 6d   

    40‐10    6d,    

    30     6d,     d   30/6   5    the terms are 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40    the arithmetic means are 15, 20, 25, 30, 35  

GEOMETRIC PROGRESSION    A series is said to be in G.P, if every term  of it is obtained by multiplying the previous term by a constant number.  This constant number is called common ratio, denoted by r.    Eg:‐   4, 8, 16 …….. is in G.P.   Here, common ratio   8/4   2    When  the  common ratio  is positive and  less  than one  the  series  is  a decreasing G.P. When the common ratio is positive and greater than 1, the series is an increasing G.P.    Eg:‐ 1  3, 6, 12, 24 …… is an increasing G.P.  Since ‘r’ is greater than 1   r   2            2  4, 2, 1, ½ …….. is decreasing G.P.  Since ‘r’ is less than 1  r   ½   nth term of a G.P.    Let ‘a’ be the first term and ‘r’ be the common ratio,     The nth term is        tn      

1. Given the series 2, 6, 18, 54 ……….. find  1  12th term   2  nth term          a  2,    r   3          tn     

        t12   2   3      2   3                2   177147   554294  

Page 25: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         25  

  2       a   2,    r   3         tn               tn     2   3  Sum of n terms of a G.P    Let a be the first term and r be the common ratio  

      Sn       When r   1  numerically  

        or  

      Sn     

  When r   1  numerically  

 1 Find the sum of the following series. 

1 1  3   9   27 ……… to 10 terms 

2 1   1 2   1 4  1 8   ……… to 12 terms  

1 Here a   1,  r   3 and n   10  

 Sn    

  as r   1  

         

          29524 

2 a   1,   r   1 2   and n   12 

Sn      as r   1  

             

                         

Infinite G.P 

  Sum of the infinite G.P.        

1 Find the sum of the infinite G.P, 4, 2, 1…… 

Page 26: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         26  

              a   4,      r   2 4     1 2 

               

  

   

               

  

    4   2   8 

Note: ‐ When the product is known, three number in G.P. can be taken as  ⁄ , a, ar. 

1. The sum of three numbers in G.P. is 35 and their produt is 1000.  Find the numbers. 

Let the numbers be  ⁄ , a, a r 

        ⁄    a + a r = 35     (1)    

       ⁄    a   a r = 1000     (2)      

         = 1000 

      a  = √1000  = 10 

                    10    10 + 10 r = 35   (3)    

Multiplying both sides by r 

      10    10r + 10  = 35r 

      10 + 10r + 10   = 35 r 

      10  +10r – 35r + 10 = 0 

      10  – 25r + 10 = 0     (4)    

This is a quadratic equation  

       r =   

                            = √

 

           =   √   =    = 2 

           =        =     =    

When r = 2, the numbers are  ⁄ , a, ar 

        102, 10, 10   2 

Page 27: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         27  

                                                 5, 10, 20 When r =   

  , the numbers are  ⁄ , a, ar 

                          10 ½, 10, 10   ½   20, 10, 5 Since both are same, the required numbers are 5, 10, 20    Geometric Mean  

1. If a, b, c are in G.P, then b is said to be the geometric mean between a and c 2. If a, G1, G2 ……. Gn, b are  in G.P,  then G1, G2 …….. Gn   are said  to be  the geometric means 

between  a and b.    Insert 5 geometric means between 2 and 1458.  Let G1, G2, G3, G4, G5 be the geometric means, then G1, G2, G3, G4, G5, 1458 are in G.P.        n = 7,    a = 2 

      tn     

         1458    2         

    1458    2         

          1458 2    729              

    r   √729     3 and ‐3 

                      The  geometric means are 

   6, 18, 54, 162, 486, 

  ‐6, ‐18, ‐54, ‐162, ‐486 

Economics Applications of Arithmetic and Geometric Progressions 

Growth  rate – Simple & Compound  

     Growth rate – Simple   

The total simple interest at the end of nth year is  100 and the total amount at the end of nth year is P    100  

1. The  salary  of  an  employee  increases  every  year  by  10%  of  his  basic  salary  and  his initial basic salary is Rs. 3,500/‐.  Find his salary at the end of 8th year.  Initial salary   3500, P   3500, n   8, r   10. 

Page 28: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         28  

Salary at the end of 8th year   P    100  

                                      3500     

        3500   2800         6300 

2. A borrowed Rs. 800/‐ at simple  interest  from a bank at 12% per annum for 6 years.  Find the amount paid by the firm to the bank to clear the accounts. 

  Amount borrowed   8000, p   8000, n   6, r   12   Amount at the end of the 6th year 

         P    100  

          8000     

          8000   5760   13760 

     Growth rate – Compound 

      Formula   P       

1. If the population of country rises by 2% every year and it was 30 crore in 1960.  What was the population in 1970?     Initial population   30 

    n   11,  r   2 

Population at the end of 1970    P    1 100      

           30  1 2100  

           30   1.02    37.3 crore. 

2. Find the compound interest on  2000 at 7% for 5 years     P   2000,   n   5,    r   7 

  Amount at the end of 5th year 

         P    1 100      

         2000  1 7100  

         2000   1.07              2000   1.40255   2805    P   2000,  amount   2805   So, compound interest   2805 – 2000   805 

Page 29: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         29  

 

SET THEORY Set:‐   A set is a well defined collection or a class of objects.  i.e., there exists a rule with the help of which we will be able to say whether a particular object be longs to the set or doesn’t belong to the set.   Eg:‐    Vowels  in  English  alphabet,  students  in  a  class,  flowers  in  a  garden  etc,  are examples of sets.   The objects of the set are elements or members of the set. Methods of describing a set. 1. Tabular  or Roster or Enumeration  Method. 2. Rule  Selector or property builder  Method. 

Tabular Method In this method we define a set by actually listing its members. 

  Eg:‐ The set ‘A’ consisting of number 1, 2, 3, 4 is expressed as:   A    1,  2,  3,  4 .    The  elements  are  separated by  a  comma and  are  enclosed with  in bracket.    

  Set builder Method  Rule Method Selector Method    In this method we define a set by stating certain properties which its members must satisfy.  For eg:‐ Consider the set of flower in the garden.  It can be represented as      A    x:x is flower in the garden    Here x is the general element and so it represents all the elements of the set.   Examples of some sets and their representations. 

1. The set of number 1, 3, 5, 7, 9 …… can be represented by a Tabular method:  A     1, 3, 5, 7, 9  ……   b Rule method:        A      x:x is an odd integer  

 

Finite and infinite sets:‐ 

  A  set  is  said  to  be  finite  if  it  consists  of  a  specific  number  of  different  elements.    In other words, it means that if we count the different members of the set, the counting, process may come to an end.   So, in an infinite set, the number of elements are not exhaustively countable.     The set of students in a class, set of positive integers less than 10 etc, are examples of finite sets whereas the set of positive integers is an infinite set.  

Page 30: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         30  

 Equality of sets 

  The two sets a and B are equal i.e.,  A   B as every element which be longs to set A also belongs to set B and vice versa. 

  Eg:‐  A    1, 3, 4, 7  and B    7, 3, 1, 4   

Equivalent sets  

  In equivalent sets, the number of elements in the two sets are equal.   Eg:‐ A    a, b, c, d, e  and B    1, 2, 3, 4, 5  then A & B are equivalent sets.    

Null  Set  Empty Set    A set which contains no element is called the null set or the empty set and is denoted  by   

Singleton   A set which contains only one element is called Singleton or unit set.  Thus  0 ,  3 ,  a  are all Singleton sets.   Set or all positive integers less than 2 is a Singleton 

Subset of a set 

  If every element of a set A is also an element of a set B then A is called subset of B and is written as A  B,  i.e., A is contained in B    Eg:‐ Let A    1, 2, 3  and B    1, 2, 3, 5, 7 .   Then A is a subset of B as each element 1, 2, 3 of set A also belongs to B. 

1 The null set   is a subset of every set. 2 Every set is a subset of itself. 

Superset   If A  B, then B is called superset of A and is written as B   A  i.e., B contains A   

Proper subset 

  A set ‘A’ is said to be a proper subset of B and is denoted as A B if A is a subset of B and A  B.  For proper subset of A to B, all the elements of A shall be long to B and there must exist at least one element of B which doesn’t belong to A. 

  Eg:‐ A  1, 2, 3, 4, 5   B    1, 2, 3, 4, 5, 6  So, a is a proper subset of B. 

     

Page 31: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         31  

SET OPERATIONS 

  Basic set operations are 

1. Union of two sets 2. Intersection of two sets 3. Difference of two sets. 

 1. Union of two sets. 

   It is a set of all those elements which belong to A or B or to both.  Union of a and B is written as A B and is read as ‘A Union B’ 

   If A    2, 3, 4, 5  and B    3,5,7,8 , then      A B    2, 3, 4, 5, 7, 8   

2. Intersection of two sets.   It is a set of all those elements which belong to both A & B.  It is written as A B.      A B contains elements common to A & B   Eg:‐ A    1, 2, 3  and B    1, 3, 5  then A B    1, 3   

3. Difference of Two sets. It is a set of all those elements which belong to A, but do not belong to B.   It is written as A – B and is read as A minus B.  

Power Set   If a be a given set,  then the  family of sets each of whose members  is a subset of  the given set A is called the power set of the set A and is denoted as P S    If A    a, b , then its subsets are  ,  a ,  b ,  a, b                       P  s     ,  a ,  b ,  a, b  and it has 22   4 elements 

Universal set 

  If  all  the sets under consideration are subsets of a  fixed set  say  ,  then  this  set    is called Universal set. 

  Eg:‐    If  A  is  the  set  of  vowels  in  English  alphabet,  then  its  universe  is  the  set  of  all letters of the alphabet  

Disjoint sets 

  Two sets A and B are said to be disjoint sets if no element of A is in B and no element of B is in A. 

Page 32: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         32  

  i.e.,  A    1, 2, 3 ,  B    5, 7, 9  4. Complement of a set   The complement of a set A is the set of all those elements belonging to the Universal set but not belonging to A. 

  Therefore complement of A, denoted by A  or A  is  ‐A  Domain and Range of a set   Let A  and B are any two sets.  A relation from A to B is defined as a subset of A   B and is denoted by R.   Then R A   B.  The domain X of the relation R is defined as the set consisting of all the first elements of the ordered pairs belonging to R.   The range Y of the relation is defined as the set consisting of all the second elements of the ordered pairs belonging to R.   In the language of notation   Domain of R   X    a   A:  a, y    R    Range of R   Y    b   B:  x, b   R    Evidently  X   A, Y   B 

  Let R  be the inverse of the relation of R, i.e.,  R  is a relation of B in to A Then we define 

            Domain of R   range of R  

  Range of R   domain of R   

              

Page 33: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         33  

 MODULE II 

BASIC MATRIX ALGEBRA   MATRICES : DEFINITION AND TERMS 

  A matrix is defined as a rectangular array of numbers, parameters or variables.  Each of which has a carefully ordered place within the matix.  The members of the array are referred to as “elements” of the matrix and are usually enclosed in brackets, as shown below. 

A=  

  The members in the horizondal  line are called rows and members  in the vertical  line are  called  colums.    The  number  of  rows  and  the  number  of  columns  together  define  the dimension or order of the matrix.  If a matrix contains ‘m’ rows and ‘n’ columns, it is said to be of dimension mxn (read as  ‘).   The row number precedes the column number.   In that sence the above matrix is of dimension 3 x 3.  Similarly  

B =  3 5 12 7 4  

C =7810

 

D = 10 2  

E =  2 01 4  

TYPES OF MATRICES 

1. Square Matrix 

  A matrix with equal number of rows and colums is called a square matrix.  Thus, it is a special case where m=n.  For example 

                                   2 13 4  is a square matrix of order 2 

2 1 34 0 69 7 5

is a square matrix of order 3 

2. Row matrix or Row Vector 

  A matrix having only one row is called row vector of row matrix.  The row vector will have a dimension of 1×0.  For example 

Page 34: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         34  

                                         2 5 0    1    

      2 1  

      0 2 3  

3. Column matrix or Column Vector 

  A  matrix  having  only  one  column  is  called  column  vector  or  column  matrix.    The column vector will have a dimension of m 1 .  For example 

  58    

89214

 

        025

 

4. Diagonal Matrix 

In  a  matrix  the  elements  lie  on  the  diagonal  from  left  top  to  the  right  bottom  are  called diagonal  elements.    For  instance,  in  the  matrix  2 5

4 6 the  element  2  and  6  are  diagonal elements.  A square matrix in which all elements except those in diagonal are zero are called diagonal matrix.   For example 

                                       2 00 6  

 2   2                    

4 0 00 9 00 0 2

 

5. Identity matrix or Unit Matrix 

A diagonal matrix in which each of the diagonal element is unity is said to be unit matrix and denoted by I.  The identity matrix is similar to the number one in algebra since multiplication of a matrix by an identity matrix leaves the original matrix unchanged.  Than is, AI = I A =A 

                             1 00 1  2   2                     

  1 0 00 1 00 0 1

 3 3

are examples of identity matrix 

6. Null Matrix or Zero Matrix 

  A matrix in which every element is zero is called null matrix or zero matrix.   It is not necessarily  square.    Addition  or  subtraction  of  the  null  matrix  leaves  the  original  matrix unchanged and multiplication by a  null matrix produces a null matrix. 

  0 0 00 0 0 2 3

           0 00 0  

2   2        

0 00 00 0

   

3 2  are examples of null matrix 

7. Triangular Matrix 

Page 35: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         35  

  If  every  element  above  or  below  the  leading  diagonal  is  zero,  the matrix  is  called  a triangular matrix.    Triangular matrix  may  be  upper  triangular  or  lower  triangular.    In  the upper triangular matrix, all elements below the leading diagonal are zero,  like 

                                     A = 1 9 20 3 70 0 4

 

  In the lower triangular matrix,  all elements above leading diagonal are zero like  

                                     B = 4 0 02 9 05 6 3

 

8.  Idempolent Matrix 

  A square matrix A is said to be idenpoint if A = A2. 

TRANSPOSE OF A MATRIX 

  A matrix obtained from any given matrix A by interchanging its rows and columns is called its transpose and is denoted by or A’.  If A is   matrix A’ will be   dimension.  For example 

                     A = 6 7 92 8 4  

  2 3                   = 

6 27 89 4

 

B =  1 2    2 3   3 4   

3 44 12 5

          =  

1    2    32    3    43    4    24    1    5

 

                       C =121925

              =  12 19 25  

D = 

2    17    83    09    5  

            2 7   1 8   

3 90 5  

 

Symmetric and skew Symmetric Matrix 

  Any square matrix A is said to be symmetric if it is equal to its transpose.  That is, A is symmetric if A =   Consider the following examples 

A =  1 55 3           

1 55 3   A =  , hence A is symmetric 

Page 36: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         36  

B =5 2 62 3 96 9 7

           =5 2 62 3 96 9 7

   B =    B is symmetric 

  At the same time, any square matrix A is said to be skew symmetric if it is equal to its negative transpose.  That is A = ‐At, then A is skew symmetric consider the following examples 

A =  0 44 0                 =  0 4

4 0                    =  0 44 0     

                        A =    A is skew symmetric 

    B = 0 3 53 0 25 2 0

          = 0 3 53 0 25 2 0

       = 0 3 53 0 25 2 0

 

 

OPERATION OF MATRIXES 

1. Addition and subtraction of Matrices 

  Two matrixes can be added or subtracted if and only if they have the same dimension.  That  is,  given  two matrixes A  and B,  their  addition  or  subtraction  that  is,  A  + B  and A  –  B requires that A and B have the same diamension. When this dimensional requirement is met, the matrices are said to be “conformable for addition or subtraction”.  Then, each element of one matrix is added to (or subtracted from) the corresponding element of the other matrix. 

For example, if A =  4 92 1  and B =  6 3

7 0  

                A + B  =   4 92 1   +  

6 37 0   =  

4 6 9 32 7 1 0   =  

10 129 1  

                                                                                               

                A ‐ B  =   4 92 1   ‐  

6 37 0   =  

4 6 9 32 7 1 0   =  

2 65 1  

Example :2 

        If A = 8 9 73 6 24 5 10

   B = 1 3 65 2 47 9 2

     A+B =  9 12 138 8 611 14 12

 

Example : 3 

     A = 3 7 1112 9 2         B =  6 8 1

9 5 8        A – B =  3 1 103 4 6  

 

Example : 4 

Page 37: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         37  

A = 2 2 21 1 31 0 4

      B = 3 3 33 0 56 9 1

      C = 4 4 45 1 02 3 1

 

A + B – C = 1 1 11 2 25 6 2

 

Example 5 

A =  12 16 2      7 8        B =  0 1       9 5 6       A + B =  12 17      11 12 14  

2.  Scalar Multiplication 

  In  the  matrix  algebra,  a  simple  number  such  as  1,2,  ‐1,  ‐2  …….  is  called  a  scalar.  Multiplication of matrix by a scalar or number involves  multiplication of every element of the matrix by the number.  The process is called scalar multiplication. 

  Let ‘A’ be any matrix and ‘k’ any scalar, then the matrix obtained by multiplying every element of A by K is said to be the scalar multiple of A by K, because it scales the matrix up or down according to the size of the scalar. 

Example 1 

If A =  3 10 5 and scalar k = 7 then KA = 7 3 1

0 5   =  21 70 35   

Example 2 

Determine KA if K = 4 and A = 3 29 56 7

  KA = 12 836 2024 28

 

Example 3 

K = ‐2 and A = 7 3 25 6 82 7 9

   KA = 14 6 410 12 164 14 18

 

Example 4 

If A =  2 3 10 1 5 B = 

1 2 10 1 3  Find 2A ‐3B 

2A =  4 6 20 2 10  3B = 

3 6 30 3 9 2A – 3B =   1 0 5

0 1 1  

3. Vector Multiplication 

Multiplication  of  a  row  vector  ‘A’  by  a  column  vector  ‘B’  requires  that  each  vector  has precisely the same number of elements.   The product  is  found by multiplying the  individual 

Page 38: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         38  

elements  of  the  row  vector  by  their  corresponding  elements  in  the  column  vector  and summing the product.  For example 

If A = [a b c]  B = def 

AB = [ ad + be + cf ]  

Thus  the  product  of  row  –  column multiplication will  be  a  single  number  or  scalar.  Row –column vector multiplication is very important because it serves the basis for all matrix multiplication. 

 

Example 1 

A = [ 4  7   2  9 ]  B =       AB = (4 12) + (7 1) + (2 5) + (9×0)  = 119 

Example 2 

C = [ 3  6  8 ] D = 245 CD = 70  

Example 3 

A = [ 12  ‐5  6  11 ] B = AB = 44  

 

Example 4 

A = [ 9  6  2  0  ‐5 ] B AB = 101   

4. Matrix Multiplication 

  The matrices A and B are conformable for multiplication if and only  if the number of columns in the matrix A is equal to the number of rows in the matrix B.   That  is, to find the product AB, conformity condition for multiplication requires that the column dimension of A (the  lead matrix  in  the  expression  AB)  must  be  equal  to  the  row  dimension  of  B  (the  lag matrix) 

In general, if A is of the order m × n then B should be of the order n × p and dimension of AB will be m × p.  That is, if dimension of A is and 1 × 2 and dimension of B is 2 ×3,  then AB will  be  of  1  ×  3  dimension.    For  multiplication,  the  procedure  is  that  take  each  row  and multiply with all column.  For example if  

Page 39: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         39  

A =  and B =   

AB =           

        

Similarly if A =  3 6 712 9 11 B = 

6 125 1013 2

  

Since A  is of 2 × 3 dimension and B  is of 3 × 2 dimension the matrices are conformable  for multiplication and the product AB will be of 2 × 2 dimension.  Then  

AB =  3 6 6 5 7 13 3 12 6 10 7 212 6 9 5 11 13     12 12 9 10 11 2  

AB = 139 110260 256  

Example 1 

A =  3 54 6     B =  1 0

4 7     AB = 17 3520 42  

Example 2  

A = 1 32 84 0

     B =  59      AB = 328220

 

Example 3 

A = 7 112 910 6

    B =  12 4 53 6 1   AB = 

117 94 4651 62 19138 76 56

 

Example 4 

A = B =[ 2  6  5  3 ]  B =  2 6    5 3     AB = 

 6      18     15     92        6      5       3   8      24     20     12  10     30     25     15

 

Matrix Expression of a System of Linear Equations 

  Matrix  algebra  permits  the  concise  expression  of  a  system  of  linear  equations.    For example, the following system of linear equation 

+  =   

                            

Page 40: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         40  

Can be expressed in matrix form as 

     A X   =B where, 

A =    X=    and B =    

  Here, A is the coefficient matrix, x is the solution vector an B is the vector of constant terms.  X and B will always be column vector.  Since A is 2x2 matrix and x is 2x1 vector, they we conformable for multiplication, and the product matrix will be 2 x 1. 

 

Example 1 

    7 + 3 = 45 

    4  + 5  = 29 

   In matrix from AX=B 

                      7 34 5    =  4529  

Example 2 

    7 + 8  = 120 

    6 + 9  = 92 

In matrix form AX=B 

7 86 9   =  12092  

Example 3 

  2x1 + 4x2 + 9x2 = 143   2x1 + 8x2 + 7x3 = 204   5x1 + 6x2 + 3x3 = ‐168 

In matrix form     AX = B 

               2 4 92 8 75 6 3

    = 143204168

 

Example 4 

    8w + 12x ‐ 7y + 22 = 139 

    3w ‐ 13x + 4y + 92 = 242 

Page 41: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         41  

  In matrix from                   AX=B 

  8 123 13

     7 2   4 9        =  139242  

Concept of Determinants 

  The  determinant  is  a  single  number  or  scalar  associated  with  a  square  matrix.  Determinants are defined only for square matrix.  In other words, determinant denoted as | |, is a uniquely defined number or scalar associated with that matrix 

  If A=   is a 1×1 matrix, then the determinant of A, ie | | is the number   itself.  If A is a 2 × 2 matrix then the determinant of such matrix, like 

                                 A =     

called the second order determinant is derived by taking the product of two elements on the principal  diagonal  and  subtracting  from  it  the  product  of  two  elements  off  the  principal diagonal.  That is,  

| | =   

  Thus  | | is  obtained  by  cross  multiplication  of  the  elements.    If  the  determinant  is equal to zero, the determinant is said to vanish and the matrix is termed as singular matrix.  That is, a singular matrix is one in which there exists linear dependence between at least two rows or columns.  If | | ≠ 0, matrix A is non‐singular and all its rows and columns are linearly independent. 

Example 1 

  If A =  10 48 5    

| | = (10 × 5) – (4 × 8) = 18 

Example 2 

            B =  2 13 2    

| | = 7 

Example 3 

  C =  6 47 9   

| |= 26 

Example 4 

  D =  4 66 9   

| |=0 

Page 42: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         42  

RANK OF MATRIX 

  The rank (P) of a matrix  is defined as  the maximum number of  linearly  independent rows and columns in the matrix.  For example, if 

A =  2 33 6   

| |= 3 and the matrix A is non singular and its rows and columns are linearly independent and the rank of the matrix A, ie, P(A) = 2.  If 

B =  4 28 4  

= 0 and matrix B is singular and a Linear dependence exists between its rows and columns.  Hence the rank of the matrix P(B) = 1 

Third order Determinants 

A determinant of order three is associated with a 3 × 3 matrix.  Given. 

A = 11 12 1321 22 2331 32 33

 

 

Then  

| |=   ‐   +     

| |=  ( ) –  ( ‐  ) +  ( ‐  ) 

 | |= a scalar  

| | is called a third order determinant and is the summation of three products to desire three products. 

1. Take the first element of the first row, ie, a11 and mentally delete the row and column in which it appears.  Then multiply a11 by the determinant of the remaining elements.   

2. Take  the  second  element  of  the  first  row,  ie,  a12  and  mentally  delete  the  row  and column  in  which  it  appears.    Then multiply  a12  by  ‐1  times  the  determinant  of  the remaining element.   

3. Take the third element of the first row, ie, a13 and mentally delete the row and column in which it appears.  Then multiply by the determinant of the remaining elements. 

In  the  like manner,  the determinant of  a 4 × 4 matrix  is  the  sum of  four products.   The determinant of a 5 × 5 matrix is the sum of five products and so on. 

Page 43: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         43  

Example 1 

A = 8 3 26 4 75 1 3

   

    | | = 8 4 71 3  – 3 

6 75 3  + 2 

6 45 1  

                        | | = (8 × 5) – (3 ×‐17) + 2(‐4) 

| |= 63 

Example 2 

A = 3 6 22 1 87 9 1

  | | = 3  1 89 1  ‐ 6 

2 87 1 + 5  

2 17 9  

| |= 166 

 

Example 3 

B = 3 6 21 5 44 8 2

  | |= ‐3  5 48 2  – 6 

1 44 2 + 2 

1 54 8  

| |= 98 

Example 4 

C = 5 7 22 3 14 6 2

  | |= 5  3 16 2  – 7 

2 14 2 + 2 

2 34 6  

| |=  0 

PROPERTIES OF A DETERMINANT 

1.    The  value  of  the  determinant  does  not  change  if  the  rows  and  columns  of  it  are interchanged.   That  is,  the determinant of a matrix equals  the  determinant of  its  transpose.  That is  .For Example 

A= 4 35 6  

| |=9  At =  4 53 6  

| | 9 

2.    The  interchange  of  any  two  rows  or  any  two  columns  will  alter  the  sign,    but  not  the numerical value of the determinant.  For example, if 

A = 3 1 07 5 21 0 3

 | | = 3  5 20 3  ‐1 

7 21 3 + 0 

7 51 0  = 26 

Page 44: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         44  

Now if we interchange first and third column, 0 1 32 5 73 0 1

 ⇒0  5 70 1 ‐ 1 

2 73 1  + 3 

2 53 0 = ‐26 = 

‐| | 

3.  If any two rows or columns of a matrix are indentical or proportional, ie linearly dependent, the determinant is zero.  For Example 

A = 2 3 14 1 02 3 1

 | |=2  1 0

3 1 ‐ 3 4 02 1 + 1 

4 12 3  

| |=0, since first and third row are identical 

4.  The multiplication of any one row or one column by a scalar or constant ‘k’ will change the value of the determinant k .  For example 

If A = 3 5 72 1 44 2 3

       | | = 35 

Now forming a new matrix B by multiplying the first row of A by 2, then 

B = 6 10 142 1 44 2 3

 | |=70, ie, 2 × | | 

Thus, multiplying a single row or column of a matrix by a scalar will cause the value of determinant to be multiplied by the scalar. 

5.  The determinant of triangular matrix is equal to the product of elements on the principal diagonal For example, for the following lower triangular matrix 

A = 3 0 02 5 06 1 4

 | |= 60, ie ‐3 × ‐5 × 4 

6.  If all the elements of any row or column are zero the determinant is zero.  For example 

A = 12 16 130 0 015 20 9

 

| |= 0 Since all elements of second row is zero 

7.  If every element in a row or column of a matrix is sum of two numbers,  then the given determinant can be expressed as the sum of two determinant. 

        | |=  2 3 14 1 5 = 20  

Page 45: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         45  

  ie  2 14 5 + 

3 11 5 = 6 + 14 = 20 

8.  Addition or subtraction of a non zero multiple of any one row or column from another row or column does not change the value of determinant.  For example 

  A =  20 310 2  

| |= 10 

Now subtract tow times of second column from first column and for a new matrix. 

B =  14 36 2 ⇒ | |=10 

 

MINORS AND COFACTORS 

  Every element of a square matrix has a minor.  It is the value of the determinant formed with the elements obtained when the row and the column in which the element lies are deleted.  Thus, a minor, denoted as is the determinant of the submatrix formed by deleting the ith row and jth column of the matrix. 

For example, if A =   

Minor of    Minor of    Minor of   =   

Minor of    Minor of    Minor of   =   

Minor of    Minor of    Minor of   =   

A cofactor (cij) is a minor with a prescribed sign.  Cofactor of an element is obtained by multiplying the minor of the element with where i is the number of row and j is the number of column. 

That is | | =  1  

 

In the above matrix A 

Cofactor of  

A cofactor matrix is a matrix in which every element of is replaced with its cofactor cij. 

Example 1 

A =  7 124 3 Matrix of cofactors Cij =  3 4

12 7  

Page 46: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         46  

Example 2 

B =  2 513 6 Matrix of cofactors Cij = 

6 135 2  

Example 3 

C 2 3 14 1 25 3 4

= Matrix of Cofactors Cij = 2 6 79 3 95 0 10

 

Example 4 

D = 6 2 75 4 93 3 1

Matrix of Cofactors Cij = 23 22 319 15 1210 19 14

 

ADJOINT MATRIX 

  An adjoint matrix is transpose of a cofactor matrix that is adjoint of a given square matrix is the transpose of the matrix formed by cofactors of the elements of a given square matrix taken in order. 

Example 1 

  A =  13 1719 15  

Matrix of Cofactors Cij =  15 1917 13  

  Adjoint of A = c  =    15 1719 13  

Example 2 

  A =  6 712 9   Cij= 

9 127 6  

  Adj A =   c  =    9 712 6  

Example 3 

  B = 0 1 21 2 33 1 1

        = 1 8 51 6 31 2 1

 

  Adj A =   c    =  1 1 18 6 21 2 1

 

Example 4 

Page 47: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         47  

A=13 2 89 6 43 2 1

  Cij=2 3 014 11 2040 20 60

 

A Cij A = Cijt = 2 14 403 11 200 20 60

 

 

INVERSE MATRIX 

  For a square matrix A, if there exists a square matrix B such that AB=BA=1, then B is called the inverse matrix of A and is denoted as A‐1 =   

Example 1 

  A= 3 21 0  

  | |= ‐2 

  Adj A= 0 21 3  

  A‐1 =  | |  =  

A‐1 = 0 1

 

Example 2 

A =  7 96 12  

| |= 30 

A‐1 =  | | =   

A‐1 =   

Example 3 

A = 1 2 35 7 42 1 3

 

Page 48: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         48  

| |= ‐24 

Adj A = 17 3 137 3 119 3 3

 

A‐1 =  | |  =   

Example 4 

  A = 4 2 53 1 89 6 7

 

  | |=  ‐17 

  AdjA = 41 16 1151 17 179 6 2

 

  A‐1 =  | |   =  3 1 1  

CRAMERS RULE FOR MATRIX SOLUTIONS 

Cramers  rule  provides  a  simplified  method  of  solving  a  system  of  linear  equations through the use of determinants.  Cramer’s rule states 

= | || | 

where   is the unknown variable, | |is the determinant of the coefficient matrix and | |is the determinant of special matrix formed from the original coefficient matrix by replacing the column of coefficient of   with the column vector of constants 

Example 1  

To solve 

6  +  5  = 49 

3  +  4  = 32 

Page 49: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         49  

In matrix from A×=B 

6 53 4 = 4932  

| |= 9 

  To  solve  for  ,  replace  the  first  column  of  A,  that  is  coefficient  of  with  vector  of constants B, forming a new matrix   , 

 =  49 532 4  

| 1|= 36 

= | || |

 =    = 4 

  Similarly, to solve for  , replace the second column of A, that is coefficient of x2, with vector of constants B, forming a new matrix A2, 

A2 =  6 493 32  

| | = 45 

 = | || |  =   = 5 

 the solution is  = 4 and  = 5 

Example 2 

2  6  = 22 

 5 = 22 

Ax = B 

2 61 5    =  2253  

| | = 16 

A1 =  22 653 5  

| | =‐208 

= | || |

 =   =‐13 

Page 50: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         50  

= 2 221 53  

=128 

= | || |  =   = 8 

 the solution is  = ‐13 and   = 8 

Example 3 

7 ‐   ‐   =0 

10 ‐ 2  +   = 8 

6    3 2 ‐ 2  = 7 

AX = B 7 1 110 2 16 3 2

= 087 

| | = ‐61 

  | |= 0 1 18 2 17 3 2

 

| | = ‐61 

= | || |

 =   = 1 

| |= 7 0 110 8 16 7 2

 

| |= ‐183 

= | || |

 =   = 3 

A3 = 7 1 010 2 86 3 7

  

| |= ‐244 

= | || |

 =   = 4 

Page 51: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         51  

    the solution is   x1 = 1       x2 = 3       x3 = 4  Example 4 

5x1 – 2x2 +3x3 = 16 

2x1 + 3x2 ‐ 5x3 =2 

4x1 – 5x2  + 6x3 = 7 

AX = B ⇒ A = 5 2 32 3 54 5 6

=16217

 

| |= ‐37 

A1 = 16 2 32 3 57 5 6

 

| |= ‐111   = | || |

 =   = 3 

A2 = 5 16 32 2 54 7 6

 

| |= ‐259     = | || |

 =   = 7 

  A3 = 5 2 162 3 24 5 7

 

| |= ‐185     = | || |

 =   = 5 

 solution is  = 3,   = 7 and  = 5  

References  

1.  Edward Dowling  :  Introduction to Mathematical Economics, Shaum series 2.  Manmohan Gupta  :  Mathematics for Business and Economics 3.  Alpha .C. Chiang  :  Fundamental Methods of Mathematical Economics 4.  Barry Bressler  :  A unified Introduction to Mathematical Economics 

Page 52: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         52  

 MODULE III  

FUNCTIONS AND GRAPHS 

Part A 

FUNCTIONS   

  Suppose  you worked  in  a  shop  part  time  in  the  evening.  You  are  paid  on  an  hourly basis  and  you  earn  Rs.  100  for  an  hour.  The more  you work  the more  you  are  paid.  That means if you work for one hour you get Rs. 100,  if you work for two hours, you get Rs. 200 and so on. This implies that the amount of money you earn depends on the time you work. If this sentence is written in mathematical format, we can write the amount of money you earn is a function of the time you work. Here the amount of money you earn is a dependent on the time you work. But the time you work is independent. This is the crux of a functional relation. For  example,  if we  represent  the amount  you  earn by  ‘y’  and  ‘the  time you work by  x’  and write in mathematical form, it can be written as y = f (x).  

  Before seeing the formal definition of a function, let us first see understand the concept of a variable better. 

  Variable: A variable is a value that may change within the scope of a given problem or set of operations. Thus a variable is a symbol for a number we don't know yet. It is usually a letter  like  x  or  y. We  call  these  letters  ‘variables’  because  the  numbers  they  represent  can vary‐ that is, we can substitute one or more numbers for the letters in the expression.  

  In the above example y = f (x), both y and x are variables. But there is one difference. The amount you earn (y) is depend on the time you work (x). But the length of time you work (x) is independent of the amount you earn(y).  Here ‘y’ is called a dependent variable and ‘x’ is called an independent variable. Sometimes the independent variable is called the ‘input’ to the function and the dependent variable the ‘output’ of the function.  

  Thus  dependent  variable  is  a  variable  whose  value  depends  on  those  of  others;  it represents a response, behavior, or outcome that the researcher wishes to predict or explain. Independent variable  is any variable whose value determines  that of others. Sometimes we also see a extraneous variable, which is a factor that is not  itself under study but affects the measurement of the study variables or the examination of their relationships. 

  Constant:    In  contrast  to  a  variable,  a  constant  is  a  value  that  remains  unchanged, though often unknown or undetermined.  In Algebra,  a  constant  is  a  number on  its  own,  or sometimes a letter such as a, b or c to stand for a fixed number.  

  Coefficients : Coefficients are the number part of the terms with variables. In 3x2 + 2y + 7xy + 5, the coefficient of the first term is 3. The coefficient of the second term is 2, and the coefficient of the third term is 7. Note that if a term consists of only variables, its coefficient is 1.  Expressions  consisting  of  a  real  number  or  of  a  coefficient  times  one  or more  variables raised  to  the power of a positive  integer are called monomials. Monomials can be added or subtracted to form polynomials.  

Page 53: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         53  

  Variable  Expression:        A  variable  expression  is  a  combination  of  numbers  (or constants), operations, and variables. For example in a variable expressions 5a + 3b, ‘a’ and ‘b’ are variables, 5 and 3 are constants and + is an operator.  

  Function:  A mathematical  function  relates  one  variable  to  another.  There  are  lots  of other  definitions  for  a  function  and  most  of  them  involve  the  terms  rule,  relation,  or correspondence.   While  these are more  technically accurate  than  the definition  that we are going to use is 

  A  function  is  an equation  for which any x  that  can be plugged  into  the equation will yield exactly one y out of the equation. Let us explore further. 

  When  one  value  is  completely  determined  by  another,  or  several  others,  then  it  is called  a  function  of  the  other  value  or  values.  In  this  case  the  value  of  the  function  is  a dependent variable and the other values are independent variables. The notation f(x) is used for  the  value  of  the  function  f  with  x  representing  the  independent  variable.  Similarly, notation such as f(x, y, z) may be used when there are several independent variables. 

  Here we used  ‘f’  to  represent  a  function. We may also  represent a  function by using symbols  like  ‘g’  or  ‘h’  or  the Greek  letter ϕ phi.  Just  as  your name  signifies  all  of  the many things  that make  ‘you,’  a  symbol  like  ‘f’’  serves  as  a  shorthand  for  what may  be  a  long  or complicated  rule  expressing  a  particular  relationship  between  variable  quantities.  Then  a function y = f (x) shows that f is a rule which assigns a unique value of the variable quantity y to values of the variable quantity x. 

Example : (1) y = 3x – 2              (2) h = 5x + 4y 

  In  other  words,  a  function  can  be  defined  as  a  set  of  mathematical  operations performed  on  one  or more  inputs  (variables)  that  results  in  an  output.  Consider  a  simple function y = x + 1. In this case, x in the input value (independent variable) and y is the output (dependent variable). By putting any number in for x, we calculate a corresponding output y by simply adding one. The set of possible input values is known as the domain, while the set of possible outputs is known as the range. 

x  1  2  3 4 5 6 Domain y  2  3  4 5 6 7 Range 

 

  Note  that  the  above  table  shows  that  as we give different  values  to  the  independent variable x, the function (y) assumes different values. 

  Now consider  the  function y = 3x – 2. Here  the variable y  represents  the  function of whatever inputs appear on the other side of the equation. In other words, y is a function of the variable x in y = 3x – 2.  Because of that, we sometimes see the function written in this form f(x) = 3x – 2. Here f(x) means just the same as “y =” in front of an equation. Since there is really no significance to y, and it is just an arbitrary letter that represents the output of the function, sometimes  it will be written as  f(x)  to  indicate  that  the expression  is a  function of x. As we have discussed above, a function may also be written as g(x), h(x), and so forth, but f(x) is the most common because function starts with the letter f. 

Page 54: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         54  

  Thus  the  key  point  to  remember  is  that  all  of  the  following  are  same,  they  are  just different ways of expressing a function. 

  y = 3x – 2, y = f (3x – 2),  f(x) = 3x – 2,  h(x) = 3x – 2,  g(x) = 3x – 2 

  Evaluate  a  function:  To  evaluate  a  function  means  to  pick  different  values  for  the independent  variable  x  (often  named  the  input)  in  order  to  find  the  dependent  variable  y (often  named  output).  In  terms  of  evaluation,  for  every  choice  of  x  that we  pick,  only  one corresponding value of y will be the end result. For example if you are asked to evaluate the function y = 3x – 2 at x = 5, substitute the value at the place of x. Then you get y = 3(5) – 2 = 13. Note that since a function is a unique mapping from the domain (the inputs) to the range (the outputs), there can only be one output for any input. However, there can, be many inputs which give the same output. 

  Thus, strictly speaking, a function is a rule that produces one and only one value of y for  any  given  value  of  x.  Some  equations,  such  as  y  =√x  ,  are  not  functions  because  they produce more than one value of y for a given value of x.  

  To plot  a graph of  a  function,  as a matter of  convention, we denote  the  independent variable  as  x  and  plot  it  on  the  horizontal  axis  of  a  graph,  and  we  denote  the  dependent variable as y and plot it on the vertical axis. 

Types of functions: (Classification of Functions) 

  Functions take a variety of forms, but to begin with, we will concern ourselves with the three broad categories of functions mentioned earlier: linear, exponential, and power. 

  Linear  functions  take  the  form  y  =  a  +  bx where  a  is  called  the  y‐intercept  and  b  is called the slope. The reasons for these terms will become clear in the course of this exercise.  

  Exponential functions take the form y = a + qx 

  Power functions take the form y = a + kxp 

  Note  the difference between exponential  functions and power  functions. Exponential functions  have  a  constant  base  (q)  raised  to  a  variable  power  (x);  power  functions  have  a variable base (x) raised to a constant power (p). The base is multiplied by a constant (k) after raising it to the power (p). 

  Here are some more functions with examples. 

  Linear  function: Linear  function  is a  first‐degree polynomial  function of one variable. These functions are known as ‘linear’ because they are precisely the functions whose graph is a straight line. Example: When drawn on a common (x, y) graph it is usually expressed as  f (x) = mx + b. This is a very common way to express a linear function is named the 'slope‐intercept form' of a linear function.  

  Equations  whose  graphs  are  not  straight  lines  are  called  nonlinear  functions.  Some nonlinear  functions  have  specific  names.  A  quadratic  function  is  nonlinear  and  has  an equation  in  the  form of y = ax2 + bx + c where a ≠ 0. Another nonlinear  function  is a  cubic function. A cubic function has an equation in the form of y = ax3 + bx2 + cx + d, where a  ≠  0. 

Page 55: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         55  

  Or,  in  a  formal  function  definition  it  can  be written  as  f(x)  = mx  +  b.  Basically,  this function describes a set, or locus, of (x, y) points, and these points all lie along a straight line. The variable m holds the slope of this line. The variable b holds the y‐coordinate for the spot where the line crosses the y‐axis. This point is called the 'y‐intercept'. 

  Quadratic function: A polynomial of the second degree, represented as f(x) = ax2 + bx + c, a ≠ 0. where a, b, c are constant and x is a variable. example, value of f(x) = 2x2 + x ‐ 1 at x = 2. Put x = 2, f(2) = 2.22 + 2 ‐ 1 = 9 

  Single  valued  function:  If  for  every  value of  x,  there  correspond only  one value of  y, then y is called a single valued function. Example: f(x) = 2x + 3, when x=3, f(3) = 2(3)+3 = 6+3 = 9 

  Many valued function: If for each value of x, there corresponds more than one value of y, then y is called many or multi valued function. 

  Explicit  function:  If  the  functional  relation  between  the  two  variables  x  and  y  is expressed in the form y = f(x), y is called an explicit function of x. Example: y = 4x ‐5 

  Implicit function: If the relation between two variables x and y is expressed in the form f(x,y)=0,  where  x  cannot  be  expressed  as  a  function  of  y,  or  y  cannot  be  expressed  as  a function of x, is called an implicit function. Example: y ‐ 4x ‐ 5 = 0 

  Odd and Even Functions: When there is no change in the sign of f(x) when x is changed to  –x,  then  that  function  is  called  an  even  function.  (i.e)  f(‐x)  =  f(x).  The  graph  of  an  even function is such that the two ends of the graph will be directed towards the same side.(Figure 1) 

    Figure 1 

 

  When  the  sign  of  f(x)  is  changed  when  x  is  changed  to  –x,  then  it  is  called  an  odd function. 

  (i.e) f(‐x) = ‐ f(x). The following graph (Figure 2) shows the odd function, f(x)=x3 , and its reflection about the y‐axis, which is f(‐x) = −x3. 

Page 56: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         56  

    Figure 2 

  Inverse functions: From every function y = f(x), we may be able to deduce a function x=g(y). This means that the composition of the function and its inverse is an identity function. In  an  inverse  function we may be  able  to  express  the  independent  variable  in  terms of  the dependent variable. Function g(x) is inverse function of f(x) if, for all x, g(f(x)) = f(g(x)) = x.  A function f(x) has an inverse function if and only if f(x) is one‐to‐one.  For example, the inverse of f(x) = x + 1 is g(x) = x ‐ 1 

  Polynomial  functions  of  degree  n  :  A  polynomial  is  an  expression  of  finite  length constructed  from  variables  (also  called  indeterminates)  and  constants,  using  only  the operations of  addition,  subtraction, multiplication,  and non‐negative  integer  exponents.  For example, x2 − x/4 + 7 is a polynomial, but x2 − 4/x + 7x3/2 is not, because its second term involves division by the variable x (4/x), and also because its third term contains an exponent that is not an integer (3/2). 

Example f(x) = anxn + a n‐1 x n‐1 + … + a0 ( n = nonnegative integer, an ≠ 0) 

  Rational function: The term rational comes from ‘ratio’ 

    

  Where g(x) and h(x) are both polynomials and h(x) ≠ 0  

 

  Algebraic  Functions:  A  function  which  consists  of  finite  number  of  terms  involving powers and roots of independent variable x and the four fundamental operations of addition, subtraction, multiplication and division  is called an algebraic  function. Polynomials, rational functions and irrational functions are all the examples of algebraic functions. 

  Transcendental functions : Functions which are not algebraic are called transcendental functions.  Trigonometric  functions,  Inverse  trigonometric  functions,  exponential  functions, logarithmic functions are all transcendental functions. 

Page 57: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         57  

    Figure 3 

  Example, f(x) = sinx, g(x) = log(x), h(x)= ex , k(x) = tan−1 (x) 

   Modulus functions: Modulus functions are defined as follows. 

    y = |x | = { x, if x ≥ 0 

    ‐ x , if x < 0. 

  For example, | 3 | = 3, and | ‐4 |= ‐(‐4) = 4 , since ‐4 < 0. 

  The graph of the modulus function y = |x| is shown below. (Figure 4) 

    (Figure 4) 

   Onto  functions:  A  function  f(x)  is  one‐to‐one  (or  injective),if  f  be  a  function  with domain D and range R. A function g with domain R and range D is an inverse function for f if, for all x in D, y = f(x) if and only if x = g(y). 

   One‐to‐one functions: A function f(x) is one‐to‐one (or injective) if, for every value of f, there is only one value of x that corresponds to that value of ‘f’. Eg. f(x) = x + 3 is is one‐to‐one, because, for every possible value of f(x), there is exactly one corresponding value of x. 

   Identity functions: A polynomial of the first degree, represented as f(x) = x, example, values of f(x) = x, at x = 1,2 are f(1) = 1 and f(2) = 2 

   Constant functions: It is a polynomial of the ‘zeroth’ degree where f(x) = cx0 = c(1) = c. It disregards the  input and the result  is always c.  Its graph is a horizontal  line. For example f(x) = 2, whatever the value of x result is always 2. 

Page 58: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         58  

   Linear functions: It  is a polynomial of the first degree, the input should be multiplied by m and it adds to c. It is represented as f(x) = m x + c such as f(x) = 2x + 1 at x = 1.f(1) = 2 . 1 + 1 = 3 that is f(1) = 3 

   Trigonometrical  functions:  Trigonometric  functions  are  often  useful  in  modeling cyclical  trends  such  as  the  seasonal  variation  of  demand  for  certain  items,  or  the  cyclical nature  of  recession  and  prosperity.  There  are  six  trigonometric  functions:  sin(x),  cos(x), tan(x), csc(x), sec(x) and cot(x) 

  Analytic functions: All polynomials and all power series in the interior of their circle of convergence  are  analytic  functions.  Arithmetic  operations  of  analytic  function  are differentiated  according  to  the  elementary  rules  of  the  calculation,  and,  hence  analytic function. 

  Differentiable functions: A differentiable function is a function whose derivative exists at each point in its domain. If x0 is a point in the domain of a  function f,  then f  is said to be differentiable at x0 if the derivative f  '(x0) is defined. The graph of differential  functions are always smooth. 

   Smooth functions: A smooth function is a function that has continuous derivatives over some domain or we can say that, it is a function on a Cartesian space Rn with values in the real line R if its derivatives exist at all points 

   Even and odd functions: A function for every x in the domain of f is an even function if f(‐x) = f(x) and odd function if f(‐x) = ‐ f(x) for example, f(x) = x2 is an even function because f(‐x) = (‐x)2 = x2 = f(x) and f(x) = x is an even function because f(x) = (‐x) = ‐x = ‐ f(x) 

   Curves  functions:  A  space  curve  C  is  the  set  of  all  ordered  triples  (f(t),g(t),h(t)) together with their definition parametric equations x= f(t) y = g(t) and z = h(t) where f, g, h are continuous functions of t on an interval I. 

  Composite functions: There is one particular way to combine functions. The value of a function  f depends upon the value of another variable x and that variable could be equal  to another function g, so its value depends on the value of a third variable. If this is the case, then the first variable which is a function h, is called as the composition of two functions( f and g). It denoted as f o g = (f o g) x = f(g(x)). For example,  let f(x) = x+1 and g(x) = 2x then h(x) = f(g(x)) = f(2x) = 2x + 1. 

  Monotonic  functions:  A  monotonic  function  is  a  function  that  preserves  the  given order.  These  are  the  functions  that  tend  to  move  in  only  one  direction  as  x  increases.  A monotonic increasing function always increases as x increases, that is f(a) > f(b) for all a>b. A monotonic decreasing function always decreases as x increases, that is . f(a) < f(b) for all a>b 

  Periodic functions: Functions which repeat after a same period are called as a periodic function, such as trigonometric functions like sine and cosine are periodic functions with the period 2∏. 

Evaluation of Functions 

  To evaluate a  function,  substitute  the value of  the variable.  If  a  is any value of x,  the value of the function f(x) for x = a is denoted by f(a). 

Page 59: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         59  

Examples 

  1. Given y = f(x) = x2 + 4x – 5 find f(2) and f(–4)  

       To find f(2), substitute x = 2  

    f(2) = 22 + 4(2) – 5 = 7 

    To find f(–4), substitute x = –4 

      f(–4) = –42 + 4(‐4) – 5 = 16 –16 – 5 = –5   

  2. Given y  = f(x) = 3x3 – 4x2 + 4x – 10, find value of the function at  f(2) and f(‐3) 

      f(2) = 3(2)3 – 4(2)2 + 4(2) – 10 = 6 

     f(–3) = 3(–3)3 – 4(–3)2 + 4(–3) – 10 = – 139  

  3. Given y = f(x) =√ 2 find value of the function when x = 0, x = 7, x= –2  

       f(0) =√0 2 = √2 

       f(17) =√7 2 = √9  =  3 

      f(‐2) =√ 2 2 = 0  

  4. Given f(x) = x2 + 4x – 11 find f(x+1)  

         This means we have to evaluate the function when x = x + 1 

       f(x + 1) = (x + 1)2 + 4(x + 1) – 11 

    Simplifying using (a+b)2 

       f(x + 1) = x2 + 2x + 1 + 4x + 4 – 11 = x2 + 6x – 6  

  5. f(x) =     find f(2) 

       f(x) =      = f(x) =     = 1 

  6. Given y = x2 + 1, find f(0), f(–1) and f(3). Also find    –  

    f(0) = 1, f(–1) = 2, f(3) = 10 

  –       

  7. Given a function f(x) = 2x + 7, find f(4), f(1) and f(–2) 

    f(4) = 2(4) + 7, so f(4) = 8 + 7 = 15 

    f(1) = 2(1) + 7 = 10 

    f(–2) = 2(–2) + 7 = –4 + 7  = 3 

Page 60: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

Part B  

RECTANGU

  Equgraph can bknown  as credited wi

  The the x‐y  coothe origin. Tthe y‐axis. T(0,0). This the  x‐coordhow far and

The Rectan

   

  In th

  The called quadII, the lowethat, as sho

• in qu• in qu

• in qu• in qu

Methods for Econ

ULAR CO­O

ations can bbe determinCartesian  cith their inv

rectangulaordinate  syThe horizonThe origin inotation  isdinate,  whid in what di

ngular Coord

he above fig

x‐axis  andrants. Theer left quadrown in Figuradrant I, x iadrant II, x 

adrant III, xadrant IV, x

nomic Analysis –

ORDINATE S

be graphed ned by two coordinatesvention. 

r  coordinatystem consintal axis is uis the point s  called an ole  the  secoirection we 

dinate Syste

gure please 

nd y‐axis  se upper righrant is quadre 1, s always pois always ne

x is always nx is always p

– I                          

 SYSTEM AN

on a set of coordinatess,  after  the 

te  system, sts  of  4 quusually callewhere the ordered paiond  coordinmove from

em 

note the fol

separate ht quadrant drant III, an

ositive and yegative and

negative andpositive and

                             

ND GRAPHS

f coordinates, written aFrench  ma

also  calleduadrants,  aed the x‐axitwo axes crir. The  firstnate  (or ordm the origin.

llowing feat

the  coordis quadrant

nd the lower

y is always pd y is always

d y is alwayd y is always

                             

S OF FUNCT

e axes. The ls an ordereathematicia

d  the Cartea horizontal s, and the vross. The cot  coordinatedinate)  is  th

 

tures of the

dinate  plat I, the upper right quad

positive (+,+s positive (–

s negative (s negative (+

School of 

                             

TIONS 

location of eed pair, (x,y)an  Rene  De

sian  coordaxis,  a ve

vertical axis oordinates oe  (or abscishe  y‐coordi

e Quadrant

ane  into er left quaddrant is qua

+) –,+) 

(–,–) +,–) 

f Distance Educ

                        60

every point). These areescartes,  wh

inate  systertical  axis, is usually cof the originsa)  is knowinate.  These

ts 

four  regrant is quadadrant IV. N

cation 

 

t on a e also ho  is 

em or and 

called n are wn as e  tell 

gions drant otice 

Page 61: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

Examples 

1. Plot the o   The the origin. the y‐coord

    Example 2Ordered paone  axis  orindicated othat is conv

     Distance F

  Freqthis,  form aPythagorea

Methods for Econ

 

ordered pai

coordinateThe point  idinate is pos

 

2 Plot ordereairs with 0 r  the  otheron the x‐axisvenient for t

Formula 

quently  youa right trianan theorem.

nomic Analysis –

ir (−3, 5) an

es x=−3 and is plotted  insitive. 

ed pairs: (4as one of thr  (or  the  pos may be dithe given sit

u  need  to  cangle using t. The Distan

– I                          

nd determin

y=5 indicatn quadrant 

, 0), (−6, 0),he coordinaoint  is  the  offerent fromtuation. 

alculate  thethe two poince Formula

                             

e the quadr

te a point 3II (QII) bec

, (0, 3), (−2,ates do not origin  if  bom the scale 

e  distance  bnts as vertia is a variant

                             

rant in whic

3 units to thcause the x‐

 

6), (−4, −6)lie  in a qua

oth  coordinaindicated o

between  twices of the tt of the Pyth

School of 

                             

ch it lies. 

he left of an‐coordinate 

) adrant; thesates  are  0)n the y‐axis

 

wo points  intriangle andhagorean Th

f Distance Educ

                        61

nd 5 units ais negative

se points ar.  Also,  the s. Choose a 

n  a  plane.  Td then applyheorem. 

cation 

 

above e and 

re on scale scale 

To do y the 

Page 62: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  The Theorem  todistance be 

  

x2 a

x1an

d is

For example

so: x1 = 1,

Substituting

Example 1:

Methods for Econ

distance foo  find  the  letween the t

and y2 are th

nd y1 are the

the distance

e, consider t

y1 = 4, x2 =

g into the dis

: Find the di

nomic Analysis –

ormula can blength  of  thtwo points. 

he x,y coordi

e x,y coordin

between the

the two point

= 4, and y2 =

stance formu

istance betw

– I                          

be obtainedhe  hypotenu

nates for one

nates for the

e two points

ts A (1,4) an

0.

ula we have:

ween (−1, 2)

                             

d by creatinguse.  The  hy

e point.

second poin

.

nd B (4,0). F

and (3, 5).

                             

g a triangle ypotenuse  o

nt.

Find the dista

School of 

                             

and using tof  the0  tria

ance between

f Distance Educ

                        62

the Pythagongle will  be

n them.

cation 

 

orean e  the 

Page 63: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         63  

so:  x1 = –1,  y1 = 2,  x2 = 3, and y2 = 5. 

Substituting into the distance formula we have: 

    

  3 1 5 2   

  4 3   

  √16 9  

 √25   5 

Midpoint Formula 

  The midpoint is an ordered pair formed by finding the average of the x‐values and the average of the y‐values of the given points. The point that bisects the line segment formed by two points, (x1, y1) and (x2, y2), is called the midpoint and is given by the following formula: 

2 , 2  

 Example1: Find the midpoint of the line segment joining P(–3, 8)and Q(4, –4)   Use the midpoint formula:  

3 42

,8 42

 

12 ,42  

12 , 2  

Example 2: Find the midpoint of the line segment joining P(‐5, ‐4)and Q(3, 7) 

Use the midpoint formula:  

5 32 ,

4 72  

22 ,

32  

1,32  

 

Page 64: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         64  

Graphs 

  A graph is a picture of one or more functions on some part of a coordinate plane. Our paper usually is of limited size. The coordinate plane is infinite. Therefore, we need to pick an area  of  the  coordinate  plane  that  would  fit  on  the  piece  of  paper.  That  means  specifying minimum and maximum values of x and y coordinates.   To draw the graph of a  function y =  f(x),  the values of the  independent variable, x,  is marked  on  the  horizontal  axis.  The  values  of  the  dependent  variable,  y,  is  placed  on  the vertical axis. To graph a function we should know the slope of the function.    Slope: Slope is used to find how steep a particular line is, or it can be used to show how much something has  changed over  time. The  slope of a  line measures  the  change  in y  ∆  divided by change in x  ∆ . We calculate slope by using the following definition. In Algebra, slope is defined as the rise over the run. This is written as a fraction like this: 

   ∆∆  

     

     

Page 65: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

 

 

  The absolute vato right (fodemand cufor which curve), for is not possi

   

   

Methods for Econ

value  of  salue of the sor example urve). The sl

 is zewhich ible.  

nomic Analysis –

lope  indicaslope, the sta supply culope of a hoero. The slop

, is undef

– I                          

ates  the  steteeper the lurve). A negorizontal linpe of a vertifined. That 

                             

eepness  andline. A positgatively slopne (for examical line (foris here slop

                             

d  direction tively slopppped line mmple a perfer example ape does not 

Po

School of 

                             

of  a  line.  Tped line momoves downectly elastic a perfectly inexist since 

Negative S

ositive slope

f Distance Educ

                        65

 

The  greaterves up fromn (for examdemand cunelastic demdividing by 

lope 

cation 

r  the m left ple a urve), mand zero 

Page 66: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

 

Rules for C

  1.  Fwords,  the ANY two punderstandzigzag line 

  2. Cothe next?) R

  3. CoRecord this

  4. Si

  Impleft your nu

Another ap

Find the difon the line.subscript m

   

  Cho(‐1,‐1) This

variable us

Substitutin

 

Methods for Econ

alculating th

Find  two  poslope of a oints on a lding of a strand not a st

ount the risRecord this 

ount the runs number as

implify your

portant noteumber is ne

pproach to fi

fference of b Because yomust be used

ose  any  tws  is a simpl

ed for the s

ng 

nomic Analysis –

he Slope of 

oints  on  theline never ine to find traight line. Atraight line.

e (How mannumber as 

n (How mans your deno

r fraction if 

e: If you cougative. 

finding slope

both the y aou are usingd to distingu

wo points.  Ter    formula

lope.   

– I                          

a Line 

e  line.  Everchanges. Ththe slope. TAfter all, if t 

ny units do your nume

ny units do minator. 

possible. 

nt up or rig

and x coordig two sets ofuish betwee

 

he  two poia  for  finding

                             

ry  straight his  fundameThis should the slope of 

you count urator. 

you count l

ght your num

inates and pf ordered paen the two v

nts we  chog the slope 

                             

line  has  a ental  idea mintuitively a line could

up or down 

eft or right 

mber is posi

place them iairs both havalues. Cons

ose  are  (x1of a  line. 

 

School of 

                             

consistent means  that make sensed change, th

to get from

to get to the

itive. If you 

in a ratio. Piaving x and sider the fol

,  y1)  =  (3,2 

f Distance Educ

                        66

slope.  In  oyou can che with your hen it would

m one point t

e point?) 

count down

ick two poiny values, a llowing grap

).  and  (x2,  ywhere m i

cation 

 

other hoose own 

d be a 

to 

n or 

nts 

ph. 

y2)  =  s  the 

Page 67: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  Example 1:

   

  The line moves  

Example 2 

   

  The between tw

  In th

The  run  isx‐coordinat

  So h 

Methods for Econ

 Find slope 

slope of a lup three (th

: Find slope

slope  of  a wo points on

his example, 

s  the  horiztes. In this e

here slope o

nomic Analysis –

line throughhe change i

e  

line  is  then a line. The

the differen

ontal  differexample the

f the line = 

– I                          

h the pointsn y or the ri

e  ratio  of  ite difference 

nce between 

rence  betwe difference

                             

s (1, 2) and ise) the line

 

ts  rise  to  itsbetween th

the y‐coordi

ween  two  p is –3 – 1 = –

                             

 

(2, 5) is 3 be moves to t

s  run.  The he y‐coordin

inates of poi

points  or  th–4. 

 

School of 

                             

because evehe right (th

rise  is  the nates create

ints A and B 

he  differenc

f Distance Educ

                        67

ery time thahe run) by 1.

vertical  ches the rise. 

is 3 – (–3) = 

ce  between

cation 

at the . 

hange 

6. 

n  the                 

Page 68: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

Example 3 

Find Slope 

   

 Line AE, co

 Line  DB, c

 Line BC, co

Intercept: 

  We line crosses

   

Algebraical

  An ‘xin the equa

Methods for Econ

of the lines 

oordinates (

oordinates 

oordinates (

  

are going ts the x‐axis.

lly, 

x‐intercept’ation where 

nomic Analysis –

in the grap

(‐3,2) = (x1,

(‐4,‐1) = (x1

(3,2) = (x1, y

to talk abou. The y inter

’ is a point othe y‐value

– I                          

h based on 

 

 y1) (3,‐3) =

1, y1), (3,2)

y1), (1,‐2) =

ut x and y  inrcept is the 

 

on the grape is zero. 

                             

the informa

= (x2, y2) , s

 = (x2, y2) ,

= (x2, y2) , s

ntercepts. Apoint where

ph where y i

                             

ation given

slope =  

 

 slope =  

 

lope =  

 

An x intercee your line c

s zero, that

School of 

                             

ept is the pocrosses the 

t is, an x‐int

f Distance Educ

                        68

oint where y‐axis. 

ercept is a p

cation 

your 

point 

Page 69: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  A ‘y‐the equatio

 

      In  thpoint (0, 3)

Example 1 

  Find

To find the 

  

To find the 

  

      Therefo

The graph o 

 

Methods for Econ

‐intercept’ ion where th

he above  ill). 

d the x and y

x‐intercept

 3x  3x  3x  x = x =

y‐intercept

 3(  0 + 4y  y = y =

re, the x‐int

of the line lo

nomic Analysis –

is a point one x‐value is 

lustration,  t

y intercepts

t, set y = 0 a

+ 4( 0 ) = 12+ 0 = 12 = 12  12/3  4 

t, set x = 0 a

0 ) + 4y = 12+ 4y = 12 = 12  12/4  3 

tercept is ( 4

ooks like th

– I                          

n the graphzero. 

the x‐interc

s of the equa

nd solve for

nd solve for

4, 0 ) and th

is: 

                             

where x is z

cept  is  the p

ation 3x + 4

r x. 

r y. 

he y‐intercep

                             

zero, that is

 

point  (2, 0)

4y = 12. 

  

  

pt is ( 0, 3 ).

School of 

                             

s. a ‘y‐interc

) and  the y‐

f Distance Educ

                        69

cept’ is a poi

‐intercept  i

cation 

 

int in 

s  the 

Page 70: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

   

 

Example 2 

  Find

  To f

  

  To f

  

  The

The graph o

   Example 3 

  Find

  To f

Methods for Econ

d the x and y

find the x‐in

find the y‐in

refore, the x

of the line lo

d the x and y

find the x‐in

nomic Analysis –

y intercepts

ntercept, set

 2x ‐ 3( 0 ) 2x ‐ 0 = ‐6 2x = ‐6  x = ‐6/2  x = ‐3 

ntercept, set

 2( 0 ) ‐ 3y 0 ‐ 3y = ‐6 ‐3y = ‐6  y = ‐6/(‐3 y = 2 

x‐intercept 

ooks like th

y intercepts

ntercept, set

– I                          

 

s of the equa

t y = 0 and s

) = ‐6 6 

t x = 0 and s

y = ‐6 6 

3) 

is ( –3, 0 ) a

is: 

 

s of the equa

t y = 0 and s

                             

ation 2x ‐ 3y

olve for x. 

olve for y. 

and the y‐int

ation ( ‐3/4

olve for x. 

                             

y = ‐6. 

tercept  is ( 

 )x + 12y = 9

School of 

                             

  

  

0, 2 ). 

9. 

f Distance Educ

                        70

cation 

 

Page 71: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         71  

  

 ( ‐3/4 )x + 12( 0 ) = 9 ( ‐3/4 )x + 0 = 9  ( ‐3/4 )x = 9  x = 9/( ‐3/4 )  x = ‐12 

  

   To find the y‐intercept, set x = 0 and solve for y. 

  

 ( ‐3/4 )( 0 ) + 12y = 9 0 + 12y = 9  12y = 9  y = 9/12  y = 3/4 

  

   Therefore, the x‐intercept is ( –12, 0 ) and the y‐intercept  is ( 0, 3/4 ). 

The graph of the line looks like this: 

     

Example 4 

  Find the x and y intercepts of the equation ‐2x + ( 1/2 )y = ‐3. 

  To find the x‐intercept, set y = 0 and solve for x. 

  

 ‐2x + ( 1/2 )( 0 ) = ‐3 ‐2x + 0 = ‐3  ‐2x = ‐3  x = ‐3/( ‐2 )  x = 3/2 

  

To find the y‐intercept, set x = 0 and solve for y. 

  

 ‐2( 0 ) + ( 1/2 )y = ‐3 0 + ( 1/2 )y = ‐3  ( 1/2 )y = ‐3  y = ‐3/( 1/2 )  y = ‐6 

  

  Therefore, the x‐intercept is ( 3/2, 0 ) and the y‐intercept is ( 0, ‐6 ). 

Page 72: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  The 

   

Graphing o

  A fusame x‐coo

  Onefor  a  verticbelow is an

 

    Funordered paby f(x).  In t

  

   

Methods for Econ

graph of th

 of Function

unction is a ordinate wh

e way to tell cal  line  to mn example o

ctions  are air is represthe figure b

nomic Analysis –

he line looks

ns 

relation (uen graphed

if a graph ismeet  a  grapf a function

usually  denented by x, below, f(1) =

– I                          

s like this: 

 

sually an eqd.  

s a functionph more  th.  

  

noted  by  lethe second = ‐1 and f(3)

                             

quation) in 

n is the vertian  once,  th

tters  such coordinate) = 2.  

  

                             

which no t

ical line testhe  graph  is 

as f or g.   If (the y coor

School of 

                             

two ordered

t, which saynot  a  funct

f  the  first  crdinate) can

f Distance Educ

                        72

d pairs have

ys if it is postion.   The  fi

coordinate  on be represe

cation 

 

e the 

ssible igure 

of  an ented 

Page 73: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

   Whefor x  that gwork, such 

Straight­Li

The slope i

y = mx + b. 

Where m is

  Everevery pointy. 

  The where m is

  The axis 

   

Methods for Econ

en a functiogive a valueas 0 in the 

ine Equatio

ntercept for

s the slope a

ry straight t on the line

equation o the slope o

y‐intercept

nomic Analysis –

n is an equae  for f(x) thafunction: f(x

ons: Slope I

rm of a line 

and b is the 

line can be e will solve 

f any straigof the line an

t of  this  lin

– I                          

ation, the doat  is on  thex) = 4/x (be

 Intercept fo

is  

y‐intercept

 

representethe equatio

ht line, callend b is the y

e  is  the val

                             

omain is thee graph.  Somecause we c

 form of a gr

t. 

ed by an equon if you sub

ed a linear ey‐intercept.

lue of y at  t

                             

e set of nummetimes, ceannot divid

raph 

uation: y = bstitute the

equation, ca

the point w

School of 

                             

mbers that aertain replade by 0).   

mx + b. Them in the eq

an be writte

where the  lin

f Distance Educ

                        73

re replacemacements do

e coordinatquation for x

en as: y = mx

ne crosses  t

cation 

 

ments o not 

tes of x and 

x + b, 

the y 

Page 74: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  Givetwo points,

   

  We intersects  tthese value

  The the equatiowill get a tr  To gthe equatiothe graph o  If thy intercept,  The slope m  in down) for two points 

Example1: 

  Here

  Star

  Fromanother po

   Methods for Econ

en the slope, in this diag

found that the y‐axis aes into the e

line showson. If we surue statemegraph the eon, and thenof these equhe equation , and the coeasiest wathe  form othe rise, ovand this is y

y = 3x + 2  

e Y‐intercep

rt by graphin

m this poinint. This is t

nomic Analysis –

e intercept fgram, A = (1

the slope mat the point equation for

s the solutiobstitute theent. quation of an connect thuations is a sis given in tefficient of ay  to  graph of  a  fractionver (right oryour line.  

pt = 2, slope

ng the y‐int

t go UP (risthe second p

– I                          

form,  = mx1, 1) and B =

 

m for this lin(0, –1), so rmula, we ge

y =

on to the eqe x and y va

a line, we phe points wistraight linethe form y =x, which is msuch  a  linen,  like  rise or  left)  for  th

e =    

tercept by g

se) anotherpoint. Conn

                              

x + b, let's fi= (2, 3). 

ne is 2. By lo–1 is the vaet: 

 = 2x –1 quation: thaalues of a po

plot at least ith a line. We. = mx + b, thm, is the sloe,  is  to  plotover  run,  ahe run, and

oing up 2 u

r 3 units, thnect the poin

                             

ind the equ

ooking at thalue of b, th

t is, it showoint on the 

two pointsWe call these

en the consope of the stt  the  y‐internd  from  thd put  the ne

nits on the y

en 1 unit tonts and it sh

School of 

                             

uation for th

he graph, whe y‐interce

ws all the valine into th

s whose coo equations 

stant term, wtraight line. rcept  first. e  y‐intercepext point. Th

y‐axis.  

o the RIGHThould look li

f Distance Educ

                        74

his line. Pick

we can see thept. Substitu

alues that sahe equation

ordinates sa"linear" bec

which is b, i Then, writept,  count uphen connec

T (run), andike this: 

cation 

 

k any 

hat it uting 

atisfy n, you 

atisfy cause 

is the 

e  the p  (or ct  the 

d put 

Page 75: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         75  

Example 2: y = –3x + 2  

  Y‐intercept = 2, slope  =   3 

  Start by graphing the y‐intercept by going up 2 units on the y‐axis.  

  From this point go down (rise) 3 units, then 1 unit to the RIGHT (run), and put another point. This is the second point. Connect the points and it should look like this 

     

Steps for Graphing a Line With a Given Slope 

  Plot a point on the y‐axis. (In the next lesson, Graphing with Slope Intercept Form, you will learn the exact point that needs to be plotted first. For right now, we are only focusing on slope!) 

  Look at the numerator of  the slope. Count the rise from the point that you plotted.  If the slope is positive, count up and if the slope is negative, count down.   Look at the denominator of the slope. Count the run to the right.   Plot your point.   Repeat the above steps from your second point to plot a third point if you wish.   Draw a straight line through your points.   The  trickiest part  about  graphing  slope  is  knowing which way  to  rise  and  run  if  the slope is negative!   If  the  slope  is  negative,  then  only  one  ‐  either  the  numerator  or  denominator  is negative  (NOT Both!) Remember  your  rules  for  dividing  integers?  If  the  signs  are  different then the answer is negative!   If the slope is negative you can plot your next point by going down and right OR up and left.   If the slope is positive you can plot your next point by going up and right OR down and left. Example 1  This example shows how to graph a line with a slope of 2/3. 

Page 76: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         76  

 

Example 2 

Graph the linear function f given by f (x) = 2x + 4   We need only two points to graph a linear function. These points may be chosen as the x and y intercepts of the graph for example. Determine the x intercept, set f(x) = 0 and solve for x. 2x + 4 = 0 

x = ‐2 Determine the y intercept, set x = 0 to find f(0). f(0) = 4   The graph of the above function is a line passing through the points (‐2 , 0) and (0 , 4) as shown below. 

Page 77: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

 

Example 6 

Graph the l

Determine 

‐(1 / 3)x ‐ 1

x = – 3 / 2 =

Determine 

f(0) = –1 / 

The graph oas shown b

Straight­Li

  Poingraphing a graph. Whi

‐2

Methods for Econ

linear functi

the x interc

1 / 2 = 0  

= – 1.5 

the y interc

2 = –0.5 

of the abovebelow. 

ine Equatio

nt‐slope  reflinear equale you could

‐1.5

nomic Analysis –

ion f given b

cept, set f(x)

cept, set x = 

e function is

ons: Point­S

fers  to  a meation, the wd plot sever

‐1

– I                          

 

by f (x) = ‐(1

) = 0 and so

0 to find f(0

s a line pass

Slope Form

ethod  for  gwhole idea isral points by

‐0.5

                             

1 / 3)x ‐ 1 / 

lve for x.  

0).  

sing through

graphing  a s to take pay just plugg

‐0.6

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

0

                             

h the points

 

linear  equaairs of x's anging in value

Series1

School of 

                             

s (‐3 / 2 , 0) 

 

ation  on  annd y's and pes of x, the p

f Distance Educ

                        77

and (0 , ‐1 /

  x‐y  axis. Wplot them onpoint‐slope 

cation 

/ 2) 

When n the form 

Page 78: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         78  

makes the whole process simpler. Point‐slope form is also used  to take a graph and find the equation of that particular line. 

  Point slope form gets its name because it uses a single point on the graph and the slope of the line.  

  The standard point‐slope equation looks like this: 

   

Using this formula, If you know: 

• one point on the line • and the slope of the line, 

  you can find other points on the line. 

Example 1 : 

  You are given the point (4,3) and a slope of 2. Find the equation for this line in point slope form. 

  Just substitute the given values into your point‐slope formula above y – y1 = m(x–x1). Your point (4,3) is in the form of (x1,y1). That means where you see y1, use 3. Where you see x1, use 4. Slope is given, so where you see m, use 2. So we get  Y – 3 = 2(x–4)  

Example 2 : You are given the point (– 1,5)and a slope of  1/2. Find the equation for this line in point slope form. 

  Substituting  in  the  formula  y  –  y1  =  m(x–x1)  we  get  y  –  5  =  0.5(x–  ‐1).  Ie.  y  –  5  = 0.5(x+1). 

  Point‐slope form is about having a single point and a direction (slope) and converting that between an algebraic equation and a graph. In the example above, we took a given set of point and slope and made an equation. Now let's take an equation and find out the point and slope so we can graph it. 

Example: 

  Find the equation (in point‐slope form) for the line shown in this graph: 

Page 79: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         79  

 

To write the equation, we need a point, and a slope. To find a point because we just need any point  on  the  line.  This means  you  can  select  any point  as  per  your  convenience.  The point indicated in the figure is (–1,0). We have chosen this point for our convenience since it is the easiest one to find. We choose it also because  it is useful to pick a point on the axis, because one of the values will be zero. 

Now  let  us  find  slope.  Just  count  the  number  of  lines  on  the  graph  paper  going  in  each direction of a triangle, like shown in the figure. Remember that slope is rise over run, or y/x. Therefore the slope of this line is 2. Putting it all together, our point is (–1,0) and our slope is 2, the point‐slope form is y – 0 = 2(x + 1) 

Example 

Write the equation of the line passing through the points (9,‐17) and (‐4,4). 

Calculate the slope: 

    m =   –  17  –   4  9   4  

    m =  – 21 / 13 

  Use the point‐slope formula: 

    y  –  4 = (– 21/13)(x + 4) 

    y  – 4 = (– 21/13)x  –  84/13 

    y = (– 21/13)x  –  32/13 

 

Page 80: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

Straight­Li

  Twothrough thethrough the

or equivale

Or alternat

 

Two point f

   

Example 1 

  Dete

Example 2 

  Find

  Soluby 

Methods for Econ

ine Equatio

o Point Slope two givene points (x1,

ently, 

tively 

form diagra

ermine the e

d the equati

ution : The e

nomic Analysis –

ons: Two P

e Form is u points. The,y1) and (x2,

am is as follo

equation of t

on of the lin

equation of 

– I                          

oint Form 

sed to genee two‐point ,y2) is given

ows. 

the line that 

ne passing t

a line passin

                             

 

erate the Equform of a lin by 

passes thro

through (3, 

ng through 

                             

uation of a sne in the Ca

 

 

 

ough the poin

– 7) and (–

two points 

School of 

                             

straight lineartesian plan

nts A = (1, 2

2,– 5). 

(x1, y1) and

f Distance Educ

                        80

e passing ne passing 

) and B = (−

d (x2, y2) is g

cation 

 

2, 5). 

given 

Page 81: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

Since x1 = 3

Or 

Or 

 

Straight­Li

  The intercepts intercept a 

 

   

a is the x‐inThe values 

Methods for Econ

3, y1 = – 7 an

ine Equatio

intercept with  bothand y inter

ntercept. b iof a and b c

nomic Analysis –

nd x2 = – 2, a

ons: Interce

form  of  thh  axes.  Thercept b is giv

s the y‐intecan be obtai

– I                          

and y2 = – 5

2x + 5

ept Form 

he  line  is  te  interceptven by 

rcept. a andined from th

                             

, equation b

5y + 29 = 0

he  equatiot  form  of 

 

 

d b must be he general f

                             

 

becomes, 

 

 

 

n  of  the  lia line in  th

nonzero. form equati

School of 

                             

ne  segmenhe  Cartesia

 

on. 

f Distance Educ

                        81

nt  based  onan  plane  w

cation 

 

n  the with x 

Page 82: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

If y = 0, x = 

If x = 0, y = A line does1.A line par2.A line par3.A line tha

Examples 1. A line ha

2. The line The line forIf y = 0   xIf x = 0   y

   

The interce

The area is

3. Find the   The   The 

   

Methods for Econ

a. 

b.  not have anrallel to the rallel to the at passes thr

s an x‐inter

x − y + 4 = 0rms a right x = −4 = a. y = 2 = b. 

ept form is: 

equation ofintercepts required eq

3 x – 5y 

nomic Analysis –

n intercept x‐axis, whicx‐axis, whicrough the o

rcept of 5 an

0 forms a tritriangle wit

f a line whicare 5 and –3quation of t

–15 = 0 

– I                          

form equatich has the ech has the erigin, which

nd a y‐interc

iangle with th the origin

ch cuts off in3 on x and ythe line is 

                             

ion in the foequation y =equation x =h has equati

cept of 3. Fi

 

 

the axes. Dn and its leg

 

 

ntercepts 5 y axes respe

 

                             

ollowing cas= k. = k. ion y = mx.

nd its equat

etermine thgs are the ax

 

and –3 on xectively. i.e.,

School of 

                             

ses: 

tion. 

he area of thxes. 

x and y axes, a = 5, b = –

f Distance Educ

                        82

he triangle.

s  respective 3 

cation 

 

ely. 

Page 83: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         83  

4. Find the equation of a line which passes through the point (3, 4) and makes intercepts on the axes equl in magnitude but opposite in sign. 

  Solution : Let the x‐intercept and y‐intercept be a and –a respectively 

   The equation of the line is 

    x – y = a … (i) 

  Since (i) passes through (3, 4) 

     3 – 4 = a or 

    a = –1 

  Thus, the required equation of the line is 

    x – y = – 1 

    or  x – y + 1 = 0 

4. Determine the equation of the line through the point (– 1,1) and parallel to   x – axis Since the line is parallel to x‐axis its slope ia zero. Therefore from the point slope form of the equation, we get 

    y – 1 = 0 [ x – (– 1)] 

    y – 1 = 0 

  which is the required equation of the given line. 

Straight­Line Equations: Standard Form          

  In the Standard Form of the equation of a straight line, the equation is expressed as: ax + by = c where a and b are not both equal to zero. 1.  7x + 4y = 6 2.  2x – 2y = –2 3. –4x + 17y = –432 

Exercise 

1. Graph a linear function    3 

  To draw graph of this function we should first find two points (the x intercept and the y  intercept) which satisfy  the equation. Then we  join  these  two points using a straight  line. 

Page 84: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         84  

This is because what we are given is the equation of linear function. For a linear function, all the points satisfying the equation must lie on the line.  

  To find the y intercept, let us use our knowledge of the definition of intercept, ie, the y intercept is the point where the line touches the y axis. This means at this point x = 0. So to find the y intercept, set x equal to zero.   

 14 0 3 

 3 

So the y intercept is (x,y) = (0,3) 

Similarly to find the x intercept, put y = 0. 

0  14 3 

14 3 

12 

So the x intercept is (x,y) = (10,0) 

Now plot the two intercept points (0,3) and (12,0) and connect them with a straight line.  

     

2. Graph the linear function 2y + 10x = 20 

  To find the y intercept, put x = 0 

  2y + 10(0) = 20, 2y = 20, y = 10 

  So the y intercept is (x,y) = (0,10) 

  To find the x intercept, put y = 0 

  2(0) + 10x = 20, 10x = 20, x = 2 

  So the x intercept is (x,y) = (2,0) 

‐0.6

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

‐2 ‐1.5 ‐1 ‐0.5 0

Page 85: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         85  

  Now plot  the  two  intercept points  (0,10) and (2,0) and connect  them with a straight line.  

Alternatively, you may first of all rewrite the equation 2y + 10x = 20 by solving for Q, 

  2y = 20 – 10x,  , 10 5 ,     5 10  

Now the function is in y = mx + c from. From this form, we can easily find the slope (m)of the function which is – 5. 

   

3. Graph the linear function 2y ‐10x = 20 

  To find the y intercept, put x = 0 

  2y + 10(0) = 20, 2y = 20, y = 10 

  So the y intercept is (x,y) = (0,10) 

  To find the x intercept, put y = 0 

  2(0) – 10x = 20, –10x = 20, x = –2 

  So the x intercept is (x,y) = (–2,0) Now plot the two intercept points (0,10) and (–2,0) and connect them with a straight line.  

‐0.6

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

‐1.6 ‐1.4 ‐1.2 ‐1 ‐0.8 ‐0.6 ‐0.4 ‐0.2 0

Page 86: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         86  

 

4. Graph the linear function 2y – 10x + 20  = 0 

  To find the y intercept, put x = 0 

  2y – 10(0) – 20 = 0, 2y = –20, y = –10 

  So the y intercept is (x,y) = (0, –10) 

  To find the x intercept, put y = 0 

  2(0) – 10x + 20 = 0, –10x = –20, x = 2 

  So the x intercept is (x,y) = (2,0) 

Now plot the two intercept points (0, –10) and (2,0) and connect them with a straight line.  

 

5. Given a linear function 6y + 3x – 18 = 0. Also find its slope. 

  Rewrite in the y = mx + c form 

    6y + 3x – 18 = 0 

‐0.6

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

‐2 ‐1.5 ‐1 ‐0.5 0

‐0.6

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

‐2 ‐1.5 ‐1 ‐0.5 0

Page 87: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         87  

    6y  = –  3x + 18  

  3  

    Slope =   

  To find the y intercept, put x = 0 

  0 3 , y = 3 

  So the y intercept is (x,y) = (0, 3) 

  To find the x intercept, put y = 0 

0   3  

3  

3  2   3  6  

  So the x intercept is (x,y) = (6,0) 

  Now plot the two intercept points (4, 12) and (8,2) and connect them with a straight line. 

 

6. Find the slope m of a linear function passing through (0,10), (2,0) 

  Substituting in the formula 

   2 128 4  

104  

Graphing of Non Linear Functions 

‐0.6

‐0.5

‐0.4

‐0.3

‐0.2

‐0.1

0

‐2 ‐1.5 ‐1 ‐0.5 0

Page 88: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  So  fNow let us 

  Grap  Qua

  The Similarly, odefinition oquantity;  swhich meastandard qthree terms

  A qu

  whedisappear apower of tw

  The opening up

if a > 0, the

  To mand c = 0. Slet us try su

 

Plot the gra

Methods for Econ

far we  havesee the grap

phs of Quadadratic Func

term  quadone of  the dof  somethinecond degran that the huadratic eqs include on

uadratic fun

ere a, b, andand we wouwo on the in

graph of a p or down. W

n the parab

make thingsSo we get thubstituting v

aph on a gra

nomic Analysis –

e  been  seeiphing of som

dratic Functction 

dratic  comedefinitions ong quadratiree. So,  for ohighest degquation writne that has a

nction in its 

d c are consuld have a ndependent

quadratic  fWhen we ha

bola opens u

s simple, lethe normal qvalues in fo

– 3 

– 2 

– 1 

aph paper a

– I                          

ng  graphinme non line

ions 

es  from  the of  the  termc  involves  tour purposgree we'll betten as the an x2, one ha

normal form

stants and alinear equat variable an

function is ave a quadra

up  , and , 

t us consideuadratic eqr x and solv

y = x2

(‐3)2

(‐2)2

(‐1)2

(0)2

(1)2

(2)2

(3)2

nd we will g

                             

g  of  linear ear function

word  quad quadratic the  square es, we will e encountersum of threas an x, and

m is written

a is not equation. Note nd that is th

called a paatic function

if a < 0, then

er a simple quation as y ving for y as

y = x2

get the follo

                             

functions ws.  

drate meanis a squareand no higbe workingring is a sqee terms sed one term is

n in the form

ual to zero. that  in a que highest po

arabola.  It n in either f

n the parab

quadratic f= 1x2 or y = shown in th

2  (x, y)

(‐3, 9

(‐2, 4

(‐1, 1

(0, 0

(1, 1

(2, 4

(3, 9

owing graph

School of 

                             

which  gives

ning  square.  In an algegher power g with quaduare. Normt equal to zs "by itself" 

If a = 0,  theuadratic  funower. 

is basically form, 

ola opens d

function wh= x2. To graphe following

9) 

4) 

1) 

h. 

f Distance Educ

                        88

s  a  straight 

  or  rectangebraic senseof  an unkndratic equatmally, we seezero. Simplywith no x2 

e x2 term wnction there

a curved s

down  . 

here a = 1, bph this funcg table. 

cation 

line. 

gular. e,  the nown tions e the y, the or x. 

  

would e  is a 

hape  

b = 0 ction, 

Page 89: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

Quantitative M

  As s(U‐shaped)

Similarly, IfFor exampl

Methods for Econ

tated earlie) For examp

f a<0, then tle see below

nomic Analysis –

er, If a>0, thple see the fo

the parabolw the graph 

– I                          

en the paraollowing gr

a has a maxof the funct

                             

 

bola has a maph for the 

 

ximum pointion y=−2x2

                             

minimum pofunction y=

t and it ope2+5x+3 

School of 

                             

oint and it o=x2+2x−3 

ns downwa

f Distance Educ

                        89

opens upwa

ards (n‐shap

cation 

 

ards 

 

ped) 

Page 90: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         90  

MODULE  IV LIMITS AND CONTINUTY OF A FUNCTION 

 

LIMITS   The concept of limits is useful in developing some mathematical techniques and also in analyzing  various economic problems in economics.  For example, the rate of interest ‘i’ can never fall to zero even if the quantity of capital available in the economy is very large.  There is  a minimum  below which  ‘i’  cannot  fall.    Let  this minimum  be  2%,  then  if  ‘K’  stands  for capital and ‘C’ is a positive constant we can write the function as  

    i   2            

  If K is small ‘i’ is large 

  If K is large ‘i’ is small   If  K  is  very  large  infinite   ‘i’ will  never  be  less  than  2.    Therefore  the  limit  ‘i’  as  K increase is 2. 

  It can be written as  LtK ∞ i   2 

  A  function  f x   is  said  to approach  the  limit  ‘l’  as  ‘x’  approach  to  ‘a’  if  the difference between f x  and ‘l’ can be made as small as possible by taking ‘x’ sufficiently nearer to ‘a’. Example 1:  Limit x2 as x approach to  4 is 16.   This can be expressed as 

         Ltx 4 x    16 

  i.e.,  the difference between x  and 16 can be made as small as possible by  taking  ‘x’ sufficiently nearer to 4.  

Ex. 2:      If f x    5x   10 find  Ltx 0 f x        

    Substituting x   0     Ltx 0 f x    10 

 

Ex. 3:      Find  Ltx 3   10x 5 

  Ans:           Ltx 3   10x 5  

 

            Ltx 3       10 Lt

x 3xLt

x 35      

        9   30   5   44 

Page 91: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         91  

Theorems on Limit of Function 1. If ‘a’ is a constant 

    Ltx K a = a 

2. If a, b are constants 

    Ltx K  ax  b    ak  b 

3. If   Ltx K f x    l,    Lt

x K   g x    m then 

i Ltx K    f x    g x    l   m 

ii Ltx K    f x  . g x    l   m 

iii Ltx K         ,  m   0 

iv Ltx K             √  

v Ltx K     f x    l ,       Lt

x K    g x    0 

Ltx K      f x  . g x    0 

Ex. 3:     Find  Ltx 2     

  Ans:    Ltx 2                  

         

              

Ex. 4:    Find    Ltx 3    2 5 

Page 92: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         92  

  Ans.     Ltx 3    2 5      3 2 5       

        5    5    25   5   30    

Indeterminate Form 

   If the value of the function becomes indeterminate like    ,    on substituting the value of the variables, mere substitution method may not be feasible.   In such case factorization of the function may remove the difficulties.  

For example:  Ltx 3                                  

       write    as    

                   x   3   6        

        Note      a   b   a – b  

Ex. 2:    Ltx ∞                               

                Ltx ∞      

     

    

   division of numerator and denominator by   

                       

  

    Since  

0   as x  ∞ 

    We go      1    

Ex. 3:       Ltx 3     

  

     

  Factorizing  the function we get 

Page 93: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         93  

      

          

      

              

   

Problems 

1. Find   Ltx 2    

  

                                 Ans:  ‐1  

2. Find   Ltx 1                                                    Ans:  2  

3. Find   Ltx 2    

             Ans:  

4. Find   Ltx 0    

    

                                             Ans:  8  

5. Find   Ltx ∞    

                 Ans:  2  

6. Find   Ltx 6    

  

           Ans:  

 

CONTINUITY 

  A function is said to be continuous in a particular region if it has determinate value  or a finite quantity  for every value of the variable in that region. 

  i.e.,   f x  may or may not be the same as f a  

  If     f x    f a  a finite quantity, then f x  is said to be a continuous function of x at x   a. 

  If a function is continuous over a range it is continuous at every  point of the range and can  be  represented  by  a  curve  which  has  no  gaps  and  no  jumps  in  the  range  concerned.  Therefore a function f x  is said to be continuous at x   a if f x  tends to f a from either side. 

       f x        f x     f a  

  Where x  refers to f  a + h) and x   refers to f(a – h) as h 0. 

 

Page 94: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         94  

Condition for continuity 

1. F a  exists 

2.    f x    f a , a finite quantity. 

If the conditions are not satisfied for any value of x, f x  is said to be discontinuous for that value of ‘x’. 

Eg:   If f x       and     f x      

If x   2. f x  does not have a finite value 

 f x  is continuous for any value of ‘a’ except 2. 

Eg. 1:   Check for continuity of function at x   1 

    f x            

 

Solution :        1  f x     1     

  

      1           x  4   5 

  But f 1  does not exist 

    i.e., substituting 1 for x in f x  function    

    

               ∞  indeterminate  

  Thus f x  is not continuous at x  1 

Eg. 2:  Prove that the function  3   2 is continuous for x   2 

  Ans:   f 2    2 3 2  2   8 is finite.   

    2    f x     0     2 3  2   2 

          2 3 2  2   8 

      2    f x     2  f x    f 2  

     f x  is continuous at x   2. 

 

Page 95: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         95  

DIFFERENTIATION  

  Differentiation  is  the  process  of  finding  the  rate  at  which  a  variable  quantity  is changing.  It concerned with determination of the rate of change in the dependent variable for a given small change in the independent variable. 

  Let ‘x’ be an independent variable and ‘y’ be depending upon ‘x’, then ‘y’ is a function of ‘x’. 

  Let  ∆x  be  small  change  in  ‘x’  corresponding  change  in  ‘y’  is  ∆y.    Then    is  called ‘incremental ratio’. 

  The value of incremental ration when ∆x is very small is called differential coefficient or derivative  of y with respect to ‘x’ and is denoted by    

  i.e.,       ∆x 0     

      implies derivative of ‘y’ with respect to ‘x’. 

  Derivative or differential coefficient of f x  is generally written as   f x  or f x  or    

or    where y   f x . 

  Derivation is the rate of change of y with respect to a change in x. 

Rules of Differentiation 

Rule No. 1: Power Function Rule or Polynomial Function Rule. 

  The derivative of a power function y   f x    where ‘n’ is any real number is   

  i.e.,    If y               

Examples 

1 y     ,         8    8  

2 y     ,          10     10      

3 y     ,         5 3        5 3    

4 y     ,                

Page 96: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         96  

5 y   √  ,     y      ,          ½       ½ 

6 y      ,         1         1 

 

Rule No. II: Derivative of a Constant 

  The derivative of a constant function is zero 

    If y   k where k is constant 

  Then          c    0 

Eg:‐     If y   10       0      

Rule No III: Derivative of the Product of a constant and a function. 

  The derivative of the product of a constant and a function is equal to the product of the constant and the derivative of the function. 

  If y     where ‘a’ is constant and a≠0 

                a             

Ex. 1        If  y   5  find    

          5           5 7    35       

Ex. 2    If y    ‐30   find   

          ‐30           ‐30   ‐5        

          150   

Rule No. IV Linear Function Rule   

  If y   mx  c where ‘m’ and ‘c’ are constant then        y   

   mx c  m 

Ex: 1     If y   5x  10 find   

             5          

Page 97: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         97  

Ex:2    If y    23   5  find                

              23 

Rule No. V: Addition Rule or Sum Rule 

  The  derivative  of  a  sum  of  two  function  is  simply  equal  to  the  sum  of  the  separate derivatives. 

  If y u   f x  and v   g x  are the two function then     u v             Derivative of 

the first function   Derivative of Second  

Ex.1:    If y   5  3 2    

             5    3     2 

                  35  6          

Ex.2:    If y    10  3 4 10     find      

            60  12 8    

Rule No. VI: Subtraction Rule 

  The derivative of a difference  two  function  is equal  to  the difference of  the separate derivatives. 

  If y   u – v then 

                    ie derivative of the first functions ‐ minus derivative of the second function  

Ex. 1:    If y    4 50  find      

              4     50   

        9 24  

Ex. 2    If y  20  2  4   ‐ 50 find      

        20     2    4           50     

                60  8   – 4 

Page 98: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         98  

Rule No. VII: Product Rule or Multiplication Rule 

  The derivative of the product of two functions is equal to the first function multiplied by  the  derivative  of  the  second  function  plus  the  second  functions  multiplied  by  the derivative of the first function. 

  If u   f x  and v   g x  are the two given function then 

          u. v    u 

  v   

       

Example: 

1. If y    3 5 5 7   find   

Solution:    consider u   3 5,    v   5 7      

         6x,           

     15       

            3 5 15      5 7 6     

       45 75 30 42     

        75 75 42  

2. Find    if y     

           u     v        

        2 1      4 3  

       2   2 4 3 4 3  

        6 10 4  

Rule No. VIII:  Quotient Rule or Division Rule 

  The derivative of the quotient of two functions is equal to the denominator multiplied by the derivative of the numerator minus the numerator multiplied by the derivative of the denominator, all divided by the square of the Denominator.  

  If y       Where u   f x  and v   g x  then  

          .    

      

Page 99: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         99  

Example 

1. If y      find     

          

       

                   

                   

 –        

  

2. If y      find     

              

      

              

       

           

 

 

Rule No. IX : Chain Rule or Function of Function Rule 

  If ‘y’ is the function of ‘u’ where ‘u’ is the function of ‘x’, then the derivative of ‘y’ with respective to x i.e    is equal to the product of the derivative of ‘y’ with respect of ‘u’ and the derivative of ‘u’ with respect of ‘x’. 

  i.e., If y   f u , where u   f x  

  then            

Example: 

1. If y   7u   3 where u   5x    find   

              

         7,      10x      

Page 100: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         100  

          7   10x   70x 

2. If y    z 10 and z   x  find          

                

         3z ,      7x     

       3z 7x     Sub. x  for z we get    

     3 x 7x    3x 7x     21x  

3. Find   if y    x 3x  we find   by the chain rule 

    Let u   x 3x    

     y   u     

                  2u  3x 3       

     2 x 3x 3x 3  since u    3     

      2x 6x 3x 3    6 6 18 18    

     6 24 18  

 

Rule No. X: Parametric Function Rule 

  If  both  ‘x’  and  ‘y’  are  the  differential  function  of  ‘t’  then  the  derivative  of  ‘y’  with represent to ‘x’ is obtained by dividing the derivative of ‘y’ with respect to ‘t’ by the derivative of ‘x’ with respect to ‘t’ . i.e., if x   f x  and y   g t  then 

                      ÷   

Examples: 

  Find    if x     and y   4        

               ÷   

Page 101: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         101  

          4a,     = 4             

        =    =            

Rule No. XI:  Implicit Function Rule. 

  An  equation  y  =  4 2   10  directly  expresses  ‘y’  in  terms  of  ‘x’.    Hence  this function is called ‘Explicit Function’. 

  An equation    2  = 0 does not directly express ‘y’ in terms of ‘x’.  This types of function is called ‘ Implicit Function’. 

  In  order  to  find  the  derivative  of  Implicit  Function  every  term  in  both  sides  of  the function is to be differentiated with respect to ‘x’. 

Example: 

1. Find   of the following function 3x – 2y = 4         

      3x   ‐   

 2y  = 

  (4)       

    3 ‐ 2   = 0,  ‐ 2  = ‐3,    =    = 1.5 

2. xy   6 

    x    y   + y  

   x  =    (6)    (Product Rule)   

            + y  = 0   

           

3.   2  = 10        

      x  + 2y  

   (x) +2x      (y)+       (y )      =   10 

    = 2x +2y+2x  + 2y  = 0 

    = 2x  +2y  = ‐(2x +2y) 

    =  (2x+2y)     = ‐(2x +2y)   

              ‐1 

Rule No. XII: Inverse Function Rule 

Page 102: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         102  

  The  derivative  of  the  inverse  function  i.e.,    is  equal  to  the  reciprocal  of  the 

derivative of the original function i.e.,   

      i.e.,         

Example 1. Find the   of the function y      

          4  

                    

2. Find the derivative of the inverse function 

      y    x 2 x 4  

              x 2 4x x 4 2x  

                 4x 8x 2x 8x            

                  6x 8x 8x 

                

Rule No. XIII:  Exponential Function Rule. 

  The  Derivative  of  Exponential  function  is  the  exponential  itself.    If  the  base  of  the function is ‘e’ the natural base of an exponent. 

Example 

1. If y    , then        

2. If y    , then        

3. If y    , then      2  

4. Find     if y    ,   

    Let  u    2 

               y           

Page 103: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         103  

                2x    

     2x    since u     2 

Note:‐  if y     when u   g x  then        

           .          

5. Find     if  y       

    Let  u                               

                 2x  

         2x 

6. Find     if  y                        

    Let u      4 6 10 

        12 12            

          

        12 12    

               12 12    

Rule No XIV: Logarithmic Function Rule 

  The  derivative  of  a  logarithm  with  natural  base  such  as  y    log  x,  then           

  If y   log u, when u   g x , then      .                        

           .    

           .    

Example 

Page 104: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         104  

1. If y   log   find                                

     Let u      y   log u 

          .           3x    

            since u     

Rule No. XV:  Differentiation of one function with respect to another function. 

  Let f x  and g x  be two functions of ‘x’, then, derivative of f x  with respect to g x  is  

                                

  i.e., differentiate both the function and divide  

Examples:‐ 

1. Differentiate  1   with respect to  1                  

      

    2x 

      

    2x     

        

              1 

2. Differentiate    with respect to                 

      Let u             

            

                

    Let v              

             

Page 105: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         105  

              

           ÷                ÷        

                 

Rule  No  XVI:  Derivative  of  a  Derivative  or  Higher  order  Derivative  or  Successive                     Derivative 

  The  first  order  derivative  of  ‘y’ with  respect  to  ‘x’  is    or  ,  then  second  order derivative  is  obtained by differentiating  the  first  order derivative with  respect  to  ‘x’  and  is written as 

            and is denoted as   

Example: 

1. If y   5 3 8 2  find   ,   and            

           15x 6x 8  

           30x   6 

         30 

2. If y   x x x  find  ,    

             4x 2x     

           12x 2  

            24x 

MAXIMA AND MINIMA 

Maxima 

  A  function  f x   is  said  to  have  attained  its  ‘Maximum  value’  or  ‘Maxima’  at x   a, if f x  increase up to x   a, stops to increase and begins to decrease at x   a. 

Minima  

Page 106: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         106  

  A function f x  is said to attained its ‘Minimum Value’ or Minima at x  a, if the function decrease up to x   b and begins to increase at x   b 

 

Condition for Maxima & Minima 

1. A function is said to be maximum at x   a if    is zero and     0 or negative. 

2. A function is said to be minimum at x   b if     0 and    0 or positive 

 Y                         A                                                                           B  

  O                      a                      b                            X

 

  In the diagram, point A is the maximum point because y has a maximum value at this point when x   O a.  Therefore we say that at point A, Y is maximum i.e., the value of Y at A is higher than any value on either side of A.  As value of X increase from ‘a’ to ‘b’, the slope of the curve decreasing or the slope curve changes from zero to negative.  Therefore A is maximum when 

         0 and      0  or negative  

  Similarly point B is Minimum when       0 and      0  or positive  

Point of Inflection 

Page 107: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         107  

  For a single valued function, the function may become concave from convex or convex from concave at a point, that point is called the point of inflection. 

Criterion for point of Inflection 

1.      0 

2.    0 

3.    0 

Examples: 

1. Find the maximum or minimum of the function y   x 4x 10  

    y   x 4x 10          

          2x – 4 

  At the maximum or minimum  0 

  Therefore 2x – 4   0     2x   4,   x   4/2   2   The function may be maximum or minimum at x   2 

          2   0  positive  

  Therefore the function has minimum at x   2. 2. Find the maximum or minima of the function  

    y   2x 6x   Solution      

          6x  6 

At maxima or minima       0           

      6x  6   0 

         6x     6 

          x               1 

      x     1 At x   ‐1 pr  1 the function is either maxima or minima. 

        12x 

When x   1,        12   1   12  positive  

Page 108: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         108  

  The function is maxima. 

  When x   ‐1,        12   ‐1   ‐12  negative  

The function is maxima  Problems 

  Ex. 1:  The total revenue function of a firm is given by R   21x x    and its total cost function is C   1 3 3 7 10 where x  is the output.   Find  a  the output at which the total revenue is maximum  b  the output at which the total cost is minimum.  Ans:  a  By differentiating the total revenue function we can obtain the maximum value 

      R    21x x    

           21 – 2x        

          ‐2  negative  

  Taking      0 we get        

      21 – 2x   0 

      21   2x,  x    21 2    10.5 

  Since    is negative.  Revenue is maximum 

      When output x   10.5            b    By differentiating the total cost function we can obtain the minimum cost. 

          C   1 3 3 7 10    

            6 7 

          2x – 6 

           Taking        0 we get  

      6 7   Solving this quadratic equation, we get, x   7, ‐1   Since output cannot be negative x   7 

  Substituting x   7 in     we get 

      2   7‐6   8  positive    So total cost is minimum when output is 7 

Page 109: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         109  

Increasing & Decreasing Function  

  A  function  is  an  increasing  function  if  the  value  of  the  function  increases  with  an increase in the value of the independent variable and decrease with a decrease in the value of the independent variable.   i.e., y   f x  is an increasing function if  , for  ,   domain of the function.    Similarly  the  value  of  a  decreasing  function  increasers  with  a  fall  in  the  value  of independent variable and decrease with an increase in the value of independent variable.   i.e.,  , for  ,   domain of the function.    The  derivative  of  a  function  can  be  applied  to  check  whether  given  function  is  an increasing function or decreasing function in a given interval.   If the sign of the first derivative is positive, it means that the value of the function f x  increase as the value of the independent variable increases and vice versa.   i.e., a function   y   f x  differentiable in the interval  a, b  is said to be an increasing function if and only if its derivatives on  a, b  is non negative. 

  i.e.,        0 in the interval  a, b  

  A function y f x  differentiable in the interval  a, b  is said to be a decreasing function is and only if its derivative on  a, b  is non positive. 

  i.e.,        0 in the interval  a, b  

  The derivative of a curve at a point also measure the slope of the tangent to the curve at that point.  If the derivative is positive, then it means that the tangent has a positive slope and  the  function  curve   increases  as  the  value  of  independent  variable  increase.    Similar interpretation is given to the decreasing function and negative slope of the tangent.        Y  

       

            O         x1                         x2     X 

   Y  

     

      O x1   x2         X   

            Increasing Function        Decreasing Function 

Page 110: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         110  

Ex:  Check whether the function 3x 3x x 10   is increasing or decreasing Solution      

       3x 3x x 10   

       9x 6x 1         3x 1  

  The  function  is  always  positive  because  3x 1     is  positive  since  square  of  a  real number is always positive.      

  Therefore  3x 3x x 10   is increasing.  

Convex and Concave Function 

  For a monotonic  function we know the  functions  increases or decreases.   But we do not know whether the function increases or decreases at an increasing rate or at a decreasing rate.  The sign of second derivative shows it. 

Convex Function   If second derivative of a function f x  is positive i.e.,    0, then the function is said to be a convex function in the given interval. 

 Concave Function   If the second derivative of a function f x  is negative i.e.,     0, then the function is said to be a concave of function in the given interval.          Y             O                                                                                                                                        X                   

     Y                  O               X

    Convex Function        Concave Function 

Page 111: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         111  

Ex:   Show that the curve of y    2x – 3   1/x convex from below for all positive values of x.  Solution  y   2x – 3   1/x 

          2  1       

            2  

Since      2    0 for x 0 the curve is convex from below for all positive value of x.  

Ex:2  Show that the demand curve P     ‐8 is downward sloping and convex from below. 

  We have, 

      P     ‐8 

             

Since     slope  is negative the demand curve is downward sloping.   

        is positive, the demand curve is convex from below. 

 

PARTIAL AND TOTAL DIFFERENTIATION 

  A  variable  may  depend  up  on more  than  one  independent  variables.    For  example quantity demand for a commodity may depend on price,  Price of related commodity, income of  the consumer, tastes and preferences etc.   Thus we can write Q   f Px, Y, T, ….  where Q represent quantity demand of x, Px price of x, Y, income of consumer.  

Partial Derivatives   When  a  dependent  variable  depends  on  a  number  of  independent  variables,  then differential  coefficient  of  the  dependent  variable  with  respect  to  one  of  the  independent variable,  keeping  the  other  independent  variables  as  constant  is  called  partial  differential coefficient.   Let Z   f x, y  

  Then  derivative  of  Z with  respect  to  x when  y  is  held  constant  is  called  the  partial derivative  of  Z with  respect  to  x  and  is  denoted  by    .    Similerly  the  derivative  of  Z with respect to y, when ‘x’  is held constant  is called the partial derivative of Z with respect to  ‘y’ and is denoted by   . 

Page 112: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         112  

Example 

     5xy   5y 

      5xy    5x 

          2x   0   2x 

          0   2x   2y 

                      

                             

             x .      

Example 

  If Z   2 3 4  find   and    at x   5, y   4   

          4x ‐ 3y 

         ‐3x   8y 

      at x   5 and y   4 

      4   5 – 3   4   20 – 12   8 

       at x   5 and y   4 

      ‐3   5   8   4   ‐15   32   17     Second order partial derivatives  

    1.                 2.     

  3.             4.    

Page 113: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         113  

Example : Find the first and the second order partial derivatives for Z   3 2 28 

Ans: 

         9 4  2  

          2 2 2  3     2 4  3  

                    ‐4x  4y 

                    ‐4x  4y 

            18x – 4y 

            4x   6y  

TOTAL DIFFERENTIATION   Let ‘x’ and ‘y’ be two independent variables and ‘z’ be depending on them, so that ‘z’ is a function of x and y.   We can write z   f x, y    The change in ‘z’ corresponding to a very small change in ‘x’ when ‘y’ remain constant is   . 

  Let ∆x be small change in x, then the change in z will be    ∆x 

  Similarly when ∆y is a small change in y then    ∆y is the corresponding change in z. 

  The total change in Z    ∆z      ∆x      ∆y  

  when ∆x is very small. 

  In the limit case. 

    dz      dx      dy 

  This is called total differential of z with respect to ‘x’ and ‘y’ 

Ex:  Find the total differential of z   3  2   

  Ans:  dz      dx      dy 

    6x  y  dx    x – 6y2 dy 

Page 114: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         114  

  

MODULE V 

FINANCIAL MATHEMATICS  Part A ­  Concepts   Financial Mathematics [ 

  “The  special  sphere  of  finance  within  economics  is  the  study  of  the  allocation  and deployment of economic resources...in an uncertain environment.” From Robert Merton’s Nobel Prize lecture 

  Financial Mathematics  is a collection of mathematical  techniques  that are used  in  the area of finance. The discipline has  close  relation  to  financial  economics, which  is  concerned with much of the underlying theory. Thus financial mathematics is applied in nature. This has been included in your syllabus, because without the knowledge of the basic tools of financial mathematics, one can not apply the theories of macro economics or monetary economics in a real  world  situation.  Examples  are  Asset  pricing:  derivative  securities,  Hedging  and  risk management, Portfolio optimization and Structured products. 

  Financial economics is the branch of economics studying the interrelation of financial variables,  such as prices,  interest  rates and shares,  as opposed  to  those  concerning  the  real economy.  Financial  economics  concentrates  on  influences  of  real  economic  variables  on financial ones, in contrast to pure finance. 

  It  studies  the  following:  Valuation  ‐ Determination  of  the  fair  value of  an  asset, How risky is the asset? (Identification of the asset appropriate discount rate), What cash flows will it  produce?  (Discounting  of  relevant  cash  flows),  How  does  the  market  price  compare  to similar  assets?  (Relative  valuation),  Are  the  cash  flows  dependent  on  some  other  asset  or event? (Derivatives, contingent claim valuation) 

  Financial  Econometrics  is  the  branch  of  Financial  Economics  that  uses  econometric techniques to parameterize the relationships. 

  The  financial  markets  worldwide  have  seen  a  tremendous  growth  in  the  last  four decades.  This  was  driven  largely  by  financial  innovation  riding  on  complex  pricing  and hedging  formulas  provided  by  pioneering  developments  in  mathematical  finance.   Mathematical  finance  also  contributed  strongly  by  providing  quantitative  models  for investment  in  portfolio  of  assets  and  in managing  diverse  and  complex  market,  credit  and operational  risks.    Financial  derivatives  were  introduced  in  Indian markets  in  2000.  Since then they have grown tremendously in trade volume. However, India currently lacks a critical mass  of  researchers  and  practitioners  adept  in  further  developing  and  implementing sophisticated ideas in Financial Mathematics. 

  It  is  important  to  acknowledge  that  financial  markets  serve  a  fundamental  role  in 

Page 115: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         115  

economic growth of nations by helping efficient allocation of investment of individuals to the most  productive  sectors  of  the  economy.  They  also  provide  an  avenue  for  corporates  to raise  capital  for  productive  ventures.  Financial  sector  has  seen  enormous  growth  over  the past  thirty  years  in  the  developed  world.  This  growth  has  been  led  by  the  innovations  in products  referred  to  as  financial  derivatives  that  require  great  deal  of  mathematical sophistication  and  ingenuity  in  pricing  and  in  creating  an  insurance  or  hedge  against associated risks. History of Financial Mathematics:   The origins of much of the mathematics in financial models traces to Louis Bachelier’s 1900  dissertation  on  the  theory  of  speculation  in  the  Paris  markets.  Completed  at  the Sorbonne  in 1900, this work marks the twin births of both the continuous time mathematics of stochastic processes and the continuous time economics of option pricing. While analyzing option pricing, Bachelier    provided    two    different    derivations    of    the    partial    differential  equation  for  the probability density for the Wiener process or Brownian motion. In one of the derivations,  he  works  out  what  is  now  called  the  Chapman‐Kolmogorov  convolution probability integral. Along the way, Bachelier derived the method of reflection to solve for the probability function of a diffusion process with an absorbing barrier. Not a bad performance for  a  thesis  on  which  the  first  reader,  Henri  Poincaré,  gave  less  than  a  top  mark!  After Bachelier,  option  pricing  theory  laid  dormant  in  the  economics  literature  for  over  half  a century until economists and mathematicians renewed  study  of  it  in  the  late  1960s.  Jarrow and  Protter  speculate  that  this  may  have  been because the Paris mathematical elite scorned economics as an application of mathematics.   The  first  influential  work  of  mathematical  finance  is  the  theory  of  portfolio optimization  by  Harry  Markowitz  on  using  mean‐variance  estimates  of  portfolios  to  judge investment  strategies,  causing  a  shift  away  from  the  concept  of  trying  to  identify  the  best individual stock for investment. Using a linear regression strategy to understand and quantify the risk (i.e. variance) and  return  (i.e. mean)  of  an  entire  portfolio  of  stocks  and  bonds,  an optimization  strategy  was  used  to  choose  a  portfolio  with  largest  mean  return  subject  to acceptable levels of variance in the return.  Simultaneously,  William  Sharpe  developed  the  mathematics   of   determining    the correlation   between   each   stock   and    the   market.   For  their   pioneering   work,   Markowitz   and Sharpe, along with Merton Miller, shared the 1990 Nobel Memorial  Prize  in  Economic  Sciences,  for  the  first  time  ever  awarded  for  a work  in finance.   The portfolio‐selection work of Markowitz and Sharpe introduced mathematics to the study  of  investment  management.  With  time,  the  mathematics  has  become  more sophisticated. Thanks  to Robert   Merton    and    Paul    Samuelson,    one‐period   models   were  replaced   by    continuous    time, Brownian‐motion models,  and  the quadratic utility  function implicit  in  meanâvariance  optimization  was  replaced  by  more  general  increasing,  concave utility functions.   The  next  major  revolution  in  mathematical  finance  came  with  the  work  of  Fischer Black and Myron  Scholes  along  with  fundamental  contributions  by  Robert  C.  Merton,  by  modeling financial markets with  stochastic models.  For  this M.  Scholes  and R. Merton were awarded  the  1997 Nobel Memorial  Prize  in  Economic  Sciences.  Black was  ineligible  for  the prize because of his death in 1995.   Why as study of   financial economics is needed: Finance may be defined as the study of 

Page 116: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         116  

how people allocate scarce resources over time. The outcomes of financial decisions (costs and benefits) are spread over time. They are not generally known with certainty ahead of time, i.e. subject to an element of risk. Decision makers must therefore be able to compare the values of cash flows  at  different dates and take a probabilistic view. 

  Modern    mathematical    finance    theory  begins    in    the    1960s.    In  1965    the  economist    Paul  Samuelson  published  two  papers  that  argue  that  stock  prices  fluctuate randomly  .  One  explained  the  Samuelson  and  Fama efficient  markets hypothesis  that  in  a well‐functioning  and  informed capital market, asset‐price dynamics are described by a model in which the best estimate of an asset’s  future  price  is  the  current  price  (possibly  adjusted for  a  fair  expected  rate  of  return.) Under this hypothesis, attempts to use past price data or publicly  available  forecasts  about  economic  fundamentals  to  predict  security  prices  are doomed to failure. In the other paper with mathematician Henry  McKean, Samuelson  shows that  a  good  model  for  stock  price  movements  is  geometric  Brownian  motion.  Samuelson noted  that  Bachelier’s  model  failed  to  ensure  that  stock prices would always be positive, whereas geometric Brownian motion avoids this error . 

  The  most  important  development  in  terms  of  practice  was  the  1973  Black‐Scholes model  for  option  pricing.  The  two  economists  Fischer  Black  and  Myron  Scholes  (and simultaneously,  and  somewhat  independently,  the  economist  Robert  Merton)  deduced  an equation  that  provided  the  first  strictly  quantitative  model  for  calculating  the  prices  of options.  The  key  variable  is  the  volatility  of  the  underlying  asset.  These  equations standardized  the  pricing  of  derivatives  in  exclusively  quantitative  terms.  The  formal  press release  from  the  Royal  Swedish  Academy  of  Sciences  announcing  the  1997  Nobel  Prize  in Economics  states  that  the  honor  was  given  “for  a  new method  to  determine  the  value  of derivatives. Robert C. Merton and Myron S. Scholes have, in collaboration with the late Fischer Black developed a pioneering  formula  for  the valuation of stock options. Their methodology has paved the way for economic valuations in many areas. It has also generated new types of financial instruments and facilitated more efficient risk management in society.” 

Growth rate: Simple and Compound 

  Growth Rate is the amount by which a variable increases over a given period of time as a percentage of its previous value. For example, a 3% growth rate in GDP for a year means that the value of an economy is 103% of the value of the previous year. 

Simple Growth Rate 

  Hope you remember  the Aesop’s  fable of  the golden goose  that  lays golden eggs. The simple growth rate pays a fixed amount of return over time. Like the goose, every day it laid a single golden egg.  It  could not  lay  faster  (more  than one egg per day),  and  the eggs did not grow into golden geese of their own. A simple growth rate is linear. That is to say, the increase in each period is some fraction of the initial value. 

  A compound growth rate is exponential. It is the measure of how much something grew on  average,  per  year,  over  a  multiple‐year  period,  after  considering  the  effects  of compounding. Increase in each period is a specified fraction of the value in the prior period. The  distinction  between  simple  growth  rate  and  compound  growth  rate  is  the  same  as  the difference  between  simple  interest  and  compound  interest.  In  compound  interest  after  the 

Page 117: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         117  

fixed period of say 6 months or one year the interest accrued till then is added to the capital. Therefore for the next period of 6 months or 1 year the added interest also gets interest.  i.e. the  interest  is  compounded.  Albert  Einstein  called  compound  interest  “the  greatest mathematical discovery of all time”. 

  The  compounded  annual  growth  rate  (CAGR)  is  the  rate  at  which  something  (e.g., revenue,  savings, population) grows over a period of years,  taking  into account  the effect of annual compounding. A compound is composed of two or more parts. In the case of compound growth, the two parts are principal and the amount of change in the principal over a certain time period, which  is  called  ‘interest’  in  some  circumstances  (as  we  saw  above).  This  is sometimes  called  ‘growth on growth’ because  it measures periodic growth of a value that  is itself  growing periodically.  If  we  are  calculating  the  annual  compound  growth  rate,  then each  year  the  new basis  is  the previous basis plus  the growth over  the previous period.  In looking at an investment, the CAGR is a measure that is commonly used to show how quickly the  investment,  or  certain  aspects  of  it,  such  as  gross  sales,  have been  growing.  Investment analysts often look at five‐year periods to discern a trend. A specific company’s rate of growth is often then compared with that of competitors or with the industry as a whole. 

  For example consider an  investment of Rs.100 at 10% annual  interest. Let us see  the difference  between  simple  interest  and  compound  interest.  As  per  simple  growth  rate, Total  Value  at  the end of year 1 will be Rs. 110, at the end of year 2 will be Rs. 120 and year 3 will be Rs. 130. As per compound growth rate, Total Value at the end of year 1 will be Rs. 110, at the end of year 2 will be Rs. 120 and year 3 will be Rs. 130. The Compound Total Value at the end of years 1,2, 3 will be Rs. 110, Rs. 121, Rs. 133.10 respectively. 

Depreciation 

  Depreciation may be defined as a method of allocating the cost of a tangible asset over its useful life. Businesses depreciate  long‐term assets  for both  tax and accounting purposes.  Depreciation  is also defined as a decrease  in an asset’s value  caused by unfavorable market conditions. For accounting purposes, depreciation indicates how much of an asset’s value has been  used  up.  For  tax  purposes,  businesses  can  deduct  the  cost  of  the  tangible  assets  they purchase  as  business  expenses;  however,  businesses  must  depreciate  these  assets  in accordance with tax rules about how and when the deduction may be taken based on what the asset is and how long it will last. 

  Depreciation is a measure of the wearing out, consumption or other loss of value of a depreciable asset  arising  from  use,  effluxion  of  time  or  obsolescence  through  technology  and    market  changes.  Depreciation  is  allocated  so  as  to  charge  a  fair  proportion  of  the depreciable  amount  in  each  accounting  period  during  the  expected  useful  life  of  the  asset. Depreciation includes amortization of assets whose useful life is predetermined.   Depreciation  is  used  in  accounting  to  try  to  match  the  expense  of  an  asset  to  the income that the asset  helps  the  company  earn.  For  example,  if a  company  buys  a piece  of equipment  for  Rs10  lakh  and  expects  it  to  have  a  useful  life  of  10  years,  it  will  be depreciated  over  10 years.  Every accounting          year,          the          company         will          expense     Rs.100,000 (assuming      straight‐line depreciation), which  will  be matched  with  the  money that  the  equipment  helps  to make  each year. Time Value of Money 

Page 118: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         118  

  Time literally is money ‐ the value of the money we have now is not the same as it will be in the future  and  vice  versa.  So,  it  is  important  to  know how  to  calculate  the  time  value of  money  so  that  you  can  distinguish  between  the  worth  of  investments  that  offer  you returns  at  different times. 

  The time value of money serves as the foundation for all other notions in finance. Time Value of Money. The concept is based on the concept that a dollar that you have today is worth more than the promise or expectation that you will receive a dollar in the future. Money that you hold today is worth more because you can invest it and earn interest. After all, you should receive  some  compensation  for  foregoing  spending.  For  instance,  you  can  invest  your  one rupee for one year at a  6%  annual  interest  rate  and  accumulate  Rs.  1.06  at  the  end  of  the year.   You  can  say  that the future  value of  one  rupee    is  Rs.  1.06  given  a  6% interest  rate and  a  one‐year period.  It follows that the present value of the Rs. 1.06 you expect to receive in  one  year  is  only  Rs.  1.  But why  is  this?  Rs.  100  has  the  same  value  one  year  from now, doesn't  it?  Actually,  although  the  amount    is  the  same,  you  can  do  much  more  with  the money  if you have  it now because over time you can earn more interest on your money.   

   In  the above  table Option A shows what happens  to Rs. 10000 after 3 years. The Rs. 10000    you  invest  today  grows  to Rs.  10000 +  interest  at  the  end of  three  years. Option B shows what is the value of Rs. 10000 you get after three years. That’s is,  the future value for Option B, would only be Rs. 10,000. So how can you calculate exactly how much more Option A is worth, compared to Option B?  Future Value    If  you  choose  Option  A  and  invest  the  total  amount  at  a  simple  annual  rate  of  5%, the  future value of your investment at the end of the first year is Rs.10, 500, which of course is calculated by multiplying the principal amount of Rs.10,000 by the interest rate of 5% and then adding the interest gained to the principal amount:  Future value of investment at end of first year:  = (Rs. 10,000 × 0.05) + Rs.10,000 = Rs.10,500     This  is a direct method of calculation and  it  is easy  for calculation of one year. But  if you  want  to  calculate  for  more  than  one  year,  this  calculation  may  turnout  to  be complex.  So  we  use  a formula to make the same calculation, which will make calculations for 

 Present Value   

   0  1  2  3 

 ←Years 

      Option A 

 Rs. 10000                                                                              Rs. 10000 + interest

 Option B 

 Rs. 10000 – interest                                                           Rs. 10000 

Page 119: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         119  

more than one year easy. 

  Future  value  =  original  amount  ×  (1  +  interest  rate  per  period)Number  of  periods  

Using  the  above  formula  for  calculation  future  value  of  investment  at  end  of  first  year:  

Future value = 10000 × (1 + 0.05)1 = 10000×1.05 = 10500 Future value of investment at end of 2 years: 

Future value = 10000 × (1 + 0.05)1+1 = 10000×1.052 = 10000 × 1.1025 = 11025 Future value of investment at end of 3 years: 

Future value = 10000 × (1 + 0.05)1+1+1 = 10000×1.053 = 10000 × 1.16 = 11600 Future value of investment at end of 10 years: 

Future value = 10000 × (1 + 0.05)10 = 10000×1.0510 = 10000×1.63 = 16288.95 In general future value of investment at end of n years: 

Future value = P(1+i)n  

Present Value 

  Now  consider  option  B  in  the  above  table.  Here  the  question  is  to  find  the  present value  of  a future sum. If you received Rs.10,000 today, the present value would nothing but Rs.10,000 because present value is what your investment gives you now if you were to spend it  today.  If  Rs.10,  000 were  to  be  received  after  one  year,  the  present  value  of  the  amount would not be Rs.10,000 because you do not have it in your hand now, in the present. To find the present value of  the  future Rs.10, 000 we need to  find out how much we would have  to invest today in to receive that Rs.10,000 in the future, say after one year. 

  To  calculate  present  value,  or  the  amount  that  we  would  have  to  invest  today,  we must  subtract  the  (hypothetical)  accumulated  interest  from the  Rs.  10,000. To  achieve  this, we  should do discounting,  that  is  to  discount  the  future  payment  amount  (Rs.  10,000)  by the  interest  rate  for  the  period.  For  this  all  we  have  to  do  is  rearranging  the  future  value equation  above  so  that  you  may  solve  for  P.  The  above  future  value  equation  can  be rewritten by replacing the P variable with present value (PV) and manipulated as follows:  Original equation:  Future Value = original amount × (1 + interest rate per period)Number of periods  Future Value = P(1+i)n  Replacing the P variable with present value PV, and writing FV for future value, we get  F V = PV(1+i)n  Divide both sides by (1+i)n 

           =    

Page 120: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         120  

                = PV   Bringing (1+i)n to the numerator,          PV = FV(1+i)­n 

    Consider option B. We walk backwards  from  the Rs.10,000 offered after  three years. Note that, the Rs.10,000 is to be received after three years. It is another way of looking at the future value of  an  investment.  So,  here  is  how  we  can  calculate  today's  present  value  of the  Rs.10,000 expected from a three‐year investment earning 5%.  

PV of three year investment = 10000    1 0.05   = 10000   0.86 = 8638.38 

  This means that if you invest Rs. 8638.38 today, @ 5 % rate of interest, it will grow to Rs.  10000  in  three  years.  In  other  words  the  present  value  of  a  future  payment  of Rs10,000  is worth Rs 8638.38 today if interest rates are 5% per year. Similarly 

PV of 2 year investment = 10000    1 0.05   = 10000   0.91 = 9070.29 

  This means that if you invest Rs. 9070.29 today, @ 5 % rate of interest, it will grow to Rs. 10000 in two years. 

Similarly 

PV of 1 year investment = 10000    1 0.05   =  10000 × 0.95 = 9523.81 

This means  that  if  you  invest  Rs.  9523.81  today, @ 5 %  rate  of  interest,  it will  grow  to Rs. 10000 in one year. 

The in the equation for present value 

PV = FV(1+i)­n 

  All we are doing  is discounting  the  future value of an  investment, as we are going  to see  in  the next  section.  For  example,  in  the  above  case,  the  present  value  of  a  Rs.  10000 payment in one year would be Rs. 9523.81. 

The formula  PV = FV(1+i)­n can be rewritten to find interest rate. 

        i =  ‐1 

So in the above example interest rate 

        i = .

‐1  =  1.05 – 1 = 0.5 

Page 121: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         121  

Thus we get the interest rate as 5 %. 

A related concept is NPV which is discussed below. 

Net present value (NPV)   The  basic  concept  of  a  net  present  value  procedure  is  that  a  rupee  in  hand  today  is worth more than a rupee to be received sometime in the future. A rupee is worth more today than tomorrow because today’s rupee can be invested and can generate earnings. In addition, the  uncertainty  of  receiving  a  rupee  in  the  future  and  inflation  make  a  future  rupee  less valuable than if it were received today.   The  concept of net present value can be stated  in another manner:    The best way  to evaluate a business case is to recognize the fact money received in the future is not as valuable as money received today.   Most of us would prefer to receive Rs.100 today than get paid Rs. 100 five years from now because we can take that Rs. 100 today and invest it in an asset that provides us with a return.  This concept is often referred to as the time value of money.   This discounting procedure converts the cash flows that occur over a period of future years into a single current value so that alternative investments can be compared on the basis of that single value. This conversion of flows over time into a single figure via the discounting procedure takes into account the opportunity cost of having money tied up in the investment. 

  For example, assume that a manager can earn an 8% annual return on funds invested in  his  or  her business. Based on  this  return,  if  the manager  invests Rs.  681  today,  then  the investment will be worth Rs.1,000 in five years (Table 1). 

Table 1  Year   Value at    Interest  Annual  Amount     the    rate Interest  the end of    beginning    the year   

  1 

of the year  

681 

   

× 

  

8 % 

  

  

54 

   

735 

   2 

 735  × 8 % = 59 

 794 

   3 

 794  × 8 % = 64 

 858 

   4 

 858  × 8 % = 69 

 926 

   5 

 926  × 8 % = 74 

 1000 

 

  To adjust money for its future value, you use compounding (as  in the above example) to obtain the future value of a current sum. Every year, you add an amount to the money you already have based on the rate of return you earn. You do the reverse to calculate the present value of money you could receive in the future. 

  To  calculate  a  present  value  ‐  or  discount  future  earnings  to  the  present‐  assume, 

Page 122: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         122  

for  example, that a manager earning 8% on his or her capital will receive Rs.1,000 at the end of each year for the next five years. The discount factor for money received at the end of the first year, assuming an  8%  rate,  is  0.9259.  Hence,  the  Rs.1,000  received  at  the  end  of  the first  year  has  a  present value of only Rs.925.90 (Rs.1,000 x 0.9259).  In similar  fashion, you can  calculate  the present  value of  the Rs.1,000  received at  the  end of  years  two  through  five using  the  discount  factors from the appendix for 8% and the appropriate years. You can then determine the present value of this  flow  of money  as  the  sum of  the  annual  present  values. So  the  present  value  of  an  annual flow of Rs. 1,000 for each of  five years (assuming an 8% discount rate) is only Rs. Rs.3,992.60. As  a  manager,  you  would  be  equally  well  off  if  you were  to  receive  a  current  payment  of Rs. 3,992.60 or the annual payment of Rs.1,000 per year  for  five  years,  assuming  an  8%  discount  rate.  In  essence,  discounting  reverses  the compounding process and converts a future sum of money to a current sum by discounting or penalizing  it  for  the  fact  that  you  do  not  have  it  now,  but  have  to  wait  to  get  it  and consequently give up any earnings you could obtain if you had it today.  

Calculating NPV 

  The NPV of a project is the difference between PV of benefits (cash inflows) and PV of costs  (cash outflows  i.e.  investment).    In other words  the PV of net benefits of  a  series of  a project is called NPV. 

NPV =   ∑  ‐ ∑   or 

NPV =   ∑     or 

NPV = ∑   ‐ initial investment (C0) or  NPV = total PV of cash inflows – total PV of cash outflows  Where Rt = Benefits in  year t.  

Ct = cots in year t 

Bt = Rt‐ Ct = Net benefit in year t  

i = discount rate 

For economic viability of a project, NPV≥0 (i.e. positive)   Greater the NPV more   profitable 

is the project, so accept 

If NPV is negative project is undesirable  NPV = 0, It is a matter of indifference. 

NPV = PV of benefits – PV of costs 

E.g.  Calculate  the  NPV  for  a  project  requiring  an  initial  investment  of  Rs.  20000,  & which provides a net cash inflow of Rs. 6000 each yr for 6 yrs.  Assume the cost of capital to be 8% p.a. & that there is no scrap value? 

Page 123: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         123  

NPV = TPV of cash inflows – TPV of cash outflows 

  = 6000 x PVF 8%,6 – initial investment 

  = 6000 x 4.623 – 20000 

  = 27738 – 20000 = 7738 

or 

 NPV =   ∑     ‐ Co 

NPV = 6000/(1.08)1 + 6000/(1.08)2 + .... 6000/(1.08)6 – 20000 

  = 5555.6 + 5145.8 + 4763 + 4460.14 + 4081.63 + 3788.7‐20000 

  =27744.73 – 20000 ≈ 7744.73 

  What  we  discussed  about  PV  can  be  re‐presented  here  as  the  principles  of compounding and discounting. 

 

Compounding and Discounting 

  Compounding  finds  the  future  value  of  a  present  value  using  a  compound  interest rate.  Discounting  finds  the  present  value  of  some  future  value,  using  a  discount  rate.     They  are  inverse  relationships.    This  is  perhaps  best  illustrated  by  demonstrating  that  a present value of some  future  sum  is  the  amount  which,  if  compounded  using  the  same interest  rate  and  time  period,  results  in  a  future  value  of  the  very  same  amount.  In economics these principles are used in the Cost Benefit Analysis – CBA. 

  Let us go back to our examples in the previous section. We saw that future value of investment of Rs. 10000 at 5% rate of interest at end of 10 years: 

  Future value = 10000 × (1 + 0.05)10 = 10000×1.0510 = 10500×1.63 = 17103.39 

  In  other  words  the  compounded  value  of  Rs.  10000  in  ten  years  at  5%  is  Rs.  16288.95. So what we did here is compounding. 

  Now let us put it in terms of discounting by looking in the other direction. What is the present  value  of  Rs.  16288.95  received  after  ten  years  at  5%  rate  of  interest.  In  other words how much money should we invest today if we ant to get Rs. 16288.95after ten years – what  is  its  present  value  if  the  rate  of  interest  is  Rs.  5%.  You might  have  noticed  such advertisements  by  insurance  companies  –  “Do  you  want  to  get  Rs  10000  per  month  as pension when  you  retire?  Start  palling  today”.  So  what  they  do  is  they  do  a  discounting calculation. 

  So  recalling  our  formula  for  finding  NPV  to  find  what  is  the  present  value  of  Rs. 16288.95 received after ten years at 5% rate of interest 

PV of ten year investment = 16288.95    1 0.05 ‐10 = 16288.95 × 1.05‐10 

Page 124: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         124  

        = 16288.95 × 0.61 = 10000 

  Thus we see  that compounding Rs. 10000 (at 5 % for 10 years) gives Rs. 16288.95 and discounting Rs. 16288.95 (at 5 % for 10 years) gives Rs. 10000. Thus it is evident that compounding and discounting are inverse relationships.  

Discounting Rates 

  An  important  consideration when  discounting  future  costs  and  benefits  to  present value is the discount rate applied.   Discounting  Rate  is  the  interest  rate  used  in  discounted  cash  flow  analysis  to determine  the present value of future cash flows. The discount rate takes into account the time  value  of money  (the  idea  that  money  available  now  is  worth  more  than  the  same amount  of  money  available  in the  future  because  it  could  be  earning  interest)  and  the risk  or  uncertainty  of  the  anticipated  future  cash  flows  (which  might  be  less  than expected).    Discount rate is generated using the following equation: 

r = ρ + µg 

Where, r is the discount rate. ρ is pure time preference (discount future consumption over present consumption on the basis of no change in expected per capita consumption). µ is elasticity of marginal utility of consumption g is annual growth in per capita consumption 

  The  ‘time  preference’  comes  from  the  principle  that,  generally,  people  prefer  to receive  goods  and  services  now  rather  than  later.  Meanwhile,  the  latter  part  of  the equation  refers  to  the  fact that growth means people are better off and extra consumption worth less. 

Example 

Let us say we expect to get Rs 1,000 in one year's  time. To determine the present value of this  Rs.  1,000  (what  it  is  worth  to  you  today)  we  would  need  to  discount  it  by  a particular  rate  of interest. Assuming a discount rate of 10%, the Rs. 1,000 in a year's time would be the equivalent of Rs. 909.09 to us today (1000/[1.00 + 0.10]).  

Problems with Discounting 

  A key concern involved in the use of discounting is the value assigned to the discount rate. An incorrect value for the discount rate could easily result in an inaccurate estimate of the  present  value  of  a  future  cost  or  benefit,  and  equally  could  result  in  the  Cost  Benefit Analysis  of  an  entire  project    providing    an    inaccurate    net    present    value.    Often  government    agencies    provide    a  suggested  discount  rate  to  use  when  performing discounting. 

Page 125: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         125  

  A second limitation in the common method of discounting to present value is in the timing  of  costs  and  benefits.  The  standard  method  of  discounting  future  costs  and benefits  to  present values assumes that all costs and benefits occur at the end of each year. However,  it  may  be  that  in  some  cases  the  timing  of  costs  and  benefits  needs  to  be considered more minutely. If a cost occurs half way through a year its discounted value may be different. 

The economic evaluation of investment proposals  

The economic analysis specifies a decision rule for: 

 I) accepting or 

II) rejecting investment projects 

    Consider  a  set  of  borrowers  and  lenders.  The  interaction  of  lenders  with borrowers sets an equilibrium rate of  interest. That  is,  if  the rate of  interest demanded by the  lender  is  high,  the  borrower will  not  be  willing  to  borrow.  On  the  other  hand,  if  the interest  rate  suggested  by  the  borrower  is  low,  the  lender  will  not  be  willing  to  lend. Borrowing  is  only worthwhile  if  the  return  on  the  loan exceeds  the  cost  of  the borrowed funds.  Lending  is  only  worthwhile  if  the  return  is  at  least  equal  to  that  which  can  be obtained from alternative opportunities in the same risk class. 

The interest rate received by the lender is made up of: 

  i)  The  time  value  of money:  the  receipt  of money  is  preferred  sooner  rather  than later. Money can be used to earn more money. The earlier the money is received, the greater the  potential  for  increasing wealth.  Thus,  to  forego  the use  of money,  you must  get  some compensation. 

  ii) The risk of the capital sum not being repaid. This uncertainty requires a premium as  a  hedge  against  the  risk,  hence  the  return must  be  commensurate with  the  risk  being undertaken. 

  iii)  Inflation: money may  lose  its  purchasing  power  over  time.  The  lender must  be compensated for the declining spending/purchasing power of money. If the lender receives no  compensation,  he/she  will  be  worse  off  when  the  loan  is  repaid  than  at  the  time  of lending the money. 

  In this regard the following values are important. (some of the concepts are already explained. So we skip explanation for them. Others are explained here) 

a) Future values/compound interest  b) Net present value (NPV)  c) Annuities  d) Perpetuities e) The internal rate of return (IRR) 

  Let us explain the two concepts viz Annuities, Perpetuities. The internal rate of return (IRR) is explained later. 

Annuity 

A set of cash flows that are equal in each and every period is called an annuity 

  An  annuity  is  a  fixed amount payable periodically @ equal  intervals  (may be 1  yr, 

Page 126: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         126  

½ year,  a month so on)  it may take the form of interest, rent, pension cash inflow etc. 

  An  annuity  is  a  stream  of  constraint  cash  flow  (payment  or  receipt)  occurring  @ regular intervals of  time.  When the cash flow occur  the end of each period,  the annuity  is called regular annuity or deferred annuity.  When cash flow occurs @ the beginning of each period, the annuity called annuity due. 

The present value of an annuity 

PVAnr =  1 1   where I = r/10 

Here    [1‐(1+i)‐n] is the PV of Rs. 1 for n years @ r%.  This is the PV factor. 

Total PVA = A x PVFnr 

In the future value of an annuity (FVAn) for n years, 1st  year’s annuity will earn interest for n‐1 years, 2nd year’s annuity for n‐2 yr & last yr’s annuity will have no interest. 

FVavn =   [(1+i)n‐1] where i=r/100 

A perpetuity is an annuity of infinite duration. PV of a perpetuity = A/r 

E.g.1­Find the total PV of an annuity of Rs. 150 payable at the end of every year & for 10 years, rate of interest being 8% p.a? 

PVAnr =    1 1  = A x P.V. factor (1038% ‘r’) 

  = 150 x 6.7101 = 1006.56 

Perpetuities 

  Perpetuity  is  an  annuity with  an  infinite  life.  It  is  an  equal  sum of money  to  be paid  in  each period forever. 

    PV of a perpetuity  =     

where: 

C is the sum to be received per period r is the discount rate or interest rate  

Example: 

  You  are promised  a perpetuity of Rs.700 per year  at  a  rate  of  interest  of  15% per annum. What price (PV) should you be willing to pay for this income? 

PV of a perpetuity =  .  = Rs.4,666.67 

A perpetuity with growth: 

Page 127: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         127  

  Suppose that the Rs.700 annual income most recently received is expected to grow by a rate G of 5% per year (compounded) forever. How much would this income be worth when discounted at 15%?   

Solution: 

  Subtract  the  growth  rate  from  the  discount  rate  and  treat  the  first  period's  cash  flow  as  a perpetuity. 

 

       PV of a perpetuity  =     

                =   .

. .    =   .

  . 

      = Rs. 735/0.10  

      = Rs. 3.350 

Present Value and Investment Decisions  

  Firms  purchase  capital  goods  to  increase  their  future  output  and  income.  Income earned in the future  is  often  evaluated  in  terms  of  its present  value.  The  present  value  of future income is the value of having this future income today.   The firm's  investment decision is  to determine whether  to purchase new capital.  In determining whether to purchase new capital—for example, new equipment—the firm will take into account the price of   the  new  equipment,   the revenue that   the  new  equipment  will  generate   for   the firm over  time,  and  the scrap value of  the new equipment. The  firm will  also  take  into  account the  interest  rate, which  represents  the  firm's  opportunity  cost of investing in the new equipment. It will use the interest rate to calculate the present value of  the  future  net  income  that  it  expects  to  earn  from  its  purchase  of  the  new  capital equipment.  If  the  present  value  is  positive,  the  firm  will  choose  to  purchase  the  new equipment.  If  the present  value  is negative,  it  is  better  off  forgoing the investment in new equipment.   The decision to invest in other types of capital goods can also be made on the basis of present  value  calculations.  For  example,  the  decision  to  invest  in  human  capital  by attending  college  is based on the present value of the future income that an individual can earn  with  a  college  degree.  If  the  present  value  is  positive,  the  individual  will  choose  to attend college. If the present value is negative, the individual will not attend college and will perhaps take a job instead. Capital budgeting   

  Capital budgeting  is  vital  in making  investment decisions. Decisions on  investment, which take time to mature, have to be based on the returns which that investment will make. Unless the project is for social reasons only, if the investment is unprofitable in the long run, it is unwise to invest in it now. [[[  Often, it would be good to know what the present value of the future investment is, 

Page 128: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         128  

or how long it will take to mature (give returns). It could be much more profitable putting the planned investment money in the bank and earning interest, or investing in an alternative project.   Typical investment decisions include the decision to build another grain silo, cotton gin or cold store or invest in a new distribution depot. At a lower level, marketers may wish to evaluate whether  to  spend  more  on  advertising  or  increase  the  sales  force,  although it  is  difficult  to measure the sales to advertising ratio.   Capital  Budgeting  is  the  process  by  which  the  firm  decides  which  long‐term investments  to make.  Capital  Budgeting projects, i.e., potential  long‐term  investments,  are expected to generate cash flows over several years. The decision to accept or reject a Capital Budgeting project depends on an analysis of the cash flows generated by the project and its cost. 

Capital budgeting is a system of long term financial planning involving: 1. Identifying investment opportunities (long term projects) 

2. Determining profitability of investment projects 

3. Ranking projects in terms of profitability 

4. Selecting projects 

  A Capital Budgeting decision should satisfy the following criteria: Must consider all of the project’s cash flows. 

  Must consider the Time Value of Money 

  Must  always  lead  to  the  correct decision when  choosing among Mutually Exclusive Projects.  Capital  Budgeting  projects  are  classified  as  either  Independent  Projects  or Mutually  Exclusive Projects. 

  An Independent  Project is  a  project  whose  cash  flows  are  not  affected  by  the  accept/reject decision  for  other  projects.  Thus,  all Independent  Projects which  meet  the Capital  Budgeting critierion should be accepted. 

  Mutually  Exclusive  Projects  are  a  set  of  projects  from  which  at  most  one  will  be accepted. For example, a set of projects which are to accomplish the same task. Thus, when choosing  between  ‘Mutually  Exclusive  Projects’  more  than  one  project  may  satisfy  the Capital Budgeting criterion. However, only one, i.e., the best project can be accepted. 

The internal rate of return (IRR) 

  The  Internal  Rate  of  Return  (IRR)  of  a  Capital  Budgeting  project  is  the  discount rate  at  which the Net  Present  Value (NPV)  of  a  project  equals  zero.  This  rate means  that the  present  value  of  the  cash  inflows  for  the project would equal  the present value of  its outflows. 

  Internal Rate of Return is the flip side of Net Present Value and is based on the same principles  and  the  same  math.  NPV  shows  the  value  of  a  stream  of  future  cash  flows discounted back  to  the present by  some percentage  that  represents  the minimum desired rate  of  return,  often  your  company’s  cost  of  capital.  IRR,  on  the  other  hand,  computes  a break‐even rate of return. It shows the discount rate below which an investment results in a positive NPV  (and  should  be made)  and  above which  an  investment  results  in  a  negative 

Page 129: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         129  

NPV (and should be avoided). It’s the break‐ even discount rate, the rate at which the value of cash outflows equals the value of cash inflows. 

We use the following formula to find IRR. 

NPV = 0 =     = CF0 +   +   + …. +   

Where CFt = the cash flow at time t and 

  The  determination  of  the  IRR  for  a  project,  generally,  involves  trial  and  error  or  a numerical technique. The decision  rule  is  that  a project  should only be  accepted  if  its  IRR is  not  less  than  the  target  internal  rate of  return. When comparing  two or more mutually exclusive projects, the project having highest value of IRR should be accepted. 

  The   example   below   illustrates   the   determination   of   IRR.   Consider   Capital   Budgeting  projects  A  and  B  which  yield  the  following  cash  flows  over  their  five  year lives.  The  cost  of capital  for both projects  is 10%. Note  that  the  cash  flow  in year  zero  is negative as the project is only in the planning stage. 

                      Finding Internal Rate of Return Project A: Substituting in the formula. Remember that IRR of a Capital Budgeting project is the discount rate at which the Net Present Value (NPV) of a project equals zero. So we set NPV = 0 in the equation. That is why the equation starts with 0 =. 

  0= ‐1000 +   +   +   +   +     

           IRR = 16.82% 

 Project A Project B

Year  Cash Flow(in Rs.) 

Cash Flow(in Rs.) 

0  ‐1000  ‐1000 

1  500  100 

2  400  200 

3  200  200 

4  200  400 

5  100  700 

Page 130: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         130  

Project B: 

  0= ‐1000 +   +   +   +   +                         IRR =  13.28% 

  

  Thus,  if  Projects  A  snd  B  are  independent  projects  then  both  projects  should  be accepted since their IRRs are greater than the cost of capital. On the other hand, if they are mutually exclusive projects then Project A should be chosen since it has the higher IRR.    The  above  example  makes  it  clear  that  the  IRR  is  presented  as  a  break‐even discount rate‐i.e., it is  defined as  the  discount  rate  that makes  the NPV  equal  to  zero.  It  is then  argued  that  if  the  ‘appropriate’  discount  rate  falls  below  the  IRR,  the NPV must  be positive—and  the  reverse  must  hold  for  discount  rates  above  the  IRR.  However,  IRR rankings  have  no  relation  with  the  relevant  NPV  rankings.  Often  the  IRR  can  be  very misleading, at best just somewhat misleading. Moreover, the informational requirements for computing  the  proper  NPV  and  the  IRR  are  the  same  except  for  the  discount  rate‐yet without  thinking about  the proper discount  rate no proper CBA (discussed below) can be performed.  There  are  no  shortcuts.  The  IRR  contains  no  useful  information  about  the economic value of a project.    What is the difference between net present value (NPV) method and internal rate of return (IRR) method?    The  net  present  value  (NPV)  method  has  several  important  advantages  over  the internal rate of return (IRR) method. First the net present value method is often simpler to use.  The  internal  rate  of  return  method  may  require  hunting  for  the  discount  rate  that results  in a net present value of zero. This can be a very laborious trial‐and‐error process, although it can be automated to some degree using a computer spreadsheet.    Second,  a  key  assumption  made  by  the  internal  rate  of  return  (IRR)  method  is questionable. Both methods assume that cash flows generated by a project during its useful life  are  immediately  reinvested  elsewhere.  However,  the  two  methods  make  different assumptions concerning the rate of return that is earned on those cash flow. The net present value method assumes the rate of return  is  the discount rate, whereas  the  internal  rate of return  method  assumes  the  rate  of  return  is  the  internal  rate  of  return  on  the  project. Specifically,  it the internal rate of return of the project  is high, this assumption may not be realistic.  It is generally more realistic to assume that cash inflows  can  be  reinvested  at  a rate  of  return  equal  to  the  discount  rate  ‐  particularly  if  the  discount  rate  is  the company's cost of capital or an opportunity rate of return. Cost  Benefit Analysis (CBA)    As  a  student  of  Economics,  you  should  have  understanding  of  the  fundamental concepts  of  CBA  since  it  is  here  that  most  of  the  tools  of  capital  budgeting  /  financial mathematics you studied in this chapter is being used. Here we make a brief discussion on CBA.  

Page 131: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         131  

  Cost‐benefit analysis (CBA or COBA) is a major tool employed to evaluate projects. It provides the researcher or the planner with a set of values that are useful to determine the feasibility  of  a  project  from  and  economic  standpoint.  Conceptually  simple,  its  results are  easy  for  decision makers  to  comprehend,  and  therefore  enjoys  a  great deal  of  favour in  project  assessments.  The  end  product  of  the  procedure  is  a  benefit/cost  ratio  that compares  the  total  expected  benefits  to  the  total  predicted  costs.  In  practice  CBA  is quite  complex,  because  it  raises  a  number  of  assumptions  about  the  scope  of  the assessment,  the  time‐frame, as well as  technical  issues  involved  in measuring  the  benefits and costs. Before any meaningful analysis can be pursued, it is essential that an appropriate framework be specified. An extremely  important  issue  is  to define the spatial scope of the assessment. Transport projects tend to have negative impacts over short distances from the site, and broader benefits over wider areas. Thus extending a runway may impact  severely on  local  residents  through  noise  generation,  and  if  the  evaluation  is  based  on  such  a narrowly  defined  area,  the  costs  could  easily  outweigh  any  benefits.  On  the  other  hand defining an area that is too broad could lead to spurious benefits.    Costs  associated  with  the  project  are  usually  easier  to  define  and  measure  than benefits.  They include  both  investment  and  operating  costs.   Investment  costs  include  the    planning    costs  incurred  in  the  design  and  planning,  the  land  and  property  costs  in acquiring the site(s) for the project, and construction costs,  including materials, labour, etc. Operating  costs  typically  involve  the  annual  maintenance  costs  of  the  project,  but  may include additional operating costs incurred, as for example the costs of operating a new light rail system.    Benefits  are  much  more  difficult  to  measure,  particularly  for  transport  projects, since  they  are  likely  to  be  diffuse  and  extensive.  Safety  is  a  benefit  that  needs  to  be assessed,  and  while  there  are  complex  issues  involved,  many  CBA  studies  use  standard measures of property savings per accident avoided, financial implications for reductions in bodily injury or deaths for accidents involving people.    Three separate measures are usually obtained from CBA to aid decision making:    Net  Present  Value  (NPV):  This  is  obtained  by  subtracting  the  discounted  costs and  negative effects from the discounted benefits. A negative NPV suggests that the project should be rejected because society would be worse off.    Benefit‐cost ratio: This is derived by dividing the discounted costs by the discounted benefits. A value greater than 1 would indicate a useful project.    Internal  rate  of  return (IRR):  The  average  rate  of  return  on  investment  costs  over the life of the project.  

NPV, IRR and Economists    Though  the  tools  of  financial  mathematics  are  presented  as  unrelated  to  the Economics  theory,  we  can  see  the  traces  of  the  core  idea  in  theories  of  economists  like Keynes and Fisher etc. For your information, some examples are given below.    The  NPV  concept  is  a  derivative  of  Irving  Fisher’s  Rate  of  Return  Over  Cost.   The 

Page 132: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         132  

IRR  is  a  derivative  of  John   Maynard    Keynes’   Marginal    Efficiency    of    Capital.        Fisher published  his concept in 1930 and Keynes published in 1936.    Irving  Fisher  and  John  Keynes  were,  without  doubt,  giants  among  economists. Fisher,  in  his book The Theory of Interest, introduced the concept of ‘the rate of return over cost’. This is the market‐determined  rate  of  interest  where  the  net  present  value  (NPV)  of    two   projects    are  identical.    In   Keynes’   book,   The   General   Theory   of   Employment  Interest  and  Money,  he advanced the concept of the ‘marginal efficiency of capital’. This is the interest rate that sets the NPV of a project to zero. Today, it is known as the internal rate of return (IRR).    There is a strong link between these two concepts. Fisher’s rate of return over cost is the internal rate of return of the marginal cash flows of the two projects. In essence, Fisher compared  a  new  project  with  an  existing  project,  using  the  example  of  a  farmer contemplating forestry as an optional use of the land.    Keynes’  IRR  is  the  rate  of  return  over  cost where  the project  is  compared with  its opportunity cost derived from the market.  

 Annexure  

(Here we see some information which is related to your syllabus and very useful)    I  Cash  flow  is  an  important  concept  to  understand  when  evaluating  a  company's overall  financial  health.    It's  also  useful  when  trying  to  understand  the  impact  of  a  new investment or project on a company's finances.  The reason so many investors are interested in cash flow is that it removes all of the accounting allocations, and delivers a clearer picture of the inflows and outflows of money.    The easiest way to think about the concept of cash flow is this: it is the actual inflow and  outflow  of  funds  from  a  company.    Cash  flow  removes  all  of  the  accrual  accounting adjustments  that  appear  on  an  income  statement  such  as  deferred  income  taxes  and depreciation,  and  allows  us  to see a company's earning power and operating success  in a slightly different way. Cash  flow  also  takes  into  account  some  very  practical  considerations  such  as  inflation.  Perhaps the most important value that understanding cash flow provides to the investor is the  ability  to  understand  if  a  company  has  enough  resources  to  meet  its  cash  operating needs.  Discounted Cash Flows    When analyzing the after‐tax cash flow of our business case model, the convention is to  discount  those  cash  flows.    The  discount  rate  used  for  cash  flows would  typically  be  a company's after tax weighted average cost of capital, which is a proxy for the company's cost of money.    Perhaps  the most common measure  that uses discounted cash  flows, or DCF,  is  the calculation of net present value.  

Page 133: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         133  

Net Present Value of Cash Flows    The concept of net present value can be stated in this manner:  The best way to evaluate a business case is to recognize the fact money received in the future is not as valuable as money received today.  Most of us would prefer to receive Rs.100 today than get paid Rs.100 five years from now because we can take that Rs.100 today and invest it in an asset that provides us with a return.  This concept is often referred to as the time value of money. 

Internal Rates of Return 

  The  internal  rate  of  return,  or  IRR,  is  simply  the  discount  rate  (in  terms  of percentage) where the net present value of cash flow is equal to zero.   The value provides executives / decision‐makers with a better feel for how "good" the investment is that's being modeled. 

  Some  companies  set  hurdle  rates  for  new  investments,  and  these  hurdle  rates  are   usually expressed  in  terms of  IRR.    For example,  a  company might decide  that a new computer system requires an IRR of 15% or more for the project to be approved. 

Payback Period 

  Payback  is  a  measure  that  allows  us  to  see  how  quickly  the  initial  investment  is returned  to us.  To demonstrate this point, consider the following cash flow example: 

Payback Cash Flow Example    

Year  

Y0  Y1  Y2  Y3  Cash Flow 

 −1000  500  500  500 

   In  this  example,  the  payback  on  this  project  would  be  2.0  years.    The  Rs.1000 investment  is  returned  after  only  two  years.    Sometimes  companies  wish  to  calculate payback on a discounted cash flow basis.  So in this next example, our cash flows would be discounted by 8.95% and we'd have: Discounted Payback Example    

Year  

Y0  Y1  Y2  Y3 

 Cash Flow 

 −1,000  500  500  500 

 DCF 

 −1,000  459  421  387 

 In this example, the discounted payback on this project would be 2.3 years.    Advantages of Payback Period  • It  is easy to understand and apply. The concept of recovery is familiar to every decision‐maker.  

Page 134: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         134  

•  Business  enterprises  facing  uncertainty  ‐  both  of  product  and  technology  ‐  will  benefit by  the use  of  payback  period  method  since  the  stress  in  this  technique  is  on  early  recovery    of  investment.  So  enterprises  facing  technological  obsolescence  and  product obsolescence ‐ as in electronics/computer industry ‐ prefer payback period method. • Liquidity requirement requires earlier cash flows. Hence, enterprises having high liquidity requirement  prefer  this  tool  since  it  involves  minimal  waiting  time  for  recovery  of  cash outflows as the emphasis is on early recoupment of investment.  Disadvantages of Payback Period  • The time value of money is ignored. For example, in the case of project  • A   Rs.500 received at the end of 2nd and 3rd years are given  same weightage. Broadly a rupee received in the first year and during any other year within the payback period is given same weight. But it is common knowledge that a rupee received today has higher value than a rupee to be received in future.  • But  this drawback can be set right by using  the discounted payback period method. The discounted payback period method looks at recovery of initial investment after considering the time value of inflows.  •  Another  important  drawback  of  the  payback  period method  is  that  it  ignores  the  cash inflows  received  beyond  the  payback  period.  In  its  emphasis  on  early  recovery,  it  often rejects projects offering higher total cash inflow.  • Investment decision is essentially concerned with a comparison of rate of return promised by  a  project  with  the  cost  of  acquiring  funds  required  by  that  project.  Payback  period  is essentially a time concept; it does not consider the rate of return. II Application in Economics  

  Economic  profitability  refers  to  an  investment  having  a  NPV  greater  than  zero and  an  IRR greater  than  the opportunity  cost  of  capital.    This means  the  investment will earn  a  rate  of  return at  least  equal  to  this opportunity  cost  so  there will  be  an economic profit.    Cash  flow  needed  to make  principal  and  interest  payments  are  not  included  in these  analyses  because  it  is  assumed  that  the  results  are  independent  of  how  the investment  is  financed.     Financial  feasibility  is concerned with the periodic net cash flows from the investment and becomes particularly important when capital must be borrowed to finance  the  investment.    It  is  entirely  possible  for  an  investment  to  be  economically profitable but result  in negative net cash flows for several time periods.   This often occurs when  the  loan  must  be  paid  off  in  a  relatively  short  period  of  time  and  the  investment produces little initial cash flow but larger flows in later time periods. 

III Opportunity Cost of Capital 

  The  difference  in  return  between  an  investment  one  makes  and  another  that  one chose not to make. This may occur insecurities trading or in other decisions. For example, if a  person  has  Rs.10,000  to  invest  and  must  choose  between  Stock  A  and  Stock  B,  the opportunity cost is the difference in their returns. If that person invested Rs.10,000 in Stock A and received a 5% return while Stock B makes a 7% return,  the opportunity cost  is 2%. One way of conceptualizing opportunity  cost  is  as  the  amount  of  money  one  could  have  

Page 135: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         135  

made  by  making  a  different investment  decision.  Importantly,  opportunity  cost  is  not  a type  of  risk because  there  is  not  a chance of actual loss. 

IV Social discount rate 

  Social discount rate (SDR) is a measure used to help guide choices about the value of diverting  funds  to  social  projects.  It  is  defined  as  ‘the  appropriate  value  of  r  to  use  in computing  present  discount  value  for  social  investments’.  Determining  this  rate  is  not always  easy  and  can  be  the  subject  of  discrepancies  in  the  true  net  benefit  to  certain projects, plans and policies. SDR refers to the rate used for converting future flows of costs and  benefits  from  an  investment  project  into  the  same  units  as  current  values  (present values) from a social perspective. This rate is generally applied to public sector investment projects.  In a without uncertainty world, when projects are  independent and  there are no externalities,  using  a  given  SDR,  the  net  present  value  of  benefit  of  each  project  can  be calculated  and  the  projects  can  be  ranked  on  the  basis  of  their  net  present  values.    The decision problem becomes choice of a project which yields the highest net present value of benefit.   Part B  Problems / Worked out Examples  (Source: Financial Management, Prasanna Chandra, Tata McGrawHill) Growth Rate ­ Simple  

  Let ‘P’ be the quantity / value in the beginning of the 1st year ‘r%’ be the rate of increase.  Then increase in every year is P.r/100 

[  The value of P grows at the end of nth year into –  

  Amount = P +    = P  1    Note: Here P is the value at the beginning of the first year  & P +   is the value at the end of nth year.  

 (  Total Growth in ‘n’ years =    ) 

E.g. 1 ‐ The salary of an employee increases every year by 10% of his initial salary, which is  Rs. 3500.  Find salary at the end of 8th yr?  

P = 3500, r = 10%, n = 8 

 Salary at the end of 8th year   =     P  1  

          =  3500  1  

           = 3500     = 3500   1.8   6300/‐ 

Page 136: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         136  

OR 

 Salary at the end of 8th year     P +     

           = 3500 +           

           =     6300/‐  

    

    E.g. 2 – Find the amount at the end of 5th   year for Rs. 5000 @ 10% p.a  , simple  interest 

(SI). What is the total amount of growth? 

P=5000, n=5, r‐10%  Amount at the end of 5th  year = P  1  

  =  5000  1  = 5000  1   = 5000     = 7500/ 

Total amount of growth = 7500 – 5000 = 2500/‐   E.g.3‐ Calculate the total interest on (1) Rs. 500 for 73 days (ii) Rs. 720 for 14 weeks & (iii) Rs.900 for 3 months all at 6% per annum?  (i) P = 500. r = 6%., n = 73/365    SI =  = 500 x 73/365 x 6/100 = 6/‐ 

 (ii) P = 720, n = 14/52, n = 6% 

  SI =   120 x 14/52 x 6/100 = 11.63/‐ 

 (iii) P = 900, n=3/12, n = 6% 

 

  SI =   = 900 x 3/12 x 6/100 = 13.50/‐ 

  Total interest = 6.0 + 11.63 + 13.50 = 31.13/‐ 

E.g.4‐ In what time will a sum of money be doubled itself at 10% p.a., SI?  

Amount = P +    = P  1  & Simple Growth =    

Page 137: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         137  

P=P, A=2P, r =10%, n=? 

  A = P  1  = P  1  

  i.e. 2p = P  1  = P  1  

  2 =    1   = 1+     

  2‐1 = n/10 

  i.e. 1 = n/10, so n = 10 years      

Growth rate – compound 

  When  the  growth  raet  is  calculated  every  year  on  the  value  of  the  preceding  year, instead  the value  at  the  starting year,  the growth  rate  is  compound. Let P be  the value  in 1st   year,  let r% be the growth rate over the preceding year. Then values at the end of every year are: 

A = P  1 ,   P  1 ,   P  1  

The value at the end of nth  year   A = P  1  

Compound interest (CI) – A‐P  

E.g.5 ‐Find the sum @ the end of r years of Rs. 10000 10% p.a. CI? 

P= 10000, n = 4, r= 10% 

A = P  1  = 1000  1  = 1000 x (1.1)4 

Sum at the end of the 4 years = 10000 x 1.4641 = 14641/‐  

E.g.6  ‐If  the  population  of  a  country  rises  by  2%  every  year  &  it  was  30  cr.  in  1960, find population in 1970? 

Initial population = P = 30, r = 2%, n = 1960 to 1970 i.e. 10 years 

population at the end of 1970    = P  1  

       = 30  1 = 30(1.02)10 = (30   1.219) = 36.6 cr 

(Note: Half yearly/semi annually = 2 times in a year i.e.   N = given no. of years x 2) 

Quarterly = 4 times in a year, n = no. of years x 4) 

E.g.7‐  The    population  of  a  country  increases  every  year  by  2.4%  of  the  population  @ the beginning of that year.  In what time will the population doubled itself? 

Page 138: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         138  

Initial population =P, 

population @ end = 2P, r = 2.4%, n=? 

    A = p  1  

    2P= p 1 . =     =  (1.024)n  

  Log 2 = n log 1.024     0.3010 = n x 0.0103 By 29 years population will not double, so rounding 29.22 to 30.  Hence the required time = 30 yrs. 

E.g.8  ‐Mr. A borrowed R.s 2000  from a money  lender but he could not  repay any amount in a period of a 4 years so the money lender demanded 26500 from him.  What is the r/i (r) charged? 

P = 20000, n=4, A = 26500, r =? 

  A = p  1 = 2000 

  p  1 = 26000  

  26500/20000 =   1 = 1.325 

Taking log of both sides, 

Log 1.325 = 4 log   1  

0.1222/4 =  log     = 0.03055 

  1  = Antilog 0.03055 = 1.073 

r/100 = 1.073 – 1 = .073 

  r = .073   100 = 7.3% 

Depreciation 

  It is the decline in the value of fixed assets like buildings, plant, machinery etc.  Due tot wear & tear in use.  The residual value of the assets at the end of its life time us called scrap value. 

Depreciated / scrap value D =  p  1  

P =  original value, r = rate of depreciation, n = no. of yrs 

Page 139: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         139  

E.g.9 ‐Vehicle costs 40000/‐.  It depreciates at 10% per year & is sold after 5 yrs.  Find its sales price.  P = 40000, r = 10%, n = 5, D = ? 

D =  p  1   =  40000  1  = 40000(0.90)5     

= 40000   .59049 = 23619.6/‐ 

E.g.10 ‐A machine depreciates in value each yr @ 10% of its previous value & at the end of 4th yr its value is Rs 131220.  Find original value?  

Given A = 131220, n = 4, r = 10%, p = ? 

     A =  p  1  

i.e. 131220 =  p  1   = P (0.9) 

Log 131220 = log P + 4 log 0.9  5.1179 = log P + 4(1.9542) Log P = 5.1179 – 4(1 .9542) 

= 5.1179 – (.1832)  Log p = 5.1179 + .1832 = 5.3011  P = antilog 5.3011 = Rs. 200000/‐  

  Simple  interest  (SI)  is  the  interest  computed  on  the  original  P  for  the  time 

during which  the money is being used 

I=Pnr/100, r = 100 I/Pn, n=100I/pr, P = 100I/nr 

THE VALUE OF MONEY – PRESENT VALUE & FUTURE VALUE 

Time value of money means, a rupee to be received in the future is not  worth a rupee today 

Present value  

The present value (PV) of a sum of money is the principle which if placed on the interest will amount to that sum of money. 

I.          PV in the case of simple interest is, 

     PV =   

here FV = Amount , So PV =    

II.         In the case of compound interest; 

Page 140: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         140  

  PV =    = A(1+i)‐n,  i =      

  (1+i)‐n  is the PV factor i.e.,     

(For various values of n &  r,  the PV  factor  is worked out & given at  the  statistical  table (Refer logarithm book under title i.e, PV of Rs. 1 of nth yr = (1+i)‐n where  i =   

E.g.  11  Find  the  PV  of  a  sum  of  Rs.  1000/‐  due  after  3  years  if  the  r/i  charged  is 10%  p.a. (simple) 

    PV =     

      =     =  .  = 

.  =769.23/‐ 

E.g.1 2 Find the PV of Rs. 400 due after 5 yrs compounded annually @ the rate of 8%? 

  A = 400, n=5, r = 8% 

  PV =  

  = A(1+r)‐n  = A    PV factor (PVnr) 

  = 400   0.681 = 272.40/‐ 

E.g. 13 Find the total PV of each cash inflows @ the end of each yr shown below?  

Year                 1          2           3           4          5 Cash inflow       2000   3000    3500    3000   4000 

 

The rate of interest (discount rate) 8%  

  Year  cash inflow  PVF  PV = A x PVF 

1    2000  0.926  1852 

2    3000  0.857  2571 

3    3500  0.794  2779 

4    3000  0.735  2205 

5    4000  0.681  2724 

Total PV             12131 

 

 

 

Future Value/Compounded value  

Page 141: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         141  

  The process of investing money as well as reinvesting the interest earned theorem is called compounding.  The future value (FV) compounded value  or compounded value of an investment after n yrs when interest rate is r% is: 

FVn = PV (1+r)n 

If no interest is earned on interest, then investment earns only simple interest, then 

FV = PV (1+nr) 

E.g. 14­ Find the amt due for a sum of Rs. 500 after 2 yrs @ 8% interest (simple). PV = 500, n = 2, r = 8% 

FV = PV (1+nr) = 500 [1+ (2 x 8/100)] = 500 (1+0.16) = 580/‐ 

ANNUITY  

E.g.15  ­Find  the  total PV of an annuity of Rs. 150 payable at  the end of every year &  for 

10 years, rate of interest being 8% p.a? 

  PVAnr      =  1 1   = A   P.V. factor (1038%’r’)                                                            

    = 150 x 6.7101 = 1006.56         

  i.e. PVFA r n  =  

             

 

      = .

.   .  =   .

. = 6.7076    

PVA = A   PVFA = 150   1006.56      Present value of a series 

PV =   +   + …….   = ∑  

Where PV n = PV of a cash flow stream 

At = Cash flow occurring @ the end of yr t 

PVFArn =   

PVArn = A   PVFA 

Page 142: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         142  

r = discount rate 

n = duration of cash flow stream E.g.16­ Shows the calculation of the PV of an uneven  cash flow stream using a discount rate of 12%.   

Yr  Cash flow  PVIF 12%, n  PV of Individual       Cash flow 

1  1000  0.893  893 

2  2000  0.799  1594 

3  2000  0.712  1424 

4  3000  0.636  1908 

5  3000  0.567  1701 

6  4000  0.507  2028 

7  4000  0.452  1808 

8  5000  0.404  2020       ‐‐‐‐‐‐‐‐‐     TPV  13,376       ====== 

PV of a single Amount  PV = FVn [1/(1+r)n]  

PV = FVn [1/(1+r)n];  

PV = FVn(1+r)‐n {The  process  of  discounting  used  for  calculating  the  PV,  is  simply  the  inverse  of 

compounding.    The  factor  1/(1+r)n   is  called  the  discounting  factor  the  present  value interest factor (PV1Fr n). } 

E.g.17  What is the PV of Rs. 1000 receivable 6 years, (1) If the rate of discount is 10% 

PV = 1000 x PVIF10%; 6 = 1000 (0.5645) = 564.5  

(2) What is the PV of Rs. 1000 receivable 20 yrs hence if the discount rate is 8%? 

Since we does not have  the value of PVIF 8%, 20 we obtain  the answer as  follows.      PV    = 1000 (1/1.08)20 

    = 1000 (1/1.08)10 (1/1.08)10 

    = 1000 (PVIF 8% 10) (PVIF 8%, 10) 

    = 1000 (0.4632) (0.4632) 

Page 143: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         143  

Investment Criteria 

Discounting  Non‐Discounting 

NPV  Benefit‐Cost Ratio  IRR  Payback Period Accounting Rate 

    = 214/‐  Net present value (NPV)  

  There  are  several  methods  for  project  evaluation  /appraisal  i.e.  determining whether a project is worthwhile or not.  This is also called capital budgeting. 

  An  investor  faces  2  problems  in  project  evaluation.  (a) Whether  a  project  is  to  be undertaken  or not  (b)  if  there are many competing projects, which one  is  to be preferred first. 

The investment criteria are classified into 2 categories: 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

E.g.18 A project requires investment of Rs. 100000 initially it is estimated to provide annual net cash flows of 4000 for a period of 8 yrs.  The co.’s cost of capital is 10%.  Find the NPV of the project (PV of 1 for 8 yrs @ 10% p.a. is 5.335] Annual estimated cash inflow = 40000  PV of estimated cash inflow    = 4000 x PVIF 6, 8% = 40000 x 5.335 = 213400/‐  

Initial investment (cash outflow) = 100000 

NPV = 213400 – 100000 = 113400/‐  

E.g.19  An  investment  of  Rs.  1000  (having  scrap  value  of  Rs.  500)  yields  the  following returns  Years        1                2                   3                  4                  5  Yields    4000          4000             3000            3000            2000   

 

Page 144: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         144  

yr                     cash inflows   PVF@10%       PV (Rs)  

1                            4000             0.909                3636  

2                            4000             0.826                3304  

3                            3000             0.751                2253  

4                            3000             0.683                2049  

5                            2000             0.621                1552  

                      Total PV of future cash inflows                   12794    NPV = 12794 – 1000 (initial investment) = 2794 Since NPV is positive, the investment is desirable (Note: when cash flows are not uniform; multiply each cash flow by PV factor in table 

(1+i)‐n and add all of them together, we get total PV of all cash flows)  INTERNAL RATE OF RETURN (IRR) The  IRR  of  a  project  is  the  discount  rate which makes  its  NPV  equal  to  zero.    IRR  is  the discount rate (%) which equates the PV of future cash flows (i.e. net benefits) generated.  By a project  during  its  life  span  (i.e.  t  = 1  ton) with  the  initial  investment  cost.    In  economic theory  it  is  also known as marginal  efficiency of  capital  (MEC).  It  is  the value of  ‘r’  is  the following equation. 

Investment =  ∑    where 

Ct = cash flow @ the end of year t; 

r = IRR,     n = life of the project 

The decision rule for IRR is as follows: 

Accept:  if the IRR is greater than the cost of capital 

Reject:   if the IRR is less than the cost of capital.  IRR can be calculated by locating the factor in annuity table i.e.  F = I/C where 

F = factor to be located, I = Initial Investment  C = cash inflow per year. E.g.20  equipment  requires  an  initial  investment  of  Rs.  6000.    The  annual  cash  inflow  

is estimated @ 2000 for 5 yrs.  IRR? 

F = I/C = 6000/2000 = 3  Referring to the annuity table for 5 yrs @ 20%, PVF = 2.99 & @ 18%, PVF = 3.127 

Since 3 is very close to 2.99, we consider IRR as 20%. 

Page 145: UNIVERSITY OF  · PDF fileBA – ECONOMICS III Semester QUANTITATIVE METHODS FOR ECONOMIC ANALYSIS ­ I Prepared by: ... Quantitative Methods 12for Economic Analysis – I

School of Distance Education 

Quantitative Methods for Economic Analysis – I                                                                                                                                         145  

 

*********