Reforma da Previdência e Matemática Financeira

Nos debates e discussões em torno da Reforma da Previdência proposta pelo atual governo federal no Brasil, vi alguns comentários e apresento uma simples contribuição: os cálculos de uma planilha eletrônica.

Por simplicidade vamos assumir algumas coisas:

  • O salário é genérico, mas vai ser constante durante o período de trabalho e da aposentadoria. Reposições de inflação ficam subentendidas apenas para a manutenção do mesmo poder de compra. Para o nosso exercício, não consideramos isso.
  • Desse salário o trabalhador desembolsa 8% e o empregado outros 8%. Isto é, 16% de contribuição. Vamos assumir implicitamente que todo o recurso vai para o desfruto da aposentadoria do trabalhador no futuro – isto é uma hipótese pouco realista, mas …
  • Vamos calcular a contribuição como sendo um investimento sobre o qual há rendimentos. Vamos usar a mesma taxa de rendimento ao longo de ambos os períodos, tanto de trabalho quanto de aposentadoria. Essa é uma hipótese muito frágil, mas serve para ponderarmos se o sistema é auto sustentável ou não.
  • Todos os cálculos irão usar anos e não meses, até porque os dados são mais estáveis. Assim, o décimo terceiro e talvez férias estão somados no que o trabalhador ganha em um ano.
fração de contribuição anos de contribuições taxa de rendimento anual efetiva quantidade acumulada fração de pensão por aposentadoria quantidade de anos
16% 35 5% 14,45 92% 31,54

No exemplo acima, em 35 anos de contribuição, o trabalhador acumulou, usando a composição de juros fixos de 5%, o valor de 14,45 anos-salários. Por exemplo, se considerar o salário mínimo de R$ 937, esse valor acumulado seria de R$176.030,67, com 13 salários por ano. Continuando na tabela acima, se ao aposentar ele receber 92% do salário que desconta a contribuição individual dos 8% ao INSS. Com isso, o valor acumulado pode ser usufruído de por 31,54 anos. Isto é, com a hipótese de rendimento efetivo de 5% ao longo dos 66,54 anos, essa seria a contabilidade auto sustentável.

Uma mensagem do WhatsApp viralizou usando uma taxa de poupança mensal de  0,68%. Isto é equivalente a 8% ao ano. Nesse caso, teríamos o seguinte:

fração de contribuição anos de contribuições taxa de rendimento anual efetiva quantidade acumulada
16% 35 8% 27,57

Isto é, o acumulado de 27,57 anos-salário, mantida a taxa de 8% ao ano daria para manter o aposentado com 100% de salário sem jamais acabar. Isso porque o rendimento seria superior às retiradas. Para o exemplo do salário mínimo, o montante acumulado seria de R$335.838,56. Claramente a taxa de 8% efetiva, já descontadas as inflações e outros “encargos” por toda a vida é a parte mais frágil desse cálculo.

Se consideramos o crescimento médio do PIB Brasileiro nos últimos 23 anos do Real, de 3% ao ano, temos as seguintes contas:

fração de contribuição anos de contribuições taxa de rendimento anual efetiva quantidade acumulada fração de pensão por aposentadoria quantidade de anos
16% 35 3% 9,67 92% 12,82
16% 40 3% 12,06 92% 16,91
16% 45 3% 14,84 92% 22,37

No primeiro caso de 35 anos de contribuição resultam em 12,82 anos de aposentadoria com os recursos acumulados. Como a expectativa de vida aumentou, a aposentadoria aos 55 anos de idade (começa a trabalhar aos 20 mais 35 anos de trabalho) não seria sustentável de fato. Se o tempo de trabalho passar para 45, e a aposentadoria aos 65 anos, o valor acumulado poderia sustentar a aposentadoria por mais de 22 anos até os 87 anos.

Convém ressaltar que rendimento real tem que ser pago por alguém.

Para quem quiser “brincar” com a planilha (Excel), ela está disponível.  A quantidade acumulada usou a fórmula FV(C2;B2;-A2) que calcula o valor futuro acumulado com contribuições na célula A2 a uma taxa na célula C2 com a quantidade de períodos(anos) da célula B2. E a quantidade de anos usou a fórmula NPER(C2;-E2;D2) que calcula a quantidade de períodos(anos) de retiradas de valor na célula D2, a partir de um valor presente acumulado na célula E2, assumindo rendimentos periódicos sobre o saldo a uma taxa da célula C2.

Esses cálculos não considera outras entradas nem outras saídas para o montante acumulado com vistas à aposentadoria. Há casos de morte precoce que contribuem, mas não usufruem (não sei como funciona as pensões). E há casos de aposentadorias por invalidez que o trabalhador ficou impossibilitado de contribuir o suficiente, mas vai receber a aposentadoria. Os cálculos e os dados são simples. As escolhas são políticas.

Ramanujan, o gênio que conhecia o infinito

Assisti o filme “Ramanujan, o gênio que conhecia o infinito” conhecendo boa parte da história desse matemático Indiano Srinivasa Ramanujan e mesmo assim gostei, pois percebi detalhes que não sabia e conheci outras informações interessantes. Recomendo essa nova versão:

Ele tinha uma intuição matemática extraordinária que antecedia até as demonstrações formais que o matemático  britânico Hardy exigia de maneira enfática.

Por exemplo, ele “descobriu” a seguinte fórmula:
{\displaystyle {\frac {1}{\pi }}={\frac {2{\sqrt {2}}}{9801}}\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {(4k)!(1103+26390k)}{(k!)^{4}396^{4k}}}.}

O valor aproximado de 1/π é  0,3183098861 com 10 dígitos significativos. E o primeiro valor do somatório com k=0,  já fornece a aproximação 0,3183098784, isto é, já coincide até a o sétimo dígito. Adicionando os termos k=0 e k=1 obtemos 0,3183098860 que difere apenas no último dígito da aproximação!

Esse foi apenas um exemplo fora de contexto, mas na sua curta vida Ramanujan foi extremamente produtivo em termos de novos resultados matemáticos.

Se você já assistiu o filme, diga-me o que achou.

Classificação e valore$ dos times do Brasileirão

Terminado o campeonato brasileiro de futebol de 2016, observei a correlação entre a classificação e o valor estimado dos times, de acordo com a seguinte matéria: Como seria a classificação do Brasileiro segundo o valor dos elencos?

Pode-se colocar em ordem decrescente de valores de cada time e comparar com a classificação final:

Time Valor R$ milhões
Palmeira 282
Cruzeiro 260
Atletico 254
Sao Paulo 237
Gremio 227
Internacional 218
Flamengo 208
Fluminense 176
Santos 148
Corinthias 145
Sport 124
Atletico – PR 116
Botafogo 97
Ponte Preta 96
Figueirense 95
Coritiba 92
Chapecoense 87
Vitória 86
Santa Cruz 67
América 60

E a classificação final foi

Classificação Times
1 Palmeira
2 Santos
3 Flamengo
4 Atletico
5 Botafogo
6 Atletico – PR
7 Corinthias
8 Ponte Preta
9 Gremio
10 Sao Paulo
11 Chapecoense
12 Cruzeiro
13 Fluminense
14 Sport
15 Coritiba
16 Vitória
17 Internacional
18 Figueirense
19 Santa Cruz
20 América

Usei [WikiPedia] o coeficiente de correlação de Pearson, também chamado de “coeficiente de correlação produto-momento” ou simplesmente de “ρ de Pearson” [que] mede o grau da correlação (e a direção dessa correlação – se positiva ou negativa) entre duas variáveis de escala métrica (intervalar ou de razão).

Este coeficiente, normalmente representado por ρ assume apenas valores entre -1 e 1.

  • ρ=1 Significa uma correlação perfeita positiva entre as duas variáveis.
  • ρ=−1 Significa uma correlação negativa perfeita entre as duas variáveis – Isto é, se uma aumenta, a outra sempre diminui.
  • ρ=0 Significa que as duas variáveis não dependem linearmente uma da outra. No entanto, pode existir uma dependência não linear. Assim, o resultado ρ=0 deve ser investigado por outros meios.

Usando os valores de cada time na ordem de classificação,  comparei com a ordem decrescente de valor. E obtive, com a fórmula do Excel CORREL, o valor

ρ=0,43

Que é positivo, isto é,  em média, times mais caros tiveram vantagens, mas não foi assim tão determinante. Em particular podemos ver que há vários times que não valeram o seu custo e outros que foram baratos para a classificação que conseguiram.

Matemática Financeira Básica e Previdência (Social ou Individual)

Há muitos fatores complicados nas discussões sobre a Previdência Social, aposentadoria, investimentos etc. Uma discussão constante é se a Previdência Social é ou não auto sustentável. Ou vale a pena contratar uma Previdência Privada?

Previdência Social
Aposentadoria inalcançavel

Vamos simplificar as variáveis ao máximo possível. Vamos assumir que um trabalhador trabalhe por N anos, ganhando o mesmo salário anual S e que a cada ano faça uma contribuição que é uma fração f do salário S.
Se não houvesse rendimento algum, é fácil calcular o quanto ele teria acumulado: N * f * S. Por exemplo, se S = R$ 10 mil (por hipótese, é o valor líquido recebido em um ano), e que contribua com f = 10%, por 40 anos, teria acumulado (nessa estimativa sem rendimento algum)  4 * S. E assim, se o trabalhador parasse de trabalhar (e de contribuir) e começasse a “comer” o valor acumulado pelo mesmo valor que recebia enquanto trabalhava, ele teria quatro anos para usufruir o benefício. E depois?

Claro que a hipótese de zero rendimento limitaria muito a aposentadoria. Daí a importância crucial de CRESCIMENTO da economia que promova rendimentos para investimentos que revertam para a aposentadoria.

Assim, vamos assumir que ao longo dos anos haja um rendimento r para as contribuições acumuladas. Esse rendimento deve ser o valor efetivo de rendimento, descontados todos os impostos, inflação etc.

Em assim temos condições de calcular o valor futuro acumulado usando fórmulas que têm em qualquer calculadora avançada ou planilha eletrônica. Por exemplo o Excel (in English) é a fórmula:

FV(r;N; -f*S), r é a taxa, por N períodos, com pagamentos de f*S

Por exemplo: r=2%, N= 40, f= 10%, teremos

FV(2%;40;-10%)*S = 6,04*S

Isto é, seriam acumulados valores equivalentes para seis anos de aposentadoria integral. É um resultado melhor do que obtivemos acima com zero rendimento.

Se a partir daí o trabalhador começar a retirar seus proventos S como pensão de aposentadoria, quantos anos levaria para consumir o valor acumulado  assumindo que os valores não retirados continuam rendendo à mesma taxa r?

Essa pergunta também é respondida por uma fórmula de matemática financeira básica:

N(r;-S;VP), r é a taxa, S é a retirada da pensão, a partir de um valor acumulado no presente VP.

Por exemplo: r=2% e VP é o FV calculado acima, teremos
N(2%;-S;FV)=6,5

Isto é, o trabalhador iria consumir o valor acumulado pelas contribuições de 40 anos em seis anos e meio. Claramente o sistema com essas hipóteses não é auto-sustentável.

Convém ressaltar que os resultados podem mudar muito com a variável da taxa de rendimento r.  Usando a planilha eletrônica podemos fazer muitas simulações e cenários.

Por exemplo:

fração de contribuição quantidade de contribuições taxa de rendimento efetiva quantidade acumulada fração de pensão por aposentadoria quantidade de anos
10% 40 2% 6,04 100% 6,50
10% 45 4% 12,10 80% 23,69
10% 49 3% 10,85 100% 13,33

Na penúltima linha da tabela acima eu calculo a quantidade de anos de aposentadoria com uma pensão equivalente a 80% do salário assumindo uma taxa de rendimento constante de 4% ao longo de todos os anos (quase 60 anos)  e o trabalhador contribuiu 10% de seu salário por 45 anos. Com essas hipóteses ele poderia usufruir da aposentadoria por quase 24 anos.  E na última linha vemos o caso de 49 anos de contribuição (proposta pelo Governo Federal), com uma taxa de rendimentos efetiva de 3% ao longo dos 63 anos com a mesma contribuição de 10% do seu salário dariam 13 anos um 3 meses de aposentadoria integral.

Esses cálculos usam elementos básico de matemática financeira apenas, mas podem ser importantes para avaliarmos propostas de Previdências Privadas, criticarmos racionalmente as propostas de Previdência Social do Governo Federal e também considerarmos possíveis investimentos com vistas a uma vida digna depois que pararmos de trabalhar, se tivermos a felicidade de vida longa.

Um notório saber que não sabe ensinar

Não é apenas uma noção de senso comum. Há pesquisas e reflexões acadêmicas consolidadas que mostram que o conhecimento específico do conteúdo é necessário mas não suficiente para ensiná lo. Na realidade há competências e habilidades específicas que devem ser aprendidas para que um professor seja minimamente qualificado.

Um exemplo emblemático, bem pontual, mas representativo de que ter notório saber não basta para sequer explicar um assunto, um conteúdo é o matemático japonês Shinichi Mochizuki que diz ter resolvido um problema clássico da Matemática, a conjectura ABC.

A conjectura, isto é, o problema proposto nos anos 1980 é entendido por muitas pessoas. Basta procurar o termo Conjetura ABC.

Mochizuki estudou o problema, desenvolveu nova matemática e escreveu a sua solução em 500 páginas. No entanto, nenhum matemático entendeu completamente o que o Mochizuki escreveu. Assim, fizeram um encontro para que o japonês explicasse para um grupo de matemáticos profissionais. Não deu certo – teve a dificuldade adicional de que o Mochizuki estava no Japão e o grupo de matemáticos estava na Inglaterra, isto é, as apresentações foram por vídeo conferência. Resolveram então fazer uma reunião de trabalho no Japão com o Mochizuki presencialmente.


Mesmo assim, acham que ainda precisam de 3 anos para entender a solução desenvolvida pelo matemático japonês.

O que chamo a atenção é  que o notório saber inquestionável do matemático japonês não foi suficiente para ensinar o conteúdo novo nem mesmo para matemáticos profissionais de alto nível.

Vejam mais informação aqui.

Marés, Ciclovia e Clima

No feriado Brasileiro de Tiradentes, em 21 de Abril de 2016, uma parte da ciclovia da orla da cidade do Rio de Janeiro caiu em virtude do impacto da massa de água do mar que tirou a passarela de seus suportes e caiu, levando duas pessoas à morte.

Splash de Maré em Ciclovia
Ciclovia Rompida pela Maré

Veja algumas matérias jornalísticas sobre o assunto:

É claro que a Ciclovia não estava preparada para isso, mas era previsível.

A dinâmica das águas nas encostas não é simples, mas já é muito bem conhecida. Sendo bem sucinto, o movimento, alcance e altura das águas na orla do continente (ou nos limites de um grande lago) dependem dos seguintes fatores:

  1. Posição relativa da Lua e do Sol;
  2. Posição geográfica do local;
  3. Perfil do fundo da praia;
  4. Contorno da orla;
  5. Tipo de material na orla, como pedra, areia, com ou sem vegetação;
  6. Velocidade dos ventos e das correntes nas imediações;
  7. Tempestades em alto mar;

Todos que já foram à praia sabem das marés altas e baixas que ocorrem com alguma repetição ao longo dos dias, mas em horários diferentes. Em termos de periodicidade podemos classificar as marés em três tipos:

  1. Semi-diurna;
  2. Diurna;
  3. Mista;

A figura abaixo mostra no mapa mundo quais os tipos predominantes de marés altas (e baixas):

Mapa mundial mostrando onde ocorrem os 3 tipos de marés.
3 tipos de marés

Vou comentar apenas as variáveis relativas à Lua e ao Sol. Vamos usar algumas aproximações. Todos os corpos envolvidos, Terra, Lua e Sol, são esferóides muito similares a uma esfera. Todos os corpos envolvidos têm uma rotação em torno de um eixo, isto é, cada corpo tem momentum angular em relação ao seu eixo.  Eles também  viajam em uma órbita não retilínea no espaço e sendo assim possuem momenta angulares devido à translação no espaço. Finalmente, é importante registrar as distâncias entre os centros de massa.

A quantidade de parâmetros nessa configuração (já simplificada) é enorme:

  • 9 para especificar as posições dos centros de massa
  • 3 para especificar os vetores momenta angular em relação aos seus eixos de cada astro. Para o fenômeno, basta o momentum angular da Terra.
  • 2 para especificar os raios maiores e menores de cada esferóide. Para o estudo da maré em períodos inferiores a um século, basta as raios equatorial e polar da Terra. E muitas vezes usa-se apenas o raio médio.
  • 9 para especificar as velocidades de cada astro – os momenta angular relativo às translações seguem do produto vetorial das posições com as velocidades.

Isto é, o estudo da parte do movimento das marés devido à força gravitacional diferencial envolve pelo menos 21 parâmetros. Claro que muitos desses parâmetros têm pequena importância para o fenômeno. Antecipo que o principal ator para o fenômeno das marés são as força diferenciais ou de maré (tidal force) provocada pela Lua e pelo Sol. As acelerações provocadas em cada caso (e seus valores absolutos médios) são:
\large a_L = \frac{ G M_L}{R_{LT} ^3} \, r \approx 6 \times 10^{-7} \, \frac{m}{s^2}  

\large a_S = \frac{ G M_S}{R_{ST} ^3} \, r \approx 3 \times 10^{-7} \, \frac{m}{s^2}

em que r a distância ao centro da Terra,   R_{LT}  é a distância entre Terra e Lua, e  M_L é a massa da Lua;   R_{ST}  é a distância entre a Terra e o Sol, e  M_S é a massa do Sol. Os valores médios foram obtidos na Planetary Fact Sheet da NASA.

É importante é perceber o comportamento com o inverso do CUBO da distância. E essa aceleração, como um vetor, tem a direção e sentido estabelecidos pela reta que une os centros de gravidade dos corpos envolvidos.  Assim, como essas distâncias e direções variam ao longo das horas, dias e estações, temos variações significativas nos efeitos de maré.

Observe as distâncias relativas, em duas escalas abaixo. A primeira figura contempla o Sol, a Terra e a Lua em um mesmo quadro.

solar_eclipse_model_1
Posições e Tamanhos em escala

E a segunda figura contempla apenas a Lua e a Terra, mas mostra os tamanhos desses astros como pequenos círculos.

E por outro lado, a ilustração abaixo, fora de escala, enfatiza o aumento relativo da maré na qual a penas as forças diferenciais em sentidos opostos estão representadas.

diff_grav1
Esquema, fora de escala, das forças diferenciais de maré

Há várias outras configurações relativas e tudo está em movimento: A terra gira em torno de si com período de 24 horas, a Lua gira em torno da Terra com período próximo a 28 dias, e a Terra (junto com a Lua) orbita em torno do Sol a cada 365,4 dias. A configuração espacial relativa desses três astros se repete a cada 18,3 anos (aproximadamente).

Assim, é importante ter dados medidos de longa data. E a Marinha do Brasil mantém várias estações de medidas e assim fornece tábuas de previsões de marés. A estação que fica na Ilha Fiscal, no Rio de Janeiro, usa 26 harmônicos para construir a tabela de maré e está ativa desde os anos 1960. Lembre-se da simples contagem acima de pelos menos 21 parâmetros.

Aliás, os dados dessa estação estimam a tendência do aumento do nível do mar (medida local) em aproximadamente 2,18 mm/ano com 95% de confiança no intervalo de 1,30 mm/ano para cima ou para baixo, com base no nível médio mensal do mar de 1963 to 2011. Esse é mais um dado apontando as mudanças climáticas.

Gráfico mostra aumento do nível do mar medido na estação da Ilha Fiscal
Tendência de nível do mar no Rio de Janeiro

Voltando ao problema da Ciclovia, observamos a dinâmica das ondas que se quebram no “quebra-mar”. Essas ondas têm mais volume de água e mais potencial destrutor durante as marés altas. E elas são ainda maiores em Luas Cheias ou Novas. E podem ser ainda maiores se a Lua estiver nos seu Perigeo (ponto mais próximo da Terra) e podem ser ainda maiores se a Terra (junto com a Lua) estiver no seu Periélio (ponto da órbita terrestre mais próximo do Sol).

Enfim. Um projeto interessante como esse de uma ciclovia na belíssima orla do Rio de Janeiro tem que contemplar tudo isso e um pouco mais.

 

 

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