Модели оптимизации производства и потребления

Содержание

Слайд 2

3.1 Аналитическое решение задачи оптимизации производства

3.1 Аналитическое решение задачи оптимизации производства

Слайд 3

Оптимизация производства при отсутствии ограничений

Оптимизация производства при отсутствии ограничений

Слайд 4

Рассмотрим аналитическое решение задачи оптимизации производства, полагая, что производственный процесс характеризуется

Рассмотрим аналитическое решение задачи оптимизации производства, полагая, что производственный процесс характеризуется

нелинейной производственной функцией Y(K, L), которая описывает зависимость объема выпуска Y от двух переменных - объема вложенного капитала (K) и вложенного труда (L).
Это может быть, например, неоклассическая производственная функция вида
Y(K, L)=AKαLβ
(мультипликативная функция).
Задача лица, принимающего решения, состоит в том, чтобы определить значения K и L, максимизирующие прибыль производителя.
Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Чтобы определить, при каких условиях прибыль П является максимальной, найдем экстремум

Чтобы определить, при каких условиях прибыль П является максимальной, найдем экстремум

этой функции. Необходимое условие экстремума:
дY/дK = r
дY/дL = w
Данное выражение определяет оптимальное решение задачи производителя. Поскольку в левых частях уравнений стоят предельная фондоотдача и предельная производительность, экономически полученный результат можно интерпретировать так: производитель достигает максимальной прибыли, когда значение предельного продукта (увеличения выпуска при увеличении фактора производства на единицу) равно цене на ресурс.
Слайд 9

Пример. Пусть некая фирма имеет производственную функцию R(K, L) =pY(K, L)=100K1/2L1/3.

Пример. Пусть некая фирма имеет производственную функцию
R(K, L) =pY(K, L)=100K1/2L1/3.
Средняя

заработная плата составляет w = 103 ден. ед. в мес. и период амортизации основных производственных фондов n = 12 мес. Требуется рассчитать оптимальный размер производственных фондов и оптимальную численность работников. Затем нужно определить, сколько составит прибыль фирмы при переходе к оптимальным затратам факторов производства
Слайд 10

Решение. Цена труда известна, а цена капитала равна 1/12 ден.ед. в

Решение. Цена труда известна, а цена капитала равна 1/12 ден.ед. в

месяц – среднемесячные амортизационные отчисления на содержание одной единицы капитала. Продифференцировав Y по капиталу и труду, получаем систему уравнений
50K-1/2L1/3 = 1/12
100/3K1/2L-2/3 = 103,
откуда K=144 000 000, L=8000, Y= 24 000 000, П=4 млн. ден.ед.
Слайд 11

Если на поведение производителя влияют некие дополнительные внешние факторы, рассмотренную модель

Если на поведение производителя влияют некие дополнительные внешние факторы, рассмотренную модель

всегда можно усложнить, включив в нее описание этого влияния. В качестве примера рассмотрим, как влияет на поведение производителя государственное налогообложение.
Пример. Ответьте, что сильнее влияет на поведение производителя – налог на прибыль или акцизный налог? Оба налога характеризуются ставкой t, для которой выполняется условие 0 < t < 1.
Слайд 12

Решение. Рассмотрим для начала налог на прибыль. Для его расчета прибыли

Решение. Рассмотрим для начала налог на прибыль. Для его расчета прибыли

необходимо использовать выражение
П′= (1-t) П
Условие максимума для П′ совпадает с условием для П, а значит оптимальные значения K, L и Y останутся прежними.
При введении акцизного налога
П′= (1– t)R–C=(1– t)pY(K, L) –rK–wL.
Условия экстремума:
(1– t)дY/дK = r
(1– t)дY/дL = w
С учетом того, что у большинства производственных функций первые производные являются положительными убывающими функциями (увеличиваются при уменьшении значения аргумента), можно утверждать, что положение экстремума для прибыли окажется смещенным в сторону меньших затрат труда и капитала.
Слайд 13

Оптимизация производства при наличии бюджетного ограничения (метод Лагранжа)

Оптимизация производства при наличии бюджетного ограничения (метод Лагранжа)

Слайд 14

Производитель может столкнуться с ситуацией, когда обеспечить набор факторов производства, соответствующий

Производитель может столкнуться с ситуацией, когда обеспечить набор факторов производства, соответствующий

точке максимума П невозможно, например, в силу того, что ресурсы, доступные для использования в производственном процессе, ограничены, либо в силу особенностей самого производственного процесса (в силу вида производственной функции). В этом случае необходимо осуществить поиск оптимального решения задачи производителя при наличии ограничений.
Возможны две постановки задачи оптимизации производственного процесса с ограничениями:
1) максимизация выпуска продукции при заданном уровне затрат;
2) минимизация затрат производства при заданном уровне выпуска продукции.
Слайд 15

Обе эти задачи относятся к классу оптимизационных задач нелинейного программирования. Ограничения

Обе эти задачи относятся к классу оптимизационных задач нелинейного программирования. Ограничения

по уровню затрат (или по объему выпуска) определяют область допустимых планов W на которой оптимизируется выбранная целевая функция (выпуск или затраты).
Указанные задачи оптимизации называются двойственными, так как при одинаковых условиях дают одно и то же оптимальное решение.
Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Слайд 24

Слайд 25

Слайд 26

Слайд 27

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Слайд 34

Слайд 35

Слайд 36

Слайд 37

Слайд 38

Слайд 39

3.2 Теория личного потребления и задачи оптимизации.

3.2 Теория личного потребления и задачи оптимизации.

Слайд 40

Определение оптимального набора потребительских товаров

Определение оптимального набора потребительских товаров

Слайд 41

Одним из основных элементов экономической теории является домохозяйство (потребитель) - группа

Одним из основных элементов экономической теории является домохозяйство (потребитель) - группа

индивидуумов, распределяющих свой доход на покупку товаров и услуг. Проблема рационального ведения хозяйства для потребителя состоит в том, чтобы правильно определить, приобретение какого количества товаров и услуг будет оптимальным при заданном уровне дохода.
Для определения того, какие из товаров и в каком количестве предпочтительнее для потребителя, вводится функция полезности – функция, которая ставит в соответствие набору товаров в количестве x1, x2…xn (вектору пространства товаров) численную оценку его полезности U(x1, x2…xn).
Слайд 42

Предполагается, что между товарами существуют отношения предпочтения. Два набора товаров могут

Предполагается, что между товарами существуют отношения предпочтения. Два набора товаров могут

быть либо равноценны, либо один из них будет превосходить другой. Такие отношения определены на всем пространстве товаров (нет такой области, где бы два набора товаров нельзя было сравнить). Кроме того, эти отношения транзитивны (если первый набор товаров лучше второго, а второй лучше третьего, то первый лучше третьего).
Слайд 43

Функция полезности, позволяющая сравнивать товары между собой, обладает следующими свойствами: 1.

Функция полезности, позволяющая сравнивать товары между собой, обладает следующими свойствами:
1.

Если один набор товаров предпочтительнее второго (x ≥ y), то значение функции полезности для него будет больше (U(x)≥U(y))
2. При увеличении количества любого из товаров, полезность всего набора возрастает. Иначе говоря, первые производные функции полезности (предельные полезности каждого товара) всегда положительны
3. Рост полезности замедляется с ростом количества товара (первый закон Госсена).
Слайд 44

Примеры функций полезности, удовлетворяющих перечисленным требованиям, приведены ниже.

Примеры функций полезности, удовлетворяющих перечисленным требованиям, приведены ниже.

Слайд 45

Линии уровня функции полезности (линии, вдоль которых U(x)=const), называются кривыми безразличия.

Линии уровня функции полезности (линии, вдоль которых U(x)=const), называются кривыми безразличия.

На рисунке показаны несколько кривых, соответствующих различным значениям функции полезности.
В общем случае множество наборов товаров с одинаковой полезностью образует поверхность безразличия.
Слайд 46

Пусть I – доход потребителя, p=(p1p2...pn) - цены на рассматриваемые товары.

Пусть I – доход потребителя, p=(p1p2...pn) - цены на рассматриваемые товары.

В этом случае задача оптимизации потребительского выбора состоит в выборе набора товаров, максимизирующего функцию полезности при наличии бюджетного ограничения:
U(x) →max
px=I
Решение задачи может быть проведено методом Лагранжа. Для поиска условного экстремума необходимо найти экстремум функции L(x, λ)=U(x)- λ(I- px)
Из равенства 0 частных производных получаем условие максимума:
1/piMUi(x*)= λ
Таким образом, оптимальным является решение, при котором увеличение полезности на одну вложенную денежную единицу (множитель Лагранжа) одинаково для всех товаров. Полученный результат можно также интерпретировать как второй закон Госсена – взаимозаменяемыми (1:1) являются товары, цена которых одинакова.
Слайд 47

Задача оптимизации функции полезности при фиксированном бюджетном ограничении U(x) →max px≤I

Задача оптимизации функции полезности при фиксированном бюджетном ограничении
U(x) →max
px≤I
называется задачей

потребителя. Согласно существующей теореме ее решение лежит на границе бюджетного множества px=I и является единственным при условии, что функция полезности строго выпукла вверх (график функции лежит выше отрезка прямой, соединяющей две ее любые точки).
Рассмотрим примеры, связанные с решением задачи потребителя.
Слайд 48

Пример 1:

Пример 1:

Слайд 49

Пример 2:

Пример 2:

Слайд 50

Пример 2:

Пример 2:

Слайд 51

Пример 2:

Пример 2:

Слайд 52

Пример графического решения задачи оптимизации потребительского выбора на примере двух товаров представлено на рисунке ниже:

Пример графического решения задачи оптимизации потребительского выбора на примере двух товаров

представлено на рисунке ниже:
Слайд 53

Зависимости оптимальных объемов товаров от цен и дохода x*=x*(p, I) называют

Зависимости оптимальных объемов товаров от цен и дохода
x*=x*(p, I)
называют функциями спроса

потребителя. Их важным свойством является линейная однородность относительно всех цен и дохода.
x*(αp, αI) *=x*(p, I)
Выбрав какой-то из товаров в качестве единицы счета (например, α=1/p1) можно построить зависимость функций спроса от относительных цен и реального дохода
Слайд 54

Сравнительная статика потребления.

Сравнительная статика потребления.

Слайд 55

Метод сравнительной статики заключается в изучении чувствительности решения задачи рационального ведения

Метод сравнительной статики заключается в изучении чувствительности решения задачи рационального ведения

хозяйства от изменения параметров путем сравнения решений статических задач с различными значениями параметров.
Рассмотрим случай, когда возрастает цена на один из товаров, а доход компенсируется таким образом, чтобы полезность осталась неизменной. При таких изменениях оптимальное решение смещается вдоль кривой безразличия так, чтобы соответствовать новому бюджетному ограничению
Слайд 56

Ниже приведен рисунок, иллюстрирующий это изменение.

Ниже приведен рисунок, иллюстрирующий это изменение.

Слайд 57

Изменение спроса на i товар при изменении цены j-го товара на

Изменение спроса на i товар при изменении цены j-го товара на

единицу и сопутствующем изменении дохода I обозначается как
где
Слайд 58

Уравнение Слуцкого (полученное Е.Е. Слуцким в 1915 году) позволяет рассчитать изменение

Уравнение Слуцкого (полученное Е.Е. Слуцким в 1915 году) позволяет рассчитать изменение

функций потребительского спроса в условиях, когда компенсационного изменения дохода не происходит:
Первое слагаемое в правой части отражает эффект замещения (возможность замещения одних товаров другими при сохранении дохода), а второе слагаемое – эффект дохода, связанный с изменением потребительской ценности единицы богатства
Слайд 59

Оба эффекта показаны на рисунке:

Оба эффекта показаны на рисунке:

Слайд 60

Можно доказать, что то компенсированное возрастание цены товара всегда приводит к

Можно доказать, что то компенсированное возрастание цены товара всегда приводит к

уменьшению спроса на товар:
Результирующее изменение спроса зависит от знака второго слагаемого
В зависимости от знаков производных в правой и левой частях все товары можно разделить на следующие группы:
Слайд 61

Поскольку то товарами Гиффина могут быть только малоценные товары. Таким образом,

Поскольку
то товарами Гиффина могут быть только малоценные товары. Таким образом,

все товары можно разделить на три основных категории:
Слайд 62

Потребление нормальных ценных товаров возрастает с повышением дохода:

Потребление нормальных ценных товаров возрастает с повышением дохода:

Слайд 63

Потребление нормальных малоценных товаров уменьшается при росте дохода.

Потребление нормальных малоценных товаров уменьшается при росте дохода.

Слайд 64

При снижении цены потребление нормальных товаров возрастает, а при росте - повышается.

При снижении цены потребление нормальных товаров возрастает, а при росте -

повышается.
Слайд 65

В отличие от нормальных товаров, спрос на товары Гиффина возрастает с

В отличие от нормальных товаров, спрос на товары Гиффина возрастает с

ростом цены. Примером такого товара является картофель в Ирландии в конце 19 века. Картофель являлся малоценным товаром, поэтому при повышении дохода его потребление сокращалось. Однако, при росте цены на картофель доходы населения падали, не позволяя покупать более дорогую еду, что приводило к росту потребления картофеля.
Слайд 66

В зависимости от знака смешанных производных, товары можно разделить на взаимозаменяемые

В зависимости от знака смешанных производных, товары можно разделить на взаимозаменяемые

и взаимодополняющие.
Можно доказать, что каждому товару соответствует по крайней мере один, составляющий с ним взаимозаменяемую пару.
Из уравнения Слуцкого следует, что для нормальных ценных товаров некомпенсированный спрос на заменяющий товар всегда растет медленнее, чем компенсированный. На дополняющий товар, напротив, некомпенсированный спрос падает быстрее
Слайд 67

Рассмотрим такие величины, как эластичность спроса по цене и доходу. Напомним,

Рассмотрим такие величины, как эластичность спроса по цене и доходу.
Напомним,

что эластичность любой величины по какому-либо параметру равна ее относительному изменению при изменении параметра на 1 процент. Ранее мы доказывали формулу, согласно которой эластичность экономической величины можно вычислить как отношение ее предельной величины к средней величине.
Слайд 68

Поскольку и спрос и доход и цены, входящие в уравнения неотрицательны,

Поскольку и спрос и доход и цены, входящие в уравнения неотрицательны,

классификацию потребительских товаров легко провести в терминах эластичности.
Если смешанная эластичность (описывающая изменение спроса на один товар за счет изменения цены другого товара) отрицательна, то товары – взаимодополняющие, если положительна – взаимозаменяемые.
Товары Гиффина имеют положительную эластичность по своей цене и отрицательную – по доходу.
Нормальные товары всегда имеют отрицательную эластичность по своей цене и делятся на ценные (с положительной эластичностью по доходу) и малоценные (с отрицательной эластичностью).
Слайд 69

Рассмотрим, как связаны между собой эластичность спроса по цене (зависимость спроса

Рассмотрим, как связаны между собой эластичность спроса по цене (зависимость спроса

на товар от его цены) и доход продавца П=px.
дП/дp=x+p(дx/дp)=x(1+p/x(дx/дp))=x(1+εp(x))=x(1-|εp(x)|)
Для нормальных товаров эластичность спроса по цене всегда отрицательна, поэтому в экономике часто под эластичностью спроса по цене понимают ее абсолютную величину, и когда говорят о высокой эластичности, имеют в виду большое значение модуля эластичности. Считается, что спрос эластичный, если модуль эластичности по цене больше 1. Иначе спрос называется неэластичным. При эластичности, равной 0, спрос называется совершенно неэластичным.
При эластичном спросе повышение цены приводит к уменьшению дохода продавца, наоборот, при неэластичном спросе доход продавца при повышении цены возрастает.
Эластичность спроса по цене тем выше, чем выше замещаемость товара и удельный вес расходов на данный товар в общем доходе потребителя.
Слайд 70

Для спроса на товар j сумма эластичностей по цене равна эластичности

Для спроса на товар j сумма эластичностей по цене равна эластичности

по доходу.
Для функций спроса можно записать условие агрегации Курно
Слайд 71

Модель рыночного равновесия

Модель рыночного равновесия

Слайд 72

.

.

Слайд 73

.

.

Слайд 74

Из приведенного уравнения можно найти равновесные цены и вычислить результирующий спрос на товары для всех участников.


Из приведенного уравнения можно найти равновесные цены и вычислить результирующий спрос

на товары для всех участников.
Слайд 75

Пример 3

Пример 3

Слайд 76

Слайд 77