高级微观总结:从支出函数到效用函数

本文最后更新于 2022年3月29日 晚上

这学期在学高级微观经济学,学了如何由效用函数出发得到支出函数,但一直不会反过来计算。直到期末考试复习的时候看到了如何由成本函数推导生产函数。

从成本函数到生产函数

假设有生产函数 f(x),x∈R+nf(\mathbf{x}),\mathbf{x}\in \mathbb{R}^n_+,要素价格是 w∈R+n,w≫0\mathbf{w}\in \mathbb{R}^n_+, \mathbb{w}\gg 0, 要求成本函数 C(w,y)C(\mathbf{w}, y), 是如下求解

max⁡C(w,y)=w′xs.t.f(x)≥y\max C(\mathbf{w}, y)=\mathbf{w}' \mathbf{x}\\ s.t. \quad f(\mathbf{x}) \geq y

反过来,假设我们已经有成本函数 C(w,y)C(\mathbf{w}, y) 了,要求生产函数 f(x)f(\mathbf{x}), 按如下步骤进行:

f(x)≡max⁡{q≥0∣w⋅x≥c(w,q),∀w≫0}f(\mathbf{x}) \equiv \max \{q \geq 0 \mid \mathbf{w} \cdot \mathbf{x} \geq c(\mathbf{w}, q), \forall \mathbf{w} \gg 0\}

  1. 计算生产可行性集合 PPS,

    Yw,x≡{q:c(w,q)≤w⋅x}\mathbf{Y}_{\mathbf{w}, \mathbf{x}} \equiv\{q: c(\mathbf{w}, q) \leq \mathbf{w} \cdot \mathbf{x}\}

  2. 计算所有生产可能性集合的交集(关于价格 w\mathrm{w} 取交集)

Yx≡⋂wYw,x\mathbf{Y}_{\mathbf{x}} \equiv \bigcap_{\mathbf{w}} \mathbf{Y}_{\mathbf{w}, \mathbf{x}}

  1. 找到其中最大的元素

    f(x)=q=max⁡Yxf(\mathbf{x})=q=\max \mathbf{Y}_{\mathbf{x}}

这样我们就从成本函数推导出了生产函数。

从支出函数到效用函数

从效用函数到支出函数很容易,从支出函数 e(p,u)e(\mathbf{p},u) 到效用函数 u(x)u(\mathbf{x}) 的过程就和上述过程差不多,具体如下

u(x)≡max⁡{v≥0∣p′x≥e(p,v)}u({\bf x})\equiv \max \{v\geq 0| {\bf p}'{\bf x} \geq e(\mathbf{p},v)\}

  1. 计算可行的集合

Up,x={v∣p′x≥e(p,v)}{\bf U_{p,x}}=\{v|{\bf p 'x} \geq e(\mathbf{p},v) \}

  1. 计算所有可能性集合的交集 (关于价格 p\mathbf{p} 取交集)

    Ux=⋂pUp,x{\bf U_x}=\bigcap_{\mathbf{p}} {\bf U_{p,x}}

  2. 找到其中最大的元素

    u(x)=max⁡Uxu(\mathbf{x})=\max {\bf U_x}

例子

例子来源于 JR 5.16, 题目如下:

e(p,u)={13(p1+p2)u for p2/2<p1<2p2up2 for p1≥2p2up1 for p1≤p2/2e(\mathbf{p}, u)=\left\{\begin{array}{ll} \frac{1}{3}\left(p_{1}+p_{2}\right) u & \text { for } p_{2} / 2<p_{1}<2 p_{2} \\ u p_{2} & \text { for } p_{1} \geq 2 p_{2} \\ u p_{1} & \text { for } p_{1} \leq p_{2} / 2 \end{array}\right.

这里的支出函数是分段的,就很不好看出效用函数。我们按照上面的方法,再进行分类讨论。

  1. p2/2<p1<2p2p_{2} / 2<p_{1}<2 p_{2} 时,我们有

e(p,u)=13(p1+p2)u≤p1x1+p2x2.e(\mathbf{p}, u)=\frac{1}{3}(p_1+p_2)u \leq p_1x_1+p_2x_2.

也就是

u≤3(p1x1+p2x2)p1+p2u\leq \frac{3(p_1x_1+p_2x_2)}{p_1+p_2}

令 t=p1/p2t=p_1/p_2, 则 12≤t≤2\frac12 \leq t \leq 2, 从而

u≤3(tx1+x2)t+1=3x1+3(x2−x1)t+1,∀t∈[0.5,2]u\leq \frac{3(tx_1+x_2)}{t+1}=3x_1+\frac{3(x_2-x_1)}{t+1}, \quad \forall t \in [0.5,2]

  • 当 x2−x1>0x_2-x_1>0 时,有

u≤3x1+x2−x1=2x1+x2u \leq 3x_1+x_2-x_1=2x_1+x_2

  • 当 x2−x1<0x_2-x_1<0时,有

    u≤3x1+2(x2−x1)=x1+2x2u\leq 3x_1+2(x_2-x_1)=x_1+2x_2

    综合上述两种情况,有

    u≤x1+x2+min⁡{x1,x2}u\leq x_1+x_2+\min\{x_1,x_2\}

  1. 当 p1>2p2p_1>2p_2 时, 有

    up2≤p1x1+p2x2up_2 \leq p_1x_1+p_2x_2

    也就是

    u≤p1p2x1+x2,∀p1p2>2u \leq \frac{p_1}{p_2}x_1+x_2,\quad \forall \frac{p_1}{p_2}>2

    从而,对p\mathbf{p}取交集下确界之后有

    u≤2x1+x2u \leq 2x_1+x_2

  2. 当 p1<p2/2p_1<p_2/2 时,有

    up1≤p1x1+p2x2up_1\leq p_1x_1+p_2x_2

    从而

    u≤x1+p2p1x2,∀p1p2<12.u \leq x_1+\frac{p_2}{p_1}x_2,\quad \forall \frac{p_1}{p_2}<\frac12.

    因此,

    u≤x1+2x2u\leq x_1+2x_2

综合1,2与3, 有

u≤x1+x2+min⁡{x1,x2}.u \leq x_1+x_2+\min\{x_1, x_2\}.

再取最大值,有

u(x)=x1+x2+min⁡{x1,x2}=max⁡{x1,x2}+2min⁡{x1,x2}u(\mathbf{x})=x_1+x_2+\min\{x_1, x_2\}=\max\{x_1,x_2\}+2\min\{x_1,x_2\}

聪明的你,是否学会了呢?


高级微观总结:从支出函数到效用函数
https://blog.askk.cc/2021/01/07/adv-micro/
作者
sukanka
发布于
2021年1月7日
许可协议