Microeconomia Avanzada - Mate Garcia - Perez Dominguez 1Ed

Microeconomíaavanzada Cuestiones y ejercicios resueltos Jorge Julio Maté García/ Carlos Pérez Domínguez MICROECONOMÍA AVANZADA Cuestiones y ejercicios resueltos MICROECONOMÍA AVANZADA Cuestiones y ejercicios resueltos Jorge Julio Maté García Carlos Pérez Domínguez Departamento de Fundamentos de Análisis Económico, Historia e Instituciones Económicas Universidad de Valladolid Madrid • México • Santafé de Bogotá • Buenos Aires • Caracas • Lima • Montevideo San Juan • San José • Santiago • São Paulo • White Plains Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. Código Penal). DERECHOS RESERVADOS © 2007 por PEARSON EDUCACIÓN, S.A. Ribera del Loira, 28 28042 Madrid (España) Jorge Julio Maté García y Carlos Pérez Domínguez Microeconomía Avanzada: Cuestiones y ejercicios resueltos ISBN 10: 84-8322-308-2 ISBN 13: 978-84-8322-308-6 Depósito Legal: M-46.251-2006 PEARSON PRENTICE HALL es un sello autorizado de PEARSON EDUCACIÓN, S. A. Equipo editorial Editor: Alberto Cañizal Técnico editorial: Elena Bazaco Equipo de producción: Director: José A. Clares Técnico: Diego Marín Diseño de cubierta: Equipo de diseño de PEARSON EDUCACIÓN, S.A. Composición: JOSUR TRATAMIENTO DE TEXTOS, S.L. Impreso por: IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecológicos JORGE JULIO MATÉ GARCÍA y CARLOS PÉREZ DOMÍNGUEZ Microeconomía Avanzada: Cuestiones y ejercicios resueltos PEARSON EDUCACIÓN, S.A., Madrid, 2007 ISBN 10: 84-8322-308-2 ISBN 13: 978-84-8322-308-6 Materia: 330.101.541 Formato: 195 ϫ 270 mm Páginas: 240 Datos de catalogación bibliográfica A mis padres (Carlos) A mis padres y María (Jorge) PARTE I: TEORÍA DEL CONSUMO TEMA 1. PREFERENCIAS, RACIONALIDAD Y FUNCIÓN DE UTILIDAD ................................... 3 Resumen teórico .............................................................................................................................. 3 1.1. Axiómatica del consumo ....................................................................................................... 3 1.2. La Función de Utilidad.......................................................................................................... 7 1.3. Utilidad Marginal y Relación Marginal de Sustitución......................................................... 8 1.4. Propiedades especiales de las funciones de utilidad.............................................................. 9 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 10 TEMA 2. LA DECISIÓN ÓPTIMA Y LA DEMANDA MARSHALLIANA......................................... 25 Resumen teórico .............................................................................................................................. 25 2.1. El conjunto presupuestario .................................................................................................... 25 2.2. El óptimo del consumidor...................................................................................................... 26 2.3. Las funciones de demanda marshallianas y sus propiedades ................................................ 28 2.4. Efectos sobre el óptimo de las variaciones en los precios y en la renta. Condiciones de Agre- gación..................................................................................................................................... 28 2.5. La Función Indirecta de Utilidad........................................................................................... 30 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 32 TEMA 3. DUALIDAD EN LA TEORÍA DEL CONSUMO..................................................................... 37 Resumen teórico .............................................................................................................................. 37 3.1. El problema de la minimización del gasto............................................................................. 37 3.2. La función del Gasto y las Demandas Compensadas ............................................................ 39 3.3. Relaciones entre el problema primal y dual del consumo..................................................... 41 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 42 TEMA 4. SISTEMAS COMPLETOS DE DEMANDA Y MEDICIÓN DEL BIENESTAR................. 49 Resumen teórico .............................................................................................................................. 49 4.1. La Ecuación de Slutsky ......................................................................................................... 49 4.2. Efectos Propios y Efectos Cruzados...................................................................................... 50 4.3. Propiedades de los Sistemas Completos de Demanda........................................................... 52 CONTENIDO 4.4. La cuestión de la integrabilidad de las preferencias .............................................................. 53 4.5. Variaxión Compensatoria y Variación Equivalente de la renta.............................................. 53 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 57 PARTE II: TEORÍA DE LA EMPRESA TEMA 5. TECNOLOGÍA, EFICIENCIA Y FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN....................................... 79 Resumen teórico .............................................................................................................................. 79 5.1. La tecnología: definición y propiedades................................................................................ 79 5.2. La función de producción...................................................................................................... 80 5.3. Sustitubilidad factorial: la elasticidad de sustitución............................................................. 82 5.4. Los rendimientos de escala y la homogeneidad .................................................................... 85 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 86 TEMA 6. MINIMIZACIÓN DE COSTES................................................................................................. 91 Resumen teórico .............................................................................................................................. 91 6.1. El problema de la minimización del coste............................................................................. 91 6.2. Propiedades de la Función de Costes .................................................................................... 93 6.3. Propiedades de las Funciones de Demanda Condicionadas de los factores .......................... 94 6.4. Los Costes de Corto Plazo..................................................................................................... 94 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 95 TEMA 7. MAXIMIZACIÓN DEL BENEFICIO, FUNCIÓN DE BENEFICIOS Y DUALIDAD EN LA PRODUCCIÓN..................................................................................................................... 105 Resumen teórico .............................................................................................................................. 105 7.1. El problema de la maximización del beneficio en los mercados perfectamente competitivos de bienes y factores................................................................................................................ 105 7.2. Propiedades de la función de beneficio ................................................................................. 107 7.3. Propiedades de la oferta de output/demandas de imput ........................................................ 107 7.4. Dualidad en la producción..................................................................................................... 108 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 109 PARTE III: EQUILIBRIO GENERAL Y ECONOMÍA DEL BIENESTAR TEMA 8. MODELO DE INTERCAMBIO PURO................................................................................... 125 Resumen teórico .............................................................................................................................. 125 8.1. El modelo 2 3 2 y la caja Edgeworht ..................................................................................... 125 8.2. Ventajas del intercambio: Criterios de Pareto........................................................................ 127 8.3. Equilibrio general competitivo o walrasiano ........................................................................ 127 8.4. Eficiencia del equilibrio walrasiano. Los teoremas de la Economía del Bienestar ............... 130 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 132 TEMA 9. ECONOMÍAS CON PRODUCCIÓN ....................................................................................... 149 Resumen teórico .............................................................................................................................. 149 9.1. Supuestos básicos .................................................................................................................. 149 9.2. Eficiencia ............................................................................................................................... 150 9.3. Equilibrio walrasiano con producción................................................................................... 154 9.4. Eficiencia del equilibrio walrasiano con producción............................................................. 157 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 158 viii Contenido TEMA 10. FALLOS DE MERCADO: EXTERNALIDADES Y BIENES PÚBLICOS ........................ 167 Resumen teórico .............................................................................................................................. 167 10.1. Introducción......................................................................................................................... 167 10.2. Externalidades ..................................................................................................................... 168 10.3. Posibles soluciones a las externalidades.............................................................................. 170 10.4. Los Bienes Públicos............................................................................................................. 174 10.5. Posibles soluciones a la asignación de bienes públicos....................................................... 176 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 178 PARTE IV: ELECCIÓN INDIVIDUAL CON INCERTIDUMBRE TEMA 11. LA TEORÍA DE LA UTILIDAD ESPERADA...................................................................... 199 Resumen teórico .............................................................................................................................. 199 11.1. Elección en condiciones de incertidumbre: las loterías....................................................... 199 11.2. Génesis de la Utilidad Esperada: La «Paradoja de San Petersburgo» ................................. 200 11.3. El enfoque axiomático de von Neumann y Morgenstern .................................................... 202 11.4. Actitudes frente al riesgo..................................................................................................... 203 11.5. Coeficientes de aversión al riesgo de Arrow y Pratt ............................................................ 205 11.6. Dominancia estocástica ....................................................................................................... 208 Cuestiones y problemas ................................................................................................................... 211 Contenido ix I PARTE I TEORÍA DEL CONSUMO 1. Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 2. La decisión óptima y la demanda marshalliana 3. Dualidad en la teoría del consumo 4. Sistemas completos de demanda y medición del bienestar Resumen teórico 1.1. AXIOMÁTICA DEL CONSUMO CONJUNTO DE ELECCIÓN O CONJUNTO FACTIBLE DE CONSUMO: Conjunto de todas las cestas de bienes sobre las que el sujeto efectúa su elección. Los elementos de dicho conjunto se denominan cestas de bienes (x) y son vectores n-dimensionales en donde cada componente denota, de forma ordenada, la cantidad consumida del bien correspondiente: Propiedades (mínimas) de S: 1. Se trata de un conjunto no vacío. 2. S es cerrado. 3. El conjunto tiene una cota inferior en la cesta nula, . 0 ∈S x ≡( )∈ ⊆ x x x x n 1 2 3 , , ,..., S + n ℝ S⊆ ÷ ℝ n Resumen teórico 1.1. Axiomática del consumo 1.2. La Función de Utilidad 1.3. Utilidad Marginal y Relación Marginal de Sustitución 1.4. Propiedades especiales de las funciones de utilidad Cuestiones y problemas 1 TEMA 1 PREFERENCIAS, RACIONALIDAD Y FUNCIÓN DE UTILIDAD 4. S es convexo. Dadas dos cestas factibles cualesquiera sus medias ponderadas también son fac- tibles. Este supuesto implica la perfecta divisibilidad de las mercancías. LOS AXIOMAS DE LA RACIONALIDAD Definamos sobre los elementos de S una relación binaria que denominaremos «ser al menos tan pre- ferida a…» y que denotaremos por el símbolo: Vamos a establecer un conjunto de axiomas que cumplirá la citada relación binaria en el conjun- to de elección. AXIOMAS DE ORDEN A1. Completitud Dadas dos cestas cualesquiera del conjunto de elección, el sujeto siempre ha de ser capaz de compa- rarlas, prefiriendo la primera a la segunda, la segunda a la primera o bien manifestándose indiferente entre ambas. Las posibilidades lógicas derivadas del anterior axioma son: donde significa «no». Las ideas lógicas contenidas en las partes izquierdas de a) y b) se resumen con el operador: , «ser estrictamente preferida a…». Y en el caso c) por: , «ser indiferente a…» A2. Reflexividad Toda cesta es al menos tan preferida a sí misma. Más que un axioma independiente, se trata de un corolario del A1, en donde las cestas y se solapan. La conclusión lógica evidente en este caso es que: Esto es, toda cesta es al menos tan preferida a sí misma. A3. Transitividad ∀ ′ ′′ ′′′ ∈ ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′′ x x x S x x x x x x , , : ( ) ( ) ( ≿ ≿ ≿ ) ) ∀ ′ ∈ ′ ′ x S x x : ( ) ∼ ′′ x ∀ ′ x , ∀ ′ ∈ ′ ′ x S x x : ( ) ≿ ∼ ≻ a) ( ( b) ( ( ′ ′′ ∧ ′′ ′ ⇒ ′ ′′ ′′ ′ ∧ ′ x x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ) ) ( ) ) ≻ x x x x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ′′ ⇒ ′′ ′ ′ ′′ ∧ ′′ ′ ⇒ ′ ′′ ) ( ) ) ) ( ≻ ∼ c) ( ( x x x x x x ) ) ) : d) ( ( PROHIBIDO ′ ′′ ∧ ′′ ′ ≿ ≿ ∀ ′ ′′ ∈ ′ ′′ ∨ ′′ ′ x x S x x x x , : ( ) ( ) ≿ ≿ ≿ 4 Microeconomía avanzada El Orden Débil de las preferencias El cumplimiento de los tres axiomas de orden convierte a la relación binaria en una relación de orden débil. De orden, porque permite efectuar una ordenación de las cestas de S (de más a menos pre- feridas o viceversa) y débil, porque admite la indiferencia entre cestas. De esta forma, ahora es posible particionar el espacio de elección en subconjuntos llamados cla- ses de indiferencia 1 . Definiremos una clase de indiferencia como el conjunto de cestas de bienes indiferentes entre sí, esto es: Esta partición en clases de indiferencia cumple dos propiedades básicas: (i) La partición es exhaustiva, esto es, la unión de todas las clases de indiferencia abarca a todo S. (ii) Las clases de indiferencia son disjuntas, esto es, no pueden tener elementos comunes. Ambas propiedades pueden resumirse en la siguiente frase: «toda cesta pertenece siempre a una cla- se de indiferencia y solamente a una». Además de las clases de indiferencia también resulta útil definir los dos conjuntos siguientes: El conjunto de contorno superior, o conjunto de cestas al menos tan preferidas a una dada: y el conjunto de contorno inferior o conjunto de todas las cestas tales que una dada resulta, al menos, tan preferida a ellas: AXIOMAS DE REGULARIDAD A4. Continuidad Capacidad del sujeto de encontrar una compensación exacta a un cambio en la cesta que altere su satis- facción. Dada una sucesión convergente de cestas (x) i todas ellas al menos tan preferidas que otra cesta x´, su límite x 0 , también será al menos tan preferido a x´. O, en otras palabras, los conjuntos de contorno superior o inferior son conjuntos cerrados, esto es, incorporan a su frontera. La implicación inmediata de este axioma es que las clases de indiferencia no se pueden romper, esto es, son superficies continuas. ∀ ′ ∈ ′ ′ x S MI x PI x , ( ) ( ) y son . cerrados Si y ( ) ( ) x x x x x x 0 0 i i ≿ ≿ ′ → ⇒ ′ ∀ ′ ∈ ′ = ∈ ′ ¦ ¦ x S PI x x S x x , ( ) : se define: ≿ ∀ ′ ∈ ′ = ∈ ′ ¦ ¦ x S MI x x S x x , ( ) : se define: ≿ ∀ ′ ∈ ′ = ∈ ′ ¦ ¦ x S I x x S x x , ( ) : se define: ∼ ≿ Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 5 1 De una manera más formal, el cumplimiento de los tres axiomas referidos a la relación binaria en un preorden completo. Preor- den, pues cumple los axiomas de reflexividad y transitividad y completo porque satisface la completitud. ≿ A5. Axiomas de deseabilidad Veremos tres versiones del axioma. La primera es la más general y la última la más restrictiva. A5.1. No saturación (o insaciabilidad global) Pone de la manifiesto la idea de que siempre es posible encontrar una combinación alternativa de bie- nes que permite al sujeto obtener una mayor satisfacción que la que deriva en la situación actual. Esto es, el axioma prohíbe la existencia de puntos de saturación absoluta (o «bliss points») en el consu- mo. A5.2. Insaciabilidad local El axioma exige que dada una cesta cualquiera exista, al menos, una cesta mejor y que, además, se encuentre en sus proximidades. La insaciabilidad local de las preferencias impide que los conjuntos de indiferencia sean gruesos. A5.3. Estricta monotonía El axioma pone de manifiesto la preferencia del consumidor por la cantidad, así, si éste se enfrenta a dos cestas alternativas, preferirá aquella que cuente con mayor cantidad de, al menos, uno de los bie- nes. Este axioma implica que (i) las curvas de indiferencia han de ser decrecientes, y que (ii) las cur- vas de indiferencia más preferidas a una dada siempre se encuentran en la dirección nordeste. A6. Axiomas de convexidad La convexidad de las preferencias pone de manifiesto que los consumidores aprecian más las cestas promediadas de bienes que aquellas otra compuestas por combinaciones extremas de los mismos. Tie- ne dos versiones: ∀ ′ ′′ ∈ ′′ ′ ⇒ ′′ ′ x x S x x x x , : ≻ ∀ ′ ∈ ∀ ∈ ∃ ′′ ∈ ′ ′′ ′ ÷ x S x x x x ; : ( ) / ε ε ℝ ≻ B ∀ ′ ∈ ∃ ′′ ∈ ′′ ′ x S x S x x : / ≻ 6 Microeconomía avanzada Ejemplo de incumplimiento: Orden lexicográfico de preferencias (véase Ejercicio 1.5). Sea dos cestas factibles. Un orden lexicográfico (con 1 como bien prioritario) supone: ′′ ′ ′′ ′ ′′= ′ ′′ ′ x x ≻ x x x x x x 1 1 1 1 2 2 , o bien y '' ! 1 1 + 1 1 S x x S ⊆ ′ ≡ ′ ′ ′′ ≡ ′′ ′′ ∈ ÷ ℝ 2 1 2 1 2 y ( , ), ( , ) x x x x A6.1. Convexidad Las preferencias del sujeto son convexas si los conjuntos de contorno superior son conjuntos conve- xos: A6.2. Convexidad estricta Las preferencias del sujeto son estrictamente convexas si los conjuntos de contorno superior son con- juntos estrictamente convexos: 1.2. LA FUNCIÓN DE UTILIDAD Buscamos una función de variable real que represente el orden de preferencias ( ) del sujeto y que recoja exactamente la misma información sobre las preferencias subyacentes. Esto es, buscamos una función u(x) tal que: que preserve el orden de preferencias: ∀ ′ ′′ ∈ ′ ′′ ⇔ ′ ≥ ′′ x x S x x x x , : ( ) ( ) ≿ u u S x x x ⊆ ÷ → ÷÷ ≡ ÷ → ÷ ÷ ℝ ℝ n u n x x x u ( ) ( , ,... ) ( ) 1 2 ≿ ∀ ′ ∈ ∀ ′′ ′′′ ∈ ′ ∀ ∈( ) ′′ ÷ − ′ x S x x MI x x ; , ( ); , : ( ) λ λ λ 0 1 1 ′ ′′ ∈ ′ ′′ ÷ − ′′′ ′ x M x x x x ( ) ( ) , esto es: λ λ 1 ≻ ∀ ′ ∈ ∀ ′′ ′′′ ∈ ′ ∀ ∈ l l ′′ ÷ − x S x x MI x x ; , ( ); , : ( λ λ λ 0 1 1 ) ) ( ) ( ) ′′′ ∈ ′ ′′ ÷ − ′′′ ′ x MI x x x x , esto es: λ λ 1 ≿ Propiedades de u(x): 1. La función u(x) preserva el orden. 2. La función u(x) es continua. Propiedades de u(x) asociadas a otros axiomas: 3. Si es estrictamente monótona ⇒ u(x) es monótona y estrictamente creciente. Implicación: si u(x) representa el orden de preferencias , también lo hará cualquier otra fun- ción v(x) que sea transformación monótona creciente (TMC) de u(x), esto es, si don- de T es una función estrictamente creciente en los valores tomados por u(x), es decir, T´>0. La función u(x) es, por tanto, ORDINAL y NO CARDINAL. v T u ( ) ( ) x x = l l ≿ ≿ Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 7 Teorema (Debreu, 1954): Si el orden de preferencias es continuo, la función de utilidad u(x) existe y es continua. ≿ 4. Si es [estrictamente] convexa ⇒ u(x) es [estrictamente] cuasicóncava. Una función [estrictamente] cuasicóncava genera conjuntos de contorno superior [estrictamente] convexos, y eso es, precisamente, lo que garantiza la [estricta] convexidad de las preferencias. 5. u(x) es continuamente diferenciable hasta el orden requerido (al menos dos veces). Se trata de una propiedad más exigente que la mera continuidad y que no se deduce de los axiomas previamente expuestos. Implica que las curvas de indiferencia además de no romperse sean «suaves», sin puntos angulares. 1.3. UTILIDAD MARGINAL Y RELACIÓN MARGINAL DE SUSTITUCIÓN Si la función u(x) es diferenciable, sus derivadas parciales son las utilidades marginales: Las utilidades marginales son magnitudes CARDINALES, esto es, no soportan transformaciones monótonas crecientes de la función de utilidad. Sea , entonces: (Obsérvese que el signo sí se preserva) En un modelo de 2 bienes, la relación marginal de sustitución del bien 2 por el 1 se define como la pendiente de la curva de indiferencia en valor absoluto: Así pues, nos informa en cada cesta x’, sobre la cantidad de bien 2 a la que el sujeto estaría dis- puesto a renunciar RMS dx dx u 1 2 2 1 0 ( ) tan( ) x ≡− = α v T u x T u u k k k k k ( ) ( ) ( ) ( ); , ,.. x x x x = ∂ l l ∂ = ′ ≠ ∀ =1 2 .., n v T u T ( ) ( ) ; x x = l l ′ 0 u u x k n k k ( ) ( ) ; , ,..., x x = ∂ ∂ ∀ =1 2 ≿ 8 Microeconomía avanzada (−dx 2 ) por obtener una unidad más de bien 1 (dx 1 ) sin alterar su nivel de utilidad [u(x) ϭu 0 (x’) ϭcte]. Esto es, la RMS 2 1 es una medida de la «apreciación subjetiva» del bien 2 (en términos del bien 1). En la práctica la RMS se calcula como un cociente de utilidades marginales: En un modelo de n bienes, la relación marginal de sustitución del bien «l» por el «k» es, análo- gamente: • Algunas propiedades de la RMS: (1) Es una magnitud ordinal. Sea: (2) Dada estricta monotonía es estrictamente positiva: (3) Dada estricta monotonía y convexidad estricta es decreciente. Bajo estas supuestos, las cur- vas de indiferencia son decrecientes y estrictamente convexas, esto es: 1.4. PROPIEDADES ESPECIALES DE LAS FUNCIONES DE UTILIDAD ADITIVIDAD Y SEPARABILIDAD Una función de utilidad u(x) es (fuertemente) aditiva si la utilidad marginal del bien «k» sólo depen- de de la cantidad consumida de dicho bien, esto es: Se trata de una propiedad cardinal, pues no se preserva ante TMC de la función de utilidad. Una función de utilidad u(x) es (fuertemente) separable si la RMS entre dos bienes «k» y «l» sólo depende de las cantidades consumidas de dichos bienes, esto es: Se trata de una propiedad ordinal, pues involucra a la RMS que es una magnitud de este tipo. ∂ ∂ = ∀ RMS x k l h k l h ( ) ; , , x 0 distintos ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ ∂ ≡ = ∀ ≠ u x u x x u k l k l k l kl ( ) ( ) ( ) ; x x x 0 2 d x dx d dx dx dx dRMS u u 2 2 1 2 1 2 1 1 2 0 0 0 ⇒ − l l l l l ≡ (( ) x dx 1 0 < u k RMS k l k l k ( ) , ( ) , , x x 0 ∀ ⇒ ∀ 0 RMS v v T u T u RMS k l v k l k l k l ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( x x x x x x ≡ = ′ ′ ≡ ) ) u v T u T ( ) ( ) ; x x = l l ′ 0 RMS u u k l k l ( ) ( ) ( ) x x x ≡ RMS u u 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) x x x = Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 9 Relaciones de interés: 1. Aditividad ⇒ ⇐/ Separabilidad: 2. Las TMC de una función aditiva son separables. HOMOGENEIDAD Y HOMOTECIA • Una función de utilidad u(x) es homogénea de grado «h» (HGh) si cumple que: Esto es, si al incrementar el consumo de todos los bienes en igual proporción (θ) la utilidad aumenta siempre en la proporción . La homogeneidad es una propiedad cardinal pues no soporta TMC; si u(x) es HGh y , entonces Propiedad: si u(x) es una función HGh, su RMS es HG0: Una función de utilidad u(x) es homotética si se cumple que: Se trata de una propiedad ordinal. Relaciones de interés: 1. Homogeneidad ⇒ ⇐/ Homotecia. 2. Las TMC de una función homogénea son homotéticas. 3. Si v(x) es una función homotética su RMS es HG0: Cuestiones y problemas Suponga que la relación binaria de preferencias constituye un orden débil. Demuestre que a) b) c ′ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′′ ′ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′′ x x x x x x x x x x ∼ ∼ ∼ ≻ ≻ ≻ ) ) d) ′ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′′ ′ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′′ x x x x x x x x x x ∼ ≻ ≻ ≿ ≿ ≿ ≿ 1.1. ′ ′′ ∈ ′ = ′′ ⇒ ′ = ′′ ∀ x x S x x x x , / ( ) ( ) ( ) ( ); u u u u θ θ θ 0 RMS u u u u k l k l h k h l ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) θ θ θ θ θ θ x x x x x ≡ = ≡ − − 1 1 00 ⋅ ≡ RMS RMS k l k l ( ) ( ) x x v T u T u T u h h ( ) ( ) ( ) ( ) θ θ θ θ x x x x = l l = l l l ≠ l l =θ θ h v( ) x ∀ θ 0 v T u x T ( ) ( ) ; x = l l ′ 0 h θ u u h ( ) ( ; θ θ θ x x = ) ∀ 0 10 Microeconomía avanzada ∀ ′ ′′ ′′′ ∈ x x x , , S: Solución a) Aplicando la definición de indiferencia: Teniendo en cuenta las propiedades de los operadores lógicos tendremos: Y, dada la transitividad de la relación : b) Análogamente, utilizando la definición de preferencia estricta: c) Puede demostrarse aplicando el hecho de que: Aunque, evidentemente, la implicación contraria es falsa. Así pues: d) De nuevo: Aunque, evidentemente, la implicación contraria es falsa. Así pues: Deberíamos demostrar ahora que, además, . Veámoslo: Procedamos por reducción al absurdo suponiendo que: . Dado que, por hipótesis, se cumple que: y por la transitividad de tendremos que: , lo cual es absurdo pues, por hipótesis, Así pues, tenemos que: Dada la siguiente función de utilidad: u x i i i n k k i ( ) ( ) , , x = − = ∏ θ α θ α β β 1 0 0 donde: y ∀∀ = k n 1 2 , ,... 1.2. ( ) ( ) ( ) ′ ′′′ ∧ ′′′ ′ ⇒ ′ ′′′ x x x x x x ≿ ≿ ≻ ( ) ( ). ′′ ′′′ ⇒ ′′′ ′′ x x x x ≻ ≿ ( ) ′′′ ′′ x x ≿ ≿ ( ) ′ ′′ x x ≿ ( ) ′′′ ′ x x ≿ ′′′ ′ ( ) x x ≿ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ x x x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ≻ ≿≿ ′′′ x ) ( ) ( ) ′′ ′′′ ⇒ ′′ ′′′ x x x x ∼ ≿ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ x x x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ≻ ≿≿ ′′′ x ) ( ) ( ) ′ ′′ ⇒ ′ ′′ x x x x ∼ ≿ ( ) ( ) ( ) ( ) ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇔ ′ ′′ ∧ ′′ ′ l l ∧ x x x x x x x x ≻ ≻ ≿ ≿ (( ) ( ) ( ) ( ′′ ′′′ ∧ ′′′ ′′ l l ⇔ ⇔ ′ ′′ ∧ ′′ x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ≿ ′ ′′′ l l ∧ ′′′ ′′ ∧ ′′ ′ l l ⇔ ⇔ ′ ′ x x x x x x ) ( ) ( ) ( ≿ ≿ ≿ ′ ′′ l l ∧ ′′′ ′ l l ⇔ ′ ′′′ x x x x x ) ( ) ( ) ≿ ≻ ⇔ ′ ′′′ l l ∧ ′′′ ′′ ∧ ′′ ′ l l ⇔ ′ ( ) ( ) ( ) ( x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ∼ ′ ′′′ x ) ≿ ⇔ ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ l l ∧ ′′′ ′′ ∧ ′′ ′ ( ) ( ) ( ) ( x x x x x x x x ≿ ≿ ≿ ≿ ) ) l l ⇔ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇔ ′ ′′ ∧ ′′ ′ l l ∧ x x x x x x x x ∼ ∼ ≿ ≿ ′ ′′ ′′′ ∧ ′′′ ′′ l l ⇔ x x x x ≿ ≿ ) ( ) Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 11 Comprobar que es ordinalmente equivalente a: Solución Vamos a intentar obtener la función v(x) aplicando transformaciones monótonas y estrictamente cre- cientes a la función u(x). De esta forma la función v(x) preservará idéntica información ordinal que la original. Nótese que, 1 que son las condiciones que se impo- nían a los parámetros γ k . Así pues, podemos obtener la función v(x) a partir de la u(x) mediante la siguiente transformación: En donde: Represente los conjuntos de contorno superior que se obtienen a partir de las siguientes funciones de uti- lidad: a) b) u x x x x x x u ( , ) min , , 1 2 1 2 1 2 3 = ÷ ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 (( , ) min , max , ( , ) ln x x x x x x u x x 1 2 1 2 1 2 1 2 = ¦ ¦÷ ¦ ¦ = c) xx x x x u x x x x 1 2 1 2 1 2 1 2 0 − ≠ = ÷ ln , , ( , ) ( ) ; , , d) α β α β δ δ = ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 0 1 1 2 1 2 e) u x x x x ( , ) min , 1.3. ′ ≡ = ⋅ = ∑ T [ ( )] T[ ( )] [ ( )] ( ) , u d u d u u i n x x x x 1 0 1 β ι ssi u( ) x 0 v u u i n ( ) T[ ( )] ln ( ) x x x = ≡ í ( · · · 1 ) = ∑ θ β ι 1 β β β β ι ι k i n i i n k n = = ∑ ∑ ∀ = í ( 1 1 0 1 2 , , ,... y que ·· · · · · · · 1 ) = = ∑ i n 1 u x u i i i n i i ( ) ( ) ln ( ) l x x θ α θ β β = − í ( · · ·· 1 ) = = ∏ 1 nn( ) ln ( ) x u i i i n i n i − í ( · · · 1 ) = = = ∑ ∑ α θ β β β ι 1 1 x ι ι α γ i n i i i n i x = = ∑ ∑ í ( · · · · · · · 1 ) − = 1 1 ln( ) lln( ) ( ) x v i i i n − = = ∑ α 1 x v x k i i i i n k ( ) ln( ), , , , x = − ∀ = = ∑ γ α γ 1 0 1 2 donde: ....n i i n y γ = ∑ = 1 1 12 Microeconomía avanzada Solución a) Se trata de una función de utilidad no diferenciable y su conjunto de contorno superior viene for- mado por la intersección de los tres siguientes planos: Donde u 0 es una constante real positiva que representa un determinado nivel de utilidad. Esto es así porque: Gráficamente : Gráfico 1.3.a b) En este caso resulta sencillo comprobar que la función de utilidad propuesta es equivalente a otra diferenciable. Toda cesta debe cumplir una de las siguientes propiedades: (i) x 1 > x 2 o (ii) x 1 < x 2 o (iii) x 1 = x 2 , por tanto: Esto es: min , max , , , x x x x x x x x 1 2 1 2 1 2 1 2 ¦ ¦÷ ¦ ¦= ÷ ∀ ( ) min , max , ( ) i x x x x x x x x ii x 1 2 1 2 1 2 2 1 1 ⇒ ¦ ¦÷ ¦ ¦= ÷ <xx x x x x x x iii x x 2 1 2 1 2 1 2 1 2 ⇒ ¦ ¦÷ ¦ ¦= ÷ = ⇒ min , max , ( ) miin , max , x x x x x x 1 2 1 2 1 2 ¦ ¦÷ ¦ ¦= ÷ x S ≡ ∈ ( , ) x x 1 2 min , , x u x u x x u u 1 0 2 0 1 2 0 0 3 ≥ ≥ ÷ ≥ ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ≥ ( ) ( ) x u x u x x u 1 0 2 0 1 2 0 3 ≥ ∩ ≥ ∩ ÷ ≥ í ( · · · · 1 ) Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 13 Cuyo conjunto de contorno superior se representa en el Gráfico 1.3.b. Se trata del siguiente semiplano: Gráfico 1.3.b c) En este caso se trata de una función de utilidad diferenciable y su conjunto de contorno superior es: O, en forma explícita: Se trata de un semiplano cuya frontera es una línea creciente de pendiente y que parte de las proximidades del origen. Véase el Gráfico 1.3.c. Gráfico 1.3.c [exp( )] u 0 1 − x x u 2 1 0 ≤ exp( ) ln ln x x u 1 2 0 − ≥ 14 Microeconomía avanzada d) Antes de representar el conjunto de contorno superior de estas preferencias, se va a aplicar una transformación monótona creciente de modo que se pasa a otra función de utilidad, v(x), que repre- senta exactamente las mismas preferencias que la función de utilidad original, u(x): Para verificar que se trata ciertamente de una transformación monótona creciente se realiza el cálculo siguiente: El conjunto de contorno superior de v(x) es: O, en forma explícita: La frontera de este conjunto es una línea recta de pendiente . El conjunto de contorno superior es, entonces, el representado en el Gráfico 1.3.d. Gráfico 1.3.d e) Se trata de una función no diferenciable y en la que existe una relación de complementariedad entre los dos bienes. En otras palabras, ambos bienes han de consumirse conjuntamente en una proporción fija, de modo que unidades adicionales de uno solo de los bienes (sin que se incremente el consumo del otro) no aportan bienestar adicional al consumidor. A partir de esta información tratamos de construir la curva de indiferencia con un índice de utilidad . Pueden considerarse tres casos: u u x x 0 0 1 2 1 : = ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 min , −α β x u x 2 0 1 = −α β x u x 2 0 1 ≤ −α β α β x x u 1 2 0 ÷ ≥ ∂ ∂ = − v u u u 1 0 0 1 1 δ δ ya que v u x x ( ) [ ( )] x x = = ÷ 1 1 2 δ α β Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 15 El Gráfico 1.3.e resume el resultado a que se llega a partir de los tres casos analizados. Gráfico 1.3.e La curva de indiferencia u 0 presenta, de acuerdo con el resultado de e.3, un vértice en el pun- to A (donde ). Debe tenerse en cuenta que cualquier curva de indiferencia, que repre- sente otro nivel de bienestar, también presentará un vértice en la posición . Es decir, los vértices de las diferentes curvas de indiferencia se suceden a lo largo de la hipérbola equi- látera de ecuación . Atendiendo al caso e.2, la curva u 0 tiene un tramo horizontal en el que ya que para que tome valores mayores que u 0 , x 1 debe ir disminuyendo, lo cual ocurre a la 1 1 x 1 1 0 2 0 x u y x u = x x 1 2 1 = 1 1 1 2 1 2 x x x x = ⇒ = 1 1 0 2 0 0 x x u = = e.1) Si entonces: 1 1 1 2 0 1 2 x x u x x < = ' ! 1 1 + 1 , min , 11 ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ = 1 1 1 0 2 0 1 2 x u x u x x ; , e.2) Si entoncees: u x x x u x u 0 1 2 1 0 2 1 1 = ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ = min , ; 00 1 2 0 1 2 1 1 e.3) Si entonces: x x u x x = = ' ! 1 1 , min , ++ 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ = = 1 1 0 2 0 x u x u ; 16 Microeconomía avanzada izquierda de en el Gráfico. Por último, y atendiendo al caso e.1, la curva de indiferencia pre- senta un tramo vertical en el que ya que x 2 toma valores mayores que u 0 por enci- ma de x 0 2 en el Gráfico. El bienestar de este consumidor aumenta cuando lo hacen o x 2 por lo que el conjunto de con- torno superior es la zona sombreada del Gráfico 1.3.e. Sea la siguiente estructura de preferencias de un consumidor: a) Represente las clases de indiferencia que se derivan de dichas preferencias. Tome como referencia la cesta = (2,2). b) Compruebe si se trata de un orden débil y comente el cumplimiento o incumplimiento de los axiomas de regularidad. c) ¿Se le ocurre algún ejemplo de preferencias que podrían ser representadas de esta forma? Solución a) Vamos a buscar, en primer lugar, las cestas del espacio de elección al menos tan preferidas a esto es, el conjunto MI( ): Se trata del semiplano cerrado sombreado del Gráfico 1.4. Gráfico 1.4 MI x x x ( , ) : : 2 2 1 1 1 1 1 = ∈ ≥ ′ − ¦ ¦ = ∈ ≥ ¦ ¦ x S x S ′ x ′ ≡ x ( , ), 2 2 ′ x ∀ ′ ∈ ⊆ ′ ⇔ ≥ ′ − ÷ x x S x x , : ℝ 2 1 1 1 ≿ x x 1.4. 1 1 x 1 1 0 2 0 x u x u = ; 1 1 0 x Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 17 De forma análoga las cestas del espacio de elección tales que resulta al menos tan preferida a ellas, esto es, el conjunto PI( ): Se trata del semiplano cerrado rayado del Gráfico 1.4. Así pues, el conjunto de indiferencia será la intersección entre los dos conjuntos de contor- no anteriores, esto es: Esto es, la zona sombreada y rayada del Gráfico 1.4. De igual forma pueden encontrarse los conjuntos de contorno superior e inferior estrictos: En el Gráfico 1.4 se han señalado los diferentes contornos. b) Se trata de un orden débil de preferencias, pues se trata de una relación completa, reflexiva y tran- sitiva. Veámoslo: (i) Completitud. debe de cumplirse una de las tres siguientes cosas: Nótese que la unión de las tres posibilidades agota todo , lo que posibilita siempre la com- paración entre dos cestas cualesquiera. (ii) Reflexividad. . Nótese que en nuestro caso es cierto dado que se cumple que: (iii) Transitividad. Utilizando la estructura de preferencias del problema: ( ) ( ) ( ) ( ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ ≥ ′′ − ∧ ′′ ≥ ′′ x x x x ≿ ≿ x x x x 1 1 1 1 1 ′ ′ − ⇒ ′ ≥ ′′′ − ⇒ ′ ′′′ 1 1 1 1 ) ( ) ( ) x x x x ≿ ∀ ′ ′′ ′′′ ∈ ′ ′′ ∧ ′′ ′′′ ⇒ ′ ′′′ x x x S x x x x x x , , : ( ) ( ) ( ≿ ≿ ≿ ) ) (x x 1 1 1 ′ ≥ ′ − ) ∀ ′ ∈ ′ ′ ⇒ ′ ′ x S x x x x : ) ( ) ( ≿ ∼ ℝ ÷ 2 a) ( ( Esto es: ( ′ ′′ ∧ ′′ ′ ⇒ ′ ′′ ′ ≥ x x x x x x ≿ ≿ ) ) ( ) ≻ x x 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 ′′ − ∧ ′′ ≥ ′ − ⇒ ′ ≥ ′′ − ∧ ′ ) ( ) ) ( x x x x x x ( 11 1 1 1 1 ′′ ÷ ⇒ ′ ′′ ÷ ′′ ′ ∧ ′ ′′ ⇒ ′ ) ( ) ) ) ( x x b) ( ( x x x x ≿ ≿ ′ ′ ′ ′′ ≥ ′ − ∧ ′ ≥ ′′ − x x ≻ ) ) ( ) Esto es: (x x x x 1 1 1 1 1 1 ⇒⇒ ′′ ≥ ′ − ∧ ′′ ′ ÷ ⇒ ′ < ′′ − ( c) ( x x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ) ( ) ( ) ′ ′ ′′ ∧ ′′ ′ ⇒ ′ ′′ ′ ≥ ′′ x x x x x x ≿ ≿ ) ) ( ) ( Esto es: ( ∼ x x 1 1 −− ∧ ′′ ≥ ′ − ⇒ ′ ≥ ′′ − ∧ ′ ≤ ′′ ÷ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ) ( ) ) ( x x x x x x ( 1 1 1 1 1 1 1 ) ( ) ⇒ ′′ − ≤ ′ ≤ ′′ ÷ x x x ∀ ′ ′′ ∈ x x S , M MI PI ( , ) : ( , ) ( , ) 2 2 2 2 2 2 = ∈ ∈ l l ∧ ∉ l l ¦ ¦ = = x S x x x ∈∈ ≥ ∧ ≤ ¦ ¦= ∈ ¦ ¦ = ∈ S x S x S : ( ) ( ) : ( ) ( , ) x x x P 1 1 1 1 3 3 2 2 :: ( , ) ( , ) : ( x x x S ∉ l l ∧ ∈ l l ¦ ¦ = = ∈ ≥ MI PI x 2 2 2 2 1 1 )) ( ) : ( ) ∧ ≤ ¦ ¦= ∈ < ¦ ¦ x x 1 1 3 1 x S I MI PI ( , ) : ( , ) ( , ) 2 2 2 2 2 2 = ∈ ∈ l l ∧ ∈ l l ¦ ¦ = ∈ x S x x x SS: 1 3 1 ≤ ≤ ¦ ¦ x PI x x x x ( , ) : : : 2 2 1 2 1 1 1 1 1 = ∈ ′ ≥ − ¦ ¦ = ∈ ≥ − ¦ ¦= ∈ ≤ x S x S x S 3 3 ¦ ¦ ′ x ′ ≡ x ( , ) 2 2 18 Microeconomía avanzada En cuanto a los axiomas de regularidad: (iv) Continuidad. Las preferencias son continuas, dado que los conjuntos de contorno superior e inferior son cerrados. (v) Deseabilidad. • Se cumple el axioma de no-saturación-global ya que dada una cesta cualquiera siempre es posi- ble encontrar una cesta factible estrictamente mejor: • No se cumple el axioma de insaciabilidad local, tal y como puede apreciarse en el Gráfico 1.4 donde las curvas de indiferencias son gruesas. Por ejemplo, dada la cesta , todas aquellas cestas del intervalo: son indiferentes a ella. Evidentemente, las preferencias tampoco son monótonas, dado que esta propiedad es más res- trictiva que la anterior. c) Se trata de unas preferencias en las que el artículo 2 se comporta como un neutral, esto es, su con- sumo no reporta ni utilidad, ni desutilidad al agente. En cuanto al artículo 1 podemos decir que se trata de un bien, dado que el consumo del mismo reporta satisfacción al sujeto, pero con una salvedad: para que éste perciba la utilidad extra el consumo del bien 2 debe aumentar en más de una unidad, es decir, el sujeto tiene un umbral mínimo de percepción que le impide apreciar las bondades de cantidades extra del bien si dicho incremento no supera la unidad. Dado el siguiente orden lexicográfico de preferencias en : a) Compruebe que se trata de un orden débil. b) Muestre que no es continuo mediante un contraejemplo adecuado. c) Compruebe que es convexo. Solución a) Para que se trate de un orden débil es necesario que la relación binaria sea completa, reflexiva y transitiva. Verifiquemos en primer lugar si las preferencias son completas, es decir, si dos vectores de con- sumo cualesquiera siempre son comparables. Tomemos dos vectores de consumo cualesquiera x 0 y x 1 : Pueden darse los casos siguientes: – Si es decir, son comparabl x x 1 0 1 1 0 1 ≥ ⇒ x x ≿ , ees. – Si es decir, s x x x x 1 0 1 1 2 0 2 1 0 1 = ∧ ≥ ⇒ x x ≿ , oon comparables. – Si x x x x 1 0 1 1 2 0 2 1 0 1 = ∧ = ⇒ ∧ x x ≿ xx x x x 1 0 0 1 ≿ ⇒ ∼ , es decir, son comparables. x x 0 1 = = ( , ); ( , ) x x x x 1 0 2 0 1 1 2 1 ∀ ∈ ⇔ ≥ ∨ = ∧ ≥ x x S x x 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 2 0 2 1 , : ( ) ( ) ( ≿ x x x x x x ) ) l l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ℝ ÷ 2 1.5. 1 3 1 2 ≤ ≤ ∀ x x , ′ ≡ x ( , ) 2 2 ∀ ′ ∈ ∀ ∈ ¸ ∃ ′′ ∈ ′ ′′ ′ x S x x x x ; [ , ] : ( ) / ε ε 0 1 B ≻ ∀ ′ ∈ ∃ ′′ ∈ ′′ ′ ⇔ ′′ ′ ÷ x S x S x x : / ≻ x x 1 1 1 Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 19 En consecuencia, dos vectores de consumo cualesquiera son siempre comparables, por lo que las preferencias son completas. En segundo lugar, se comprueba si son preferencias reflexivas Tomemos un vector cualesquiera x 0 y comparémoslo consigo mismo: como queríamos demostrar. Por último se comprueba el axioma de transitividad. Considérense tres vectores de consumo: , entonces debe verificarse que . De acuerdo con la estructura de preferencias del enunciado: Uniendo el lado derecho de estas dos expresiones se tiene: lo que, de acuerdo con la estructura de preferencias del enunciado, lleva a , como se que- ría demostrar. b) Para verificar la no continuidad de estas preferencias se va a recurrir a un contraejemplo. Con- sidérense las siguientes sucesiones de vectores de consumo: . Sea cual sea el valor de n> 0, se verifica que ya que el primer componente es mayor en . El axioma de continuidad requiere que si todos los vectores de consumo que for- man parte de una sucesión son al menos tan preferidos como otro vector dado, el vector final de la serie (su límite) también debe ser al menos tan preferido como ese vector dado. En el caso ana- lizado, debería ocurrir que sea también al menos tan preferido como el vec- tor (1,1). No obstante, sucede lo contrario: ya que la primera componente en ambos vectores es idéntica, pero la segunda componente es mayor en el vector (1,1). En consecuencia, las preferencias lexicográficas no verifican el axioma de continuidad. c) El axioma de convexidad requiere que se verifique lo siguiente: Demostración: tomemos dos vectores Entonces, de acuerdo con la estruc- tura de preferencias que se ha definido en el enunciado: x , x x x x 1 2 0 1 2 ∈ ≠ MI ( ), . Dados tal que x x , x x , x x 0 1 2 1 2 0 , ( ) ∈ ⊆ ∈ ⇒ ÷ S MI a ℝ 2 x x x x 1 2 0 ÷ − ∀ ∈ ( ) [ , ] 1 0 1 a a ≿ ( , ) ( , ) 1 1 1 0 ≿ lim , ( , ) n n n →∞ ÷ ÷ í ( · · ·· 1 ) = 2 1 0 1 0 x x 0 1 n n que en x x 0 1 n n ≿ x x o 1 n n = ÷ ÷ í ( · · ·· 1 ) = n n y 2 1 0 1 1 , ( , ) x x 0 2 ≿ ( ) ( ) ( ) x x x x x x 1 0 1 2 1 0 1 2 2 0 2 2 ≥ ∨ = ∧ ≥ l l l ' ! 11 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 Si x x 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 2 0 2 1 ≿ ⇒ ≥ ∨ = ∧ ≥ l l ( ) ( ) ( ) x x x x x x l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ⇒ ≥ ∨ = Si x x 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2 ≿ ( ) ( ) x x x x ∧∧ ≥ l l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ( ) x x 2 1 2 2 x x 0 2 ≿ ∀ ∈ ∧ x x x S x x x x 0 1 2 0 1 1 2 , , : ≿ ≿ x x x x 1 0 1 0 2 0 2 0 0 0 = ∧ = ⇒ x x ≿ ∀ ∈ ( ) x S x x 0 0 0 : . ≿ 20 Microeconomía avanzada Construimos el vector de consumo compuesto , donde , y cuyas compo- nentes son Pueden darse los siguientes dos casos. Por un lado, que se cumpla la parte superior de las expresiones [1] y [2]: Entonces Es decir, la primera componente del vector compuesto es mayor o igual que la primera componente del vector x 0 , lo que significa que . Por otro lado, puede cumplirse la parte inferior de las expresiones [1] y [2]: Entonces es decir, el vector compuesto tiene una primera componente igual que el vector x 0 y una segunda com- ponente mayor o igual que la del vector x 0 , lo que significa que . En definitiva, en cualquiera de los dos casos se verifica la condición de convexidad del orden de preferencias. La condición de convexidad también puede demostrarse gráficamente. Para ello debe identificarse en primer lugar el conjunto de contorno superior y, después, comprobar que la línea que une dos vec- tores cualesquiera de ese conjunto también pertenece al conjunto de contorno superior. En el Gráfi- co 1.5 los vectores de consumo que son al menos tan preferidos como el de referencia x 0 son los que se encuentran por encima de él sobre su misma vertical (ya que tienen la misma cantidad del bien 1 y más del bien 2) y todos los vectores a la derecha de x 0 (ya que tienen mayor cantidad del bien 1). En consecuencia el conjunto de contorno superior MI(x 0 ) es toda la zona sombreada del Gráfico. Gráfico 1.5 a a x x x 1 2 0 ÷ − ( ) 1 ≿ ax a x ax a x x ax a 1 1 1 0 1 0 1 0 2 1 1 1 1 2 1 ÷ − = ÷ − = ∧ ÷ − ( ) ( ) ( )xx ax a x x 2 2 0 2 0 2 0 1 2 ≥ ÷ − = ( ) , ( ) ( ) ( ) ( ). x x x x x x x x 1 1 1 0 2 1 2 0 1 2 1 0 2 2 2 0 = ∧ ≥ = ∧ ≥ y a a x x x 1 2 0 ÷ − ( ) 1 ≿ ax a x ax a x x 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 2 ÷ − ÷ − = ( ) ( ) . x x x x 1 1 1 0 1 2 1 0 ≥ ≥ y . ax a x ax a x 1 1 2 2 1 1 1 2 1 2 ÷ − ÷ − ( ) ( ) y . a ∈[ , ] 0 1 a a x x 1 2 ÷ − ( ) 1 x x 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 2 1 2 0 ≿ ⇒ ≥ ∨ = ∧ ≥ ( ) ( ) ( ) x x x x x x l l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ⇒ ≥ [ ] ( ) 1 2 0 1 2 1 0 x x ≿ x x ∨∨ = ∧ ≥ l l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ( ) ( ) [ ] x x x x 1 2 1 0 2 2 2 0 2 Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 21 Tomemos dos vectores cualesquiera pertenecientes a MI(x 0 ), como por ejemplo x 1 y x 2 . Los vec- tores compuestos que se pueden formar a partir de ellos vienen representados gráficamente por el seg- mento que une ambos vectores. Puede comprobarse que todos sus puntos pertenecen a MI(x 0 ), lo que indica que las preferencias son convexas. Lo mismo sucede si se toman los vectores x 3 y x 4 u otros similares pertenecientes a MI(x 0 ). Compruebe si cada una de las siguientes funciones de utilidad cumplen o no las propiedades de aditivi- dad, separabilidad, homogeneidad y homotecia. Solución a) Se trata de una función aditiva, pues: Dado que: Como es aditiva, también cumple la propiedad de separabilidad. También es una función homogénea de grado 1: Por lo que también es homotética. b) No es aditiva, dado que: Y, por tanto: Sí es separable, ya que: RMS x x k l k l k l l k ( ) ; x = ∀ ≠ α α ∂ ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ ≠ ∀ ≠ 2 u x x u x k l k l k l ( ) ( ) ; x x 0 u x x k k k k i i n i ( ) ; x = ∀ = ∏ α α 1 u x x u i i n i i n ( ) ( ); θ θ θ θ θ x x = ⋅ = ⋅ = ∀ = = ∑ ∑ 1 1 0 u k k ( ) ; x = ∀ 1 ∂ ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ = ∀ ≠ 2 u x x u x k l k l k l ( ) ( ) ; x x 0 a) b) c) u x u x u i i n i i n i i ( ) ( ) ; ( ) e x x x = = = = = ∑ ∏ 1 1 0 α α xxp x i i n = ∏ 1 1.6. 22 Microeconomía avanzada Y, por tanto: Es homogénea de grado : Y, por tanto, es homotética. c) No es aditiva pues: Y, por tanto: Sí es separable, ya que: Y, por tanto: No es homogénea: Es homotética: Una primera forma de comprobarlo es dándonos cuenta de que la función de utilidad de este apartado puede obtenerse mediante una transformación monótona creciente de otra función homogénea, por lo que será homotética. En concreto, dada la función: Puede comprobarse que es homogénea de grado «n»: v x x i i n n i i n ( ) ( ) θ θ θ x = = = = ∏ ∏ 1 1 v x i i n ( ) x = = ∏ 1 u x x i i n n i i n ( ) exp ( ) exp θ θ θ x = = í ( · · · · 1 ) = = ∏ ∏ 1 1 ≠ = ∏ θ n i i n x exp 1 ∂ ∂ = ∀ RMS x k l h k l h ( ) ; , , x 0 distintos RMS x x k l k l l k ( ) ; x = ∀ ≠ ∂ ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ ≠ ∀ ≠ 2 u x x u x k l k l k l ( ) ( ) ; x x 0 u x x k i i i k n i i n ( ) exp ; x = í ( · · · · · 1 ) ⋅ = ≠ = ∏ ∏ 1 1 ∀∀k u x x i i n i i n i i i n i i i ( ) ( ) θ θ θ θ α α α α x = = ∑ = = = ∏ ∏ = = 1 1 1 1 nn u ∑ ( ) x α i i n = ∑ 1 ∂ ∂ = ∀ RMS x k l h k l h ( ) ; , , x 0 distintos Preferencias, Racionalidad y Función de Utilidad 23 Nuestra función u(x) puede obtenerse como: Y se cumple que: Alternativamente, puede comprobarse que es homotética aplicando directamente la definición. Si tomamos dos cestas cualesquiera del conjunto de elección que sean indiferentes entre sí, dichas cestas multiplicadas por un mismo escalar seguirán siendo indiferentes entre sí. O sea: En nuestro caso, partimos de la hipótesis siguiente: Por otra parte, y utilizando el anterior resultado: como queríamos demostrar. u x x i i n n i i n ( ) exp exp θ θ θ ′ = ′ = ′ í ( · · · · 1 ) = = ∏ ∏ x 1 1 = ′ í ( · · · · 1 ) = = ′′ = = ∏ ∏ exp exp x x i i n i i n n 1 1 θ íí ( · · · · 1 ) = ′′ í ( · · · · 1 ) = = ∏ θ θ n n i i n x exp 1 eexp ( ) θ θ ′′= ′′ = ∏ x u i i n 1 x ∀ ′ ′′ ∈ ′ = ′ = ′′= ′′ = ∏ x x S x x , / ( ) exp exp ( ) u x x u i i n i i 1 = = ∏ 1 n ∀ ′ ′′ ∈ ′ = ′′ ⇒ ′ = ′′ ∀ x x S x x x x , / ( ) ( ) ( ) ( ); u u u u θ θ θ 0 du dv d v dv v ( ) ( ) exp ( ) ( ) exp ( ) x x x x x = = 0 u x v i i n ( ) exp exp ( ) x x = = = ∏ 1 24 Microeconomía avanzada Resumen teórico 2.1. EL CONJUNTO PRESUPUESTARIO Vamos a suponer que nuestro consumidor obtiene los bienes de su cesta en economías de mercado a unos precios paramétricos estrictamente positivos: y que dispone de una renta monetaria finita y paramétrica, sin preocuparnos, por el momen- to, su origen. El conjunto de cestas del espacio de elección asequibles por el consumidor con su renta y con los precios vigentes es el conjunto asequible o conjunto presupuestario: CA( , ) / P x S Px m m n = ∈ ⊆ ≥ ¦ ¦ ÷ ℝ m≥ ( ) 0 P =( , ,..., ) p p p n 1 2 0 ≫ Resumen teórico 2.1. El conjunto presupuestario 2.2. El óptimo del consumidor 2.3. Las funciones de demanda marshallianas y sus propiedades 2.4. Efectos sobre el óptimo de las variaciones en los precios y en la renta. Condiciones de Agregación 2.5. La Función Indirecta de Utilidad Cuestiones y problemas 2 TEMA 2 LA DECISIÓN ÓPTIMA Y LA DEMANDA MARSHALLIANA • En , el Conjunto Asequible comprende a las cestas positivas o nulas del conjunto: . • Esto es, el área descrita por los ejes coordenados y la recta de balance: — Cerrado (contiene a sus fronteras): las líneas pertenecen a . — Acotado: dado que . — Convexo: 2.2. EL ÓPTIMO DEL CONSUMIDOR • Consideremos el siguiente problema de maximización condicionada de la utilidad, que denomina- remos problema primal [P] del consumidor: • Que cumple los teoremas básicos de optimización: 1. Existe un óptimo pues u(x) es continua y CA(P,m) es un compacto. max ( ) max ( ) . . : ( , ) . . : ) u u s a m s a a x x x P ∈ CA esto es: x x Px ≥ ≥ 0 b m ) (1) ∀ ′ ′′ ∈ ∀ ∈ 0,1 l l ′ ÷ − ′′ ∈ x x P x x , ( , ), : ( ) ( CA CA m λ λ λ 1 P P, ) m P ≫0 0 0 , : , m x m p k k k ≥ ≤ ≤ ∀ CA x k m k = ∀ = 0, y Px Propiedades del Conjunto Asequible: CA( , ) P m → – –Compacto –Cerrado –Acotado –Convexo ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 11 1 1 1 + 1 1 1 1 m p x p x = ÷ 1 1 2 2 m p x p x ≥ ÷ 1 1 2 2 S⊆ ÷ ℝ 2 26 Microeconomía avanzada 2. Como (P,m) es convexo, si u(x) es cuasi-cóncava, el óptimo que encontremos con las con- diciones necesarias será un máximo global, aunque podría ser múltiple. 3. Si u(x) es estrictamente-cuasi-cóncava, el máximo encontrado además de global será único. RESOLUCIÓN DEL PROBLEMA Supongamos que u(x) sea dos veces continuamente diferenciable, el problema (1) se resolvería apli- cando las condiciones necesarias de Kuhn-Tucker con la siguiente puntualización: • Bajo las condiciones del axioma A5.3 (estricta monotonía) la función u(x) es monótona crecien- te, por lo que nunca alcanza un máximo absoluto. En estas circunstancias la restricción b) siem- pre se satura en el óptimo, por lo que en ese punto se cumple con igualdad. Así pues, el problema descrito en (1) se puede reescribir como: • Que es equivalente a: Un problema de maximización tipo Lagrange con una restricción de no-negatividad cuyas condicio- nes necesarias son: • Si la función objetivo es estrictamente-cuasi-cóncava las anteriores condiciones necesarias son también suficientes para la existencia de un óptimo global y único. • Matemáticamente pueden demostrarse comprobando que los signos de los (n–1) menores del Hes- siano orlado (comenzando por el de orden 2) van alternándose comenzando por positivo: En general: donde H i = − − − − 0 1 1 11 1 1 p p p u u p u u i i i i ii ⋯ ⋯ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ ( ) , − 1 0 i H i H H 2 3 = − − − − = − − 0 0 0 1 2 1 11 12 2 21 22 1 p p p u u p u u p ; p p p p u u u p u u u p u u u 2 3 1 11 12 13 2 21 22 23 3 31 32 33 − − − − <0 0 a) b) ∂ ∂ ≡ )= − ≤ ≥ ∗ L L x u p x k k k k k ( , ( ) * * * * x x λ λ 0 0 ( ) * * * c) x u p k k k x − l l l = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 λ 0 ∀∀ = ∂ ∂ ≡ )= − ∗ = ∑ k n m p x i i n i 1 2 4 1 , , , ( ) ( , * * ⋯ d) L L λ λ λ x ==0 max ( , ) ( ) ) ( ) . . : L x x P x x λ λ = ÷ ( − ⋅ ≥ u m s a 3 0 max ( ) ( ) . . : ) ) u s a a b m x x Px 2 0 ≥ = CA La decisión óptima y la demanda marshalliana 27 2.3. LAS FUNCIONES DE DEMANDA MARSHALLIANAS Y SUS PROPIEDADES La solución al problema primal del consumidor es: Se trata de un sistema completo de ecuaciones demanda ordinarias, marshallianas o no-compen- sadas. PROPIEDADES DE LAS DEMANDAS MARSHALLIANAS 1. Continuas en (P,m). Este resultado es una aplicación inmediata del Teorema del Máximo. 2. Homogeneidad de grado cero en (P,m) o ausencia de ilusión monetaria: Si tanto la renta (m) como el vector de precios (P) se multiplican por una misma constante las demandas ordinarias no varían. Corolario: condición de homogeneidad generalizada: Donde es la elasticidad-precio del bien k ante cambios del precio del bien i. Y la elastici- dad-renta del bien k. 3. Ley de Walras o Adding-up property: en el óptimo (x*) la restricción presupuestaria siempre se satura, esto es, se cumple con igualdad estricta: m ϭ P · x*. Este resultado se asocia con el axioma A5.3 (estricta monotonía de las preferencias), aunque bas- ta con insaciabilidad local (A5.2) para que se cumpla. 2.4. EFECTOS SOBRE EL ÓPTIMO DE LAS VARIACIONES EN LOS PRECIOS Y EN LA RENTA. CONDICIONES DE AGREGACIÓN a) Variaciones en la renta monetaria (m): • Efecto sobre la cantidad demanda de un bien Si se altera la renta monetaria del consumidor el problema primal se altera y la cantidad demandada de un cierto bien k cambia . La elasticidad-renta de la demanda del bien cuantifica ese cambio: ε km k k x m m x k ≡ ∂ ∂ ∀ * * ; k km ( ) ε ( ) dx k * ≠0 ( ) dm≠0 k x k ( ): * ε km ε ki ε ε ki km i n k n ÷ = ∀ = = ∑ 1 0 1 2 ; , , , ⋯ x P x P x P ( , ) ( , ) ( , ) θ θ θ m m m = ⋅ = 0 θ 0 x x x p p p n n 1 1 1 2 * * ⋮ ⋯ í ( · · · · · · · · 1 ) = ( , , , , mm x p p p m n n ) ( , , , , ) ⋮ ⋯ 1 2 í ( · · · · · · · · 1 ) o bien: x x P * ( , ) ( ) = m 5 28 Microeconomía avanzada Dependiendo del valor de el bien k puede clasificarse del modo siguiente: • Efecto global sobre el sistema de demandas (x*) La Condición de Agregación de Engel nos permite averiguar el efecto de un cambio en la renta sobre las n funciones de demanda ordinarias del consumidor (x*) Por la Ley de Walras sabemos que: Derivando con respecto de m podremos llegar a que es la Condición de Agregación de Engel (CAE), donde S * i es la proporción de renta que se gasta en el bien i. Esta condición nos informa de que ante una cierta variación porcentual de la renta monetaria, el consumo medio ponderado de todos los bienes debe variar en igual sentido y proporción. Corolario: si un consumidor se enfrenta al consumo de n bienes no todos pueden ser inferiores, al menos uno ha de ser normal. Demostración: como . Así pues, para que se cumpla la CAE al menos una elas- ticidad-renta debe ser positiva. b) Variaciones en un precio (p k ): • Efecto sobre la cantidad demandada de un bien: — Si se altera el precio de un cierto bien (dp k 0) se producen efectos sobre la cantidad deman- dada del propio bien (dx * k 0) llamados efectos propios que podemos cuantificar mediante la elasticidad-precio de la demanda del bien k: Dependiendo del valor de ε kk el bien k puede clasificarse del modo siguiente: ε kk k k k k x p p x k ≡ ∂ ∂ ∀ * * ; P * ≫0 0 ⇒ ∀ S k k , S i im i n * ε = ∑ = 1 1 m p x i i i n = = ∑ * 1 ( ) dm≠0 ε km La decisión óptima y la demanda marshalliana 29 — Si se altera el precio de un cierto bien (dp k 0) los efectos sobre la cantidad demandada de otro bien (l k) se llaman efectos cruzados y se pueden cuantificar mediante la elasticidad- cruzada precio de la demanda de «l» cuando varía el precio de «k»: Dependiendo del valor de ε lk el bien l puede clasificarse del modo siguiente: • Efecto global sobre el sistema de demandas (x * ) La Condición de Agregación de Cournot nos informa sobre el efecto de un cambio en un precio (dp k 0) sobre las n funciones de demanda ordinarias del consumidor (x * ). Por la Ley de Walras sabemos que: Derivando en p k llegamos a: que es la Condición de Agregación de Cournot (CAC) cuando varía el precio del bien k. Esta condición nos informa de que ante un cierto aumento porcentual del precio de un bien k, el consumo medio ponderado de todos los bienes debe caer en un porcentaje igual al peso que dicho bien supone sobre el gasto total. Corolario: al aumentar el precio de un cierto bien k, la cantidad demandada de al menos un bien de la cesta debe decrecer. Demostración: como , para que se cumpla la CAC al menos una elasticidad- precio debe ser negativa. 2.5. LA FUNCIÓN INDIRECTA DE UTILIDAD Se trata de la función de valor (máximo) asociada al problema primal del consumidor. Así pues, sus- tituyendo la solución del problema de maximización condicionada de la utilidad (esto es, el vector de demandas ordinarias) en la función objetivo, obtenemos la Función Indirecta de Utilidad (FIU), Se trata de una función que nos informa sobre la máxima utilidad que el consumidor puede obte- ner a cada valor de los precios y de la renta. Esto es, dada la función directa de utilidad u ϭu(x), unos max ( ) ( *) [ *( , )] ( , ) . . : ( , u u u v m x x x P m P s a x P = = = ∈ CA mm) u v m * ( , ): = P P * ≫0 0 ⇒ ∀ S k k , S S i ik i n k * * ε = ∑ =− < 1 0 m p x i i i n = = ∑ * 1 ε lk l k k l x p p x k l ≡ ∂ ∂ ∀ ≠ * * ; 30 Microeconomía avanzada precios p 1 , p 2 y una renta m, el consumidor maximiza su satisfacción en la cesta x* ϭx(P, m) y obtie- ne un nivel de utilidad (máxima) u* ϭv(P, m). Propiedades de la FIU 1. Continua en (P, m). Este resultado es una aplicación inmediata del Teorema del Máximo. 2. Homogénea de grado cero en (P, m). Si tanto la renta (m) como el vector de precios (P) se multiplican por una misma constante la utilidad máxima que puede obtener el consumidor no varía. Se trata de un resultado inmediato dado que las demandas marshallianas son HG0: 3. Estrictamente creciente en la renta Aplicando el Teorema de la Envolvente al problema primal, teniendo en cuenta que el valor del lagrangiano en el óptimo es: tenemos: Dado que según la ley de Walras la restricción presupuestaria se satura en el óptimo, el multipli- cador asociado (λ*) será estrictamente positivo. 4. No creciente en cada precio p k Aplicando, de nuevo, el Teorema de la Envolvente al lagrangiano en el óptimo: Dado que λ* * ≥ 0 0. y que x k ∂ ∂ = ∂ ∂ =− ≤ ∀ = v m p p x k n k k k ( , ) , , , P * * * L λ 0 1 2 ⋯ ∂ ∂ = ∂ ∂ = v m m m ( , ) P * * L λ 0 L* x* * Px* = ÷ − l l u m ( ) λ v m v m v m v m ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) θ θ θ θ P x P x P P = l l = l l = θ0 La decisión óptima y la demanda marshalliana 31 5. Cuasi-convexa en el vector de precios Demostrar que la FIU es cuasi-convexa en P es equivalente a demostrar que sus contornos inferio- res son conjuntos convexos en P o, en otras palabras, que la utilidad máxima que puede obtenerse con presupuestos promedios es menor (o a lo sumo igual) a la que se obtiene con presupuestos extremos. 6. Identidad de Roy Resultado inmediato a partir de las propiedades 3 y 4. Cuestiones y problemas Obtenga para la función de utilidad: Las funciones de demanda marshallianas y la función indirecta de utilidad. Solución Comencemos comprobando el cumplimiento de las condiciones suficientes del problema de maximi- zación condicionada de la utilidad. Para ello calcularemos las Relaciones Marginales de sustitución (RMS) entre los diferentes pares de bienes y comprobaremos que todas ellas son decrecientes. Sabemos que: Donde la expresión general de las utilidades marginales (u k ) es: Por tanto: RMS k l k x k l x l k l x l x k k l ( ) ; x ≡ = ∀ ≠ α α α α u u x x k n k k k k ( ) ( ) , , ,..., x x = ∂ ∂ = ∀ = α 1 2 RMS u u k l k l k l ( ) ( ) ( ) ; x x x ≡ ∀ ≠ u x x i i i n i i i i n ( ) ln , , , x = = = = ∑ ∑ α α α 1 1 0 0 donde: 1 1 2.1. x x m v v v m p v m m k k k p m k k * ( , ) ( , ) ( , ) , = =− ≡− ∂ ∂ ∂ ∂ ∀ = P P P 1 1 2 , , , ⋯ n 32 Microeconomía avanzada Para comprobar el decrecimiento de las mismas comprobamos el signo de las siguientes deriva- das: que, en este caso: como queríamos demostrar. Pasamos a continuación a plantear las condiciones necesarias del problema de maximización con- dicionada de la utilidad: Despejando en la condición i) tenemos: Y, sustituyendo este resultado en ii): de donde: que, sustituyendo en [1], nos proporciona las demandas marshallianas: Para obtener la función indirecta de utilidad, sustituimos las anteriores soluciones en la función obje- tivo: o bien, explicitando al máximo la renta m: Obtenga para la función de utilidad: Las funciones de demanda marshallianas y la función indirecta de utilidad. u x x x n ( ) min , ,..., x = ¦ ¦ 1 2 2.2. v m m p i i i i n ( , ) ln ln ( ) P = ÷ = ∑ α α 1 3 u v m x m p i i i n i i i * * P ≡ = = í ( · · · · 1 ) = ∑ ( , ) ln ln α α α 1 = ∑ i n 1 x m m p k n k k k ( , ) ; , , , ( ) P = ∀ = α 1 2 2 ⋯ λ = 1 m m m p x m k n i i i n i i n − ⋅ ≡ − = − = ∀ = = = ∑ ∑ P x 1 1 0 1 2 α λ ; , , , ⋯ p x k n k k k = ∀ = α λ ; , , , ( ) 1 2 1 ⋯ i x x p k n k k k k ) , , , ∂ ∂ ≡ − = ' ! 1 1 + 1 1 ∀ = L α λ 0 1 2 ⋯ de donde:: ii m ) − ⋅ = P x 0 max ( , ) ln ) . . : L x P x x λ α λ = ÷ ( − ⋅ = ∑ ≥ i i i n x m s a 1 0 d RMS dx x x x x x x k l k k l l k k l l k k k l ( ) x =− − =− α α α α α α 2 1 2 ll k x k l 2 0 < ∀ ≠ ; d RMS dx RMS x RMS RMS k l k k l k k l k l ( ) ( ) ( ) ( ) x x x x = ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∀ ≠ x k l l ; La decisión óptima y la demanda marshalliana 33 Solución Se trata de preferencias correspondientes a bienes complementarios perfectos en la que todos los bie- nes deben combinarse en idéntica proporción. Como sabemos, se trata de preferencias convexas (aun- que no estrictamente convexas) por lo que la solución de «tangencia» será válida como óptimo del problema de maximización condicionada de la utilidad. Dado que la función de utilidad correspondiente es no-diferenciable la técnica para obtener las solu- ciones implica contar con la ecuación de la curva-renta-consumo así como con la habitual de recta pre- supuestaria. En este caso: Sustituyendo la condición i) en la ii) para un bien genérico x k tenemos: y despejando hallamos las demandas marshallianas: Sustituyendo (4) en la función de utilidad obtenemos la función indirecta de utilidad: Demuestre la siguiente Identidad de Roy expresada en términos de precios normalizados: donde v(π) es la función indirecta de utilidad y p el vector de los precios normalizados de los bienes Solución La función indirecta de utilidad, si se utilizan precios normalizados, viene dada por: donde x(π) representa las demandas marshallianas expresadas en términos de los precios normalizados. Si se diferencia esta expresión con respecto al precio normalizado de un bien cualquiera k, se tiene: ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∑ v u x x k i i n i k ( ) ( ) ( ) ππ π π x 1 6 v u x ( ) ( ( )) ππ ππ = ππ≡P m. x v v k n k k i i i n * ( ) ( ) ( ) ; , , , ππ ππ ππ = ∂ ∂ ∂ ∂ ∀ = = ∑ π π π 1 1 2 … 2.3. u v m m p m p i i n i i n * P ≡ = ' ! 1 1 11 + 1 1 = = ∑ ∑ ( , ) min ,..., 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 11 + 1 1 1 1 = = ∑ m p i i n 1 5 ( ) x m m p k n k i i n ( , ) ; , , , ( ) P = ∀ = = ∑ 1 1 2 4 ⋯ m x p k n k i i n = ∀ = = ∑ 1 1 2 ; , , , ⋯ i x x x ii m n ) ... ) 1 2 0 = = = − ⋅ = P x 34 Microeconomía avanzada Se hallan a continuación las condiciones necesarias o de primer orden para la maximización del bienestar en el caso en que se utilicen los precios normalizados: donde la restricción habitual Px ϭm ha sido normalizada con respecto a la renta: Sustituyendo estas condiciones de primer orden en [6]: Dado que las funciones de demanda satisfacen la restricción presupuestaria πx ϭ1, se puede dife- renciar esta expresión con respecto a π k y se tiene: Llevando (9) a (8) se tiene: Esta expresión es la que figura en el numerador de la variante de la Identidad de Roy que propor- ciona el enunciado. Una alternativa consiste en aplicar directamente el Teorema de la Envolvente al problema de opti- mización condicionada (7) que nos ocupa. En este caso, el valor del lagrangiano en el óptimo será: Por el mencionado teoremas sabemos que: que es el mismo resultado obtenido en (10). Teniendo en cuenta dicho resultado, se pasa ahora a hallar el denominador de la variante de la Iden- tidad de Roy: ya que no es más el producto de las cantidades consumidas y los precios normalizados (es decir, πx) y, por tanto, su valor es la unidad. Volviendo a la variante del enunciado, y teniendo en cuenta (10) y (11): x i i n i = ∑ 1 π ∂ ∂ =− =− = = ∑ ∑ v x i i n i i i n i ( ) ( ) ππ π π λ π λ 1 1 11 ∂ ∂ = ∂ ∂ =− v x k k k ( ) ( ) ππ ππ π π λ L* L* ( *) * *) = ÷ ( − u x x λ 1 ππ ∂ ∂ =− v x k k ( ) ( ) ( ) ππ ππ π λ 10 x x x x k i i n i k i i n i k k ( ) ( ) ( ππ ππ ÷ ∂ ∂ = ⇒ ∂ ∂ =− = = ∑ ∑ π π π π 1 1 0 9 9) ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ = = ∑ ∑ v u x x k i i n i k i i n i k ( ) ( ) ( ) ππ π π λ π π x 1 1 8 max ( , , ) ( ) ) ( ) . . : L x x x ππ ππ λ λ = ÷ ( − u s a 1 7 ) ( ) x x ≥ ∂ ∂ ≡ − = ' ! 1 1 + 0 0 de donde: i x u i i i L λπ 11 1 ⇒ = ∂ ∂ = ∀ = − = u u x i n ii i i i ( ) ( ) , , , , ) x x x λπ 1 2 1 0 ⋯ ππ max ( ) . . u s a x x ππ =1 La decisión óptima y la demanda marshalliana 35 como queríamos demostrar. Considere una función F(P, m) definida como la inversa de la función indirecta de utilidad: donde v(P, m) 0 y cumple las propiedades habituales. a) Halle la demanda marshalliana de un bien x j a partir de la función F(P, m). b) Demuestre que la proporción de renta gastada en el bien j (S j ) puede calcularse mediante la siguiente expresión: Solución a) En primer lugar, se calcula la demanda marshalliana de x j mediante la aplicación de la Identidad de Roy, y después se sustituye v(P,m) por el inverso de F(P,m) de acuerdo con la relación que proporciona el enunciado: b) La proporción de renta gastada en un bien x j se calcula como: . Teniendo en cuenta el valor de x j a partir de la expresión [12] se tiene: donde, tras reordenar términos y dividiendo por F(P,m) en el numerador y el denominador, se obtiene: como queríamos demostrar. S F m p p F m F m m m F m j j j =− ∂ ∂ ∂ ∂ ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) P P P P S F m p F m m p m j j j =− ∂ ∂ ∂ ∂ ( , ) / ( , ) / P P S p x m j j j = x v m p v m m F m p j j j =− ∂ ∂ ∂ ∂ =− ∂ ∂ ∂ ( , ) / ( , ) / [ / ( , )] / P P P 1 [[ / ( , )] / ( ) ( , ) / [ ( , 1 12 F m m F m p F m j P P P ∂ = =− −∂ ∂ ))] ( , ) / [ ( , )] ( , ) / ( , 2 2 −∂ ∂ =− ∂ ∂ ∂ F m m F m F m p F m j P P P P )) / ∂m S F m p p F m F m m m F m j j j =− ∂ ∂ ∂ ∂ ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) . P P P P F m v m ( , ) ( , ) P P ≡ 1 2.4. ∂ ∂ ∂ ∂ = − − = = ∑ v v x x k i i n i k k ( ) ( ) ( ) ( ) ππ ππ ππ ππ π π π λ λ 1 36 Microeconomía avanzada Resumen teórico 3.1. EL PROBLEMA DE LA MINIMIZACIÓN DEL GASTO Vamos a considerar el problema del consumidor desde una perspectiva alternativa. Se trata de fijar como restricción un cierto nivel de utilidad mínimo a obtener (u 0 ) y, dados los precios (P), preguntarse por la cesta de bienes (x*) que permita obtener esa utilidad con el menor desembolso (gasto) posible. Nóte- se que, en este problema, la renta monetaria (m) no tiene cabida. Se trata, por tanto, de resolver un problema de minimización condicionada del gasto, que denominaremos problema dual [D] del con- sumidor, y cuya formulación es: RESOLUCIÓN GRÁFICA DEL PROBLEMA Vamos a definir una línea isogasto como el conjunto de todas las cestas del espacio de elección que suponen un mismo nivel de desembolso (e 0 ) dados unos precios (P): I 0 0 0 ( , ) / P x S Px e e = ∈ = ¦ ¦ I 0 min . . : ( ) Px s a x u u ≥ 0 ( ) 1 x 0 ≥ Resumen teórico 3.1. El problema de la minimización del gasto 3.2. La función de Gasto y las Demandas Compensadas 3.3. Relaciones entre el problema primal y dual del consumo Cuestiones y problemas 3 TEMA 3 DUALIDAD EN LA TEORÍA DEL CONSUMO La figura representa varias líneas isogasto elaboradas para un mismo vector de precios P (y, por lo tanto, paralelas), de forma que las más cercanas al origen representan menores niveles de desem- bolso El problema de minimización condicionada del gasto consiste en alcanzar (al menos) el nivel de utilidad u 0 de la forma más barata posible, dados unos precios (P). Es fácil observar cómo lo anterior se logra en el punto x*: la tangencia entre la curva de indiferen- cia frontera de la restricción (u 0 ) y la isogasto más cercana al origen (la de nivel e*) RESOLUCIÓN MATEMÁTICA DEL PROBLEMA Supongamos que u(x) sea dos veces continuamente diferenciable y que , el problema (1) es equi- valente a: Donde es la función auxiliar lagrangiana y µ es el multiplicador de Lagrange. Nótese que la restricción original siempre se satura en el óptimo (se cumple con igual- dad) dado que la función u(x) es continua y monótona creciente y que Px 0. • Las condiciones necesarias de óptimo (dada la restricción de no-negatividad) son: δ δ µ µ µ L L x p u x x p k k k k k k k ≡ )= − ≥ ≥ − ∗ ( , ( ) * * * * * x x 0 0 ** * ( ) , , , u k n k x l l l = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 ∀ = 0 1 2 ⋯ ( ) ( , ( ) * 3 0 0 δ δµ µ λ L L ≡ )= − = ∗ x x u u ≥ u u 0 ( ) ≤ x L min ( , ) ( ) L x Px x µ µ = ÷ − l l l u u 0 ( ) . . : 2 s a x 0 ≥ P 0 ≫ ( ...). e e 0 1 < < 38 Microeconomía avanzada • Las condiciones suficientes exigen que los signos de todos los menores del Hessiano orlado correspondiente sean negativos: • La solución al problema dual del consumidor es: Se trata de un sistema completo de ecuaciones demanda hicksianas o compensadas. Sus propie- dades se comentarán tras estudiar las correspondientes a la función de gasto. 3.2. LA FUNCIÓN DE GASTO Y LAS DEMANDAS COMPENSADAS Se trata de la función de valor (mínimo) asociada al problema dual. Se obtiene sustituyendo la solu- ción del problema de minimización condicionada del gasto (esto es, el vector de demandas compen- sadas) en la función objetivo: Se trata de una función que nos informa sobre el mínimo gasto necesario para conseguir, al menos, el nivel de satisfacción u 0 dados unos precios P. PROPIEDADES DE LA FUNCIÓN DE GASTO: 1. Continua en (P, u 0 ) Aplicación inmediata del Teorema del Máximo. 2. Homogénea de grado uno en P. Si todos los precios se multiplican por una constante positi- va, el gasto mínimo para obtener cada posible nivel de utilidad se multiplica por dicha cons- tante. 3. Estrictamente creciente en u 0 y no decreciente en p k ( k). En ambos casos se trata de una aplicación del Teorema de la Envolvente al problema dual [D]. En este caso el valor del lagrangiano en el óptimo es: L L * * * * * ( , ) [ ( )] ( , ) x Px x P µ µ ∗ ∗ = ÷ − = u u u 0 0 ∀ e u e u ( , ) ( , ) θ θ θ P P 0 0 = ⋅ con >0 min * * ( , ) ( , ) . . : ( ) Px P x P h P P s a x = = ⋅ ≡ ⋅ ≡ ≥ e u e u u u 0 0 0 xx 0 ≥ x x h p p p n n 1 1 1 2 * * ⋮ ⋯ í ( · · · · · · · · 1 ) = ( , , , ,u u h p p p u n n 0 1 2 0 ) ( , , , , ) ⋮ ⋯ í ( · · · · · · · · · 1 ) = ( , ) * o bien: x h P u 0 ( ) 5 Hi ⋯ ⋯ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ = − − − − í ( · · · · · 0 1 1 11 1 1 u u u u u u u u i i i i ii ·· · · · · · 1 ) < = 0 2 3 i , ,⋯,, n Dualidad en la teoría del consumo 39 4. Cóncava en P. 5. Lema de Shephard: Permite obtener las demandas hicksianas a partir de la función de gasto Resultado inmediato a partir de 3.2. PROPIEDADES BÁSICAS DE LAS DEMANDAS HICKSIANAS: 1. Continuas en (P, u 0 ) Aplicación inmediata del Teorema del Máximo. 2. Homogénea de grado cero en P Si todos los precios se multiplican por una constante positiva, las demandas hicksianas no varían. 3. La Matriz de Slutsky [S] es semidefinida negativa y simétrica Dicha matriz se define como: 3.1. Semidefinida negativa: Dado que se trata de la matriz Hessiana de la función de gasto y ésta es cóncava en P. Una implicación es que los elementos de la diagonal principal son no-posi- tivos: («efectos sustitución propios no positivos»): Lo que significa que las demandas hicksianas nunca pueden ser crecientes. 3.2. Simétrica: («efectos sustitución cruzados simétricos»): s h u p e u p p e u kl k l k l ≡ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ( , ) ( , ) ( , ) P P P 0 2 0 2 0 p p p l k ∂ Teorema de Schwartz = ∂ ∂ ≡ ≠ h u p s k l l k lk ( , ) P 0 s s l k kl lk = ∀ ≠ , s h u p kk k k ≡ ∂ ∂ ≤ ( , ) P 0 0 s kk ≤0 S ≡ í ( · · · · · s s s s s s s s s n n n n nn 11 12 1 21 22 2 1 2 ⋯ ⋯ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ ·· · · · · · 1 ) ≡ ∂ ∂ donde: s h u p kl k ( , ) P 0 ll k l e u p p k l n ≡ ∂ ∂ ∂ ∀ = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 2 0 1 2 ( , ) , , , , P … h P h P h P ( , ) ( , ) ( , ) θ θ θ u u u 0 0 0 0 = ⋅ ≡ con >0 x h u e u p k k k ∗ = = ∂ ∂ ( , ) ( , ) P P 0 0 3 1 0 3 2 0 0 0 . . ( , ) ( , ) . . * * ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∗ ∗ e u u x u P L µ µ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = ≥ ∗ ∗ e u p x p x k k k ( , ) ( , ) * * P 0 0 L µ 40 Microeconomía avanzada Esta propiedad significa que el desplazamiento de la curva de demanda hicksiana del bien k al variar el precio del bien l es idéntico al que experimenta la curva de demanda hicksiana del bien l al variar el precio del bien k. 3.3. RELACIONES ENTRE EL PROBLEMA PRIMAL Y DUAL DEL CONSUMO Considerando una estructura de preferencias dada —la misma u(x)— y un cierto vector de precios — el mismo P—, los problemas de maximización condicionada de la utilidad (primal) y minimización condicionada del gasto (dual) resultan idénticos bajo ciertas condiciones de equivalencia. De acuerdo con esto, si resolvemos un determinado problema de consumo es posible obtener las funciones de [P] a partir de los resultados de [D] y viceversa aplicando las siguientes relaciones de equi- valencia: RELACIONES DE EQUIVALENCIA 1. Equivalencia entre las demandas: (ordinaria) → ≡ ≡ ≡ x P x P P h P [ , ] [ , ( , )] [ , * m e u u m e 0 0 ] ] [ , ] * → → = ≡ ≡ (compensada) (compensada) x h P u u u 0 0 ** [ , ( , )] [ , ] h P P x P v m m ≡ →(ordinaria) (i) Si, resolviendo [D], hacemos ento u u 0 = *, nnces ( , h P u x P m y 0 ) ( , ) ≡ ( , ) e u m P 0 ≡ (ii) Si, resolviendo [P], hacemoos , entonces ( , m e m u = ≡ * ) ( , x P h P 0 )) ( , ) y v m u P ≡ 0 Dualidad en la teoría del consumo 41 2. La F.I.U. es la inversa de la Función de Gasto: La cadena inversa ( ) también es cierta. Cuadro resumen del problema del consumo El problema de la integrabilidad y la dualidad entre las funciones de utilidad (directa e indirecta) se estudian en el tema siguiente. Cuestiones y problemas Obtenga para la función de utilidad: la función de gasto y las funciones de demanda compensada. Solución En el Problema 2.1 se obtuvo, para este caso, la siguiente función indirecta de utilidad: v m m p i i i i n ( , ) ln ln P = ÷ = ∑ α α 1 [ ] 1 u x x i i i n i i i i n ( ) ln , , , x = = = = ∑ ∑ α α α 1 1 0 0 donde: 1 1 3.1. ⇒ e e u m e u u v e m u u e * * * ( , ) ( , ) ( , * * = ⇒ = ⇒ = ≡ ≡ ≡ − P P P 0 0 1 mm) 42 Microeconomía avanzada A partir de la expresión [1] resulta sencillo obtener la función de gasto aplicándole las equivalen- cias: Así pues: De donde: Por último, podemos obtener las demandas hicksianas aplicando en [2] el Lema de Shephard: Obtenga para la función de utilidad: la función de gasto y las funciones de demanda compensada. Solución En el Problema 2.2 obtuvimos la siguiente función indirecta de utilidad: La función de gasto puede obtenerse aplicando a la anterior expresión las equivalencias: obteniendo: Mediante el Lema de Shephard obtendremos, finalmente, las demandas hicksianas: ∂ ∂ = = ∀ = e u p h u u k n k k ( , ) ( , ) ; , ,..., P P 0 0 0 1 2 e u u p i i n ( , ) [ ] P 0 0 1 4 = = ∑ m e u v m u ≡ ≡ ( , ) ( , ) P P 0 0 v m m p i i n ( , ) [ ] P = = ∑ 1 3 u x x x n ( ) min , ,..., x = ¦ ¦ 1 2 3.2. ∂ ∂ = = − í ( · = ∑ e u p h u u p k k i i i i n ( , ) ( , ) exp ln P P 0 0 0 1 α α ·· · · 1 ) ∀ = α k k p k n ; , ,..., 1 2 e u u p i i i i n ( , ) exp ln P 0 0 1 = − í ( · · · · 1 ) = ∑ α α [ ] 2 u e u p i i i i n 0 0 1 = ÷ = ∑ ln ( , ) ln P α α m e u v m u ≡ ≡ ( , ) ( , ) P P 0 0 Dualidad en la teoría del consumo 43 Considere una función de gasto del tipo: donde g(P) y f (P) son dos funciones que dependen exclusivamente del vector de precios P. Demuestre que la elasticidad-renta de cualquier bien i vale la unidad cuando la renta tiende a infinito. Solución La elasticidad-renta de un bien i se halla mediante la siguiente expresión: Por lo tanto, se necesita hallar la demanda marshalliana. Para obtenerla hay que recorrer dos eta- pas. Dado que se conoce la función de gasto, el primer paso consiste en calcular a partir de ella la fun- ción indirecta de utilidad. Recordemos las equivalencias siguientes: por lo que la ecuación del enunciado puede reescribirse del modo siguiente: La segunda etapa consiste en obtener la demanda marshalliana mediante la aplicación de la Iden- tidad de Roy: Obtenida la demanda marshalliana, se pasa a calcular la elasticidad-renta del bien i: El valor de esta elasticidad, cuando la renta tiende a infinito, es la unidad, como se desprende de la resolución del siguiente límite: lim lim ( ) ( ) ( ) ( ) ( m im m i i i i f m g f f m f →∞ →∞ = ÷ − ε P P P P P)) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) g g f f m g m i i P P P P P = ÷ − = 1 1 1 1 1 ε im i i i i i x m m x f f m g f f m g = ∂ ∂ = ÷ − ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ( P P P P P P P P P P P P P )] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = = ÷ − f m g f f m f g i i i i x m v m p v m m g f i i i ( , ) ( , ) / ( , ) / ( ) ( ) P P P P P =− ∂ ∂ ∂ ∂ =− − − ff m g f f g f i i i ( )[ ( )] / [ ( )] / ( ) ( ) ( P P P P P − l l = = ÷ 2 1 P P P P ) ( ) [ ( )] f m g − m g v m f v m m g f = ÷ ⇒ = − ( ) ( , ) ( ) ( , ) ( ) ( ) P P P P P P m e u v m u ≡ ≡ ( , ) ( , ) P P 0 0 ε im i i x m m x = ∂ ∂ e u g u f ( , ) ( ) ( ) P P P 0 0 = ÷ 3.3. 44 Microeconomía avanzada Un consumidor gasta toda su renta en el consumo de tres bienes (1, 2 y 3). Si la función de gasto cumple todas las propiedades de regularidad, señale si cada una de las siguientes expresiones es verdadera o fal- sa. Razone sus respuestas. donde h 2 , h 3 representan las demandas hicksianas o compensadas de los bienes 2 y 3 respectivamente. Solución El enunciado dice que la función de gasto e(P,u 0 ) cumple todas las propiedades de regularidad, por lo que las demandas hicksianas que se obtienen a partir de ella, mediante el Lema de Shephard, también cumplen las propiedades de regularidad de tales funciones. En este caso en el que existen tres bienes, y por la propiedad de singularidad de las demandas hick- sianas, debe ocurrir que: lo cual, tras realizar el producto matricial, genera las siguientes tres condiciones de necesario cumpli- miento: Se verifica a continuación si las expresiones del enunciado son compatibles con el cumplimiento de estas condiciones: a) En [5] se tiene que s 11 es siempre negativo porque se trata del efecto sustitución propio, y s 21 y s 31 son positivos de acuerdo con la información del enunciado. Esta relación de signos es compatible con un valor nulo de la expresión [5]: En [6] se tiene que s 12 es positivo sin más que aplicar la propiedad de simetría sobre s 21 cuyo sig- no es conocido; s 22 es siempre negativo y no se dispone de información sobre s 32 , pero cualquier sig- no sería compatible con un valor nulo de la expresión [6]: p s p s p s 1 12 2 22 3 32 0 ÷ ÷ = ÷ − ( ) ( ) (?) p s p s p s 1 11 2 21 3 31 0 ÷ ÷ = − ÷ ÷ ( ) ( ) ( ) y s h p s h p 21 2 1 31 3 1 0 0 = ∂ ∂ = ∂ ∂ p s p s p s p s p s p s 1 11 2 21 3 31 1 12 2 22 3 32 0 5 0 6 ÷ ÷ = ÷ ÷ = [ ] [ ] ] [ ] p s p s p s 1 13 2 23 3 33 0 7 ÷ ÷ = PS p p p s s s s s s s s s = í ( · · · ( ) 1 2 3 11 12 13 21 22 23 31 32 33 ·· · · · · 1 ) =( ) 0 a) b) y ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ h p h p h 2 1 3 1 0 0 22 1 3 1 2 1 0 0 ∂ ∂ ∂ < ∂ ∂ < p h p h p y c) 0 0 0 3 1 y ∂ ∂ < h p 3.4. Dualidad en la teoría del consumo 45 En [7] se tiene que s 13 es positivo sin más que aplicar la propiedad de simetría sobre s 31 cuyo sig- no es conocido; s 33 es siempre negativo y no se dispone de información sobre s 23 , pero cualquier sig- no sería compatible con un valor nulo de la expresión [7]: Como conclusión, la expresión de este apartado puede ser cierta. b) En [5] se tiene que s 11 es siempre negativo porque se trata del efecto sustitución propio, s 21 es posi- tivo y s 31 es negativo de acuerdo con la información del enunciado. Esta relación de signos es compa- tible con un valor nulo de la expresión [5]: En [6] se tiene que s 12 es positivo sin más que aplicar la propiedad de simetría sobre s 21 cuyo sig- no es conocido; s 22 es siempre negativo y sobre s 32 , por el momento, no se dispone de información, pero cualquier signo sería compatible con un valor nulo de la expresión [6]: En [7] se tiene que s 13 es negativo sin más que aplicar la propiedad de simetría sobre s 31 cuyo sig- no es conocido; s 33 es siempre negativo y sobre s 23 se debe imponer la condición de que sea positivo para que pueda verificarse la condición [7]: Este resultado lleva (por la propiedad de simetría) a que el signo de s 32 en la expresión [6] también sea positivo, lo que no impide su cumplimiento. Como conclusión, la expresión de este apartado puede ser cierta. c) En [5] se tiene que s 11 es siempre negativo porque se trata del efecto sustitución propio, y s 21 y s 31 son negativos de acuerdo con la información del enunciado. Esta relación de signos es incompatible con un valor nulo de la expresión [5]: Como conclusión, la expresión de este apartado es falsa. p s p s p s 1 11 2 21 3 31 0 ÷ ÷ = − − − ( ) ( ) ( ) s h p s h p 21 2 1 31 3 1 0 0 = ∂ ∂ < = ∂ ∂ < y p s p s p s 1 13 2 23 3 33 0 ÷ ÷ = − ÷ − ( ) ( ) ( ) p s p s p s 1 12 2 22 3 32 0 ÷ ÷ = ÷ − ( ) ( ) (?) p s p s p s 1 11 2 21 3 31 0 ÷ ÷ = − ÷ − ( ) ( ) ( ) y s h p s h p 21 2 1 31 3 1 0 0 = ∂ ∂ = ∂ ∂ < p s p s p s 1 13 2 23 3 33 0 ÷ ÷ = ÷ − ( ) (?) ( ) 46 Microeconomía avanzada Suponga un consumidor racional que gasta toda su renta en tres bienes cuyos precios son p 1 ϭ1, p 2 ϭ3 y p 3 ϭ2 . La Matriz de Slutsky (S) de este consumidor viene dada por: Complete en ella los datos que faltan. Solución Los elementos de la Matriz de Slutsky que faltan por determinar se van a calcular a partir de las pro- piedades que deben cumplir las funciones de demanda hicksianas y, más específicamente, los efectos sustitución. En primer lugar, el elemento s 13 puede calcularse mediante la propiedad de simetría: En segundo lugar, por la propiedad de singularidad, se puede hallar el elemento s 12 : En tercer lugar, el elemento s 21 puede calcularse mediante la propiedad de simetría: En cuarto lugar, por la propiedad de singularidad, se puede hallar el elemento s 23 : En quinto lugar, el elemento s 32 puede calcularse mediante la propiedad de simetría: Por último, por la propiedad de singularidad, se puede hallar el elemento s 33 : En definitiva, la Matriz de Slutsky resultante es: S = − − − − í ( · · · · · · · · · · 1 ) 7 3 8 3 5 9 8 9 17 5 , p s p s p s s s 1 31 2 32 3 33 33 33 0 1 8 3 9 2 0 1 ÷ ÷ = ÷ ÷ = ⇒ =− .( ) . . 7 7 5 , s s 32 23 9 = = . p s p s p s s s 1 21 2 22 3 23 23 2 0 1 3 3 5 2 0 ÷ ÷ = − ÷ − ÷ = ⇒ .( ) .( ) . 33 9 = s s 21 12 3 = =− . p s p s p s s s 1 11 2 12 3 13 12 12 0 1 7 3 2 8 0 ÷ ÷ = − ÷ ÷ = ⇒ =− .( ) . . 3 3 s s 13 31 8 = = . S = − í ( · · · · · · · · · · ·· 1 ) 7 5 8 12 13 21 23 32 33 s s s s s s 3.5. Dualidad en la teoría del consumo 47 Resumen teórico 4.1. LA ECUACIÓN DE SLUTSKY Se trata de una potente herramienta que nos permite analizar qué efectos tienen lugar sobre la canti- dad demandada de un bien concreto al cambiar un precio (propio o cruzado). Partamos de la identidad entre las demandas compensada y ordinaria del bien k-ésimo: Vamos a derivar esta expresión con respecto de p l : ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ ∂ h u p x m p x m m e u k l k l k ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) P P P P 0 0 ∂ ∂ ≡ p l x l * LLema de Shepard h u x e u k k m ( , ) [ , ( , )] P P P 0 0 ≡ ≡ Resumen teórico 4.1. La Ecuación de Slutsky 4.2. Efectos Propios y Efectos Cruzados 4.3. Propiedades de los Sistemas Completos de Demanda 4.4. La cuestión de la integrabilidad de las preferencias 4.5. Variación Compensatoria y Variación Equivalente de la renta Cuestiones y problemas 4 TEMA 4 SISTEMAS COMPLETOS DE DEMANDA Y MEDICIÓN DEL BIENESTAR Reordenando obtenemos la Ecuación de Slutsky: También puede formularse en términos de elasticidades: Donde es la elasticidad de la demanda compensada del bien k ante cambios del precio del bien l. Nótese que la Ecuación de Slutsky expresada anteriormente es válida tanto para kϭl como para . En el primer caso estaremos frente a los llamados efectos propios y en el segundo frente a los efectos cruzados. 4.2. EFECTOS PROPIOS Y EFECTOS CRUZADOS Con la Ecuación de Slutsky haciendo que k ϭ l tendremos: SIGNO EL EFECTO TOTAL PROPIO: • ESP: siempre es no-positivo: pues se trata de un elemento de la diagonal principal de la Matriz de Slutsky. • ERP: depende de la naturaleza del bien respecto de la renta: − ∂ ∂ ≥ < ≤ ≥ < x x m m k k * ( , ) 0 0 0 P ∂ ∂ ≡ ≤ h u p h k k kk ( , ) P 0 0 O, en forma de elasticidades: ε ε kk kk ≡ ˆ −−S k km * ε ∂ ∂ ≡ x m p k k ( , ) P ETP Efecto Total Propio ∂ ∂ ∂ h u p k k ( , ) P 0 ESP Efecto Sustitución Propio − ∂ ∂ x x m m k k * ( , ) P ERP Efecto Renta Proppio Efectos Propios: ¿Cómo afecta un cambio en el precio de un cierto bien k a la cantidad demanda- da del propio bien k? k l ≠ ˆ ε kl Esto es: ε ε ε kl kl l km S k l ≡ − ∀ ɵ * , , ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ − ∂ x m p p x h u p p x x x k l l k k l l k l k ( , ) ( , ) ( * * * P P P 0 ,, ) * m m p x m m l k ∂ ∂ ∂ ≡ ∂ x m p h k l k ( , ) ( , P P ET: Efecto Total u u p x l l 0 ) ∂ − ES: Efecto Sustitución ** ( , ) ∂ ∂ x m m k P ER: Efecto Renta ,, , ∀k l 50 Microeconomía avanzada • ETP: su signo depende de la naturaleza del bien respecto de la renta y de la magnitud relativa de los efectos sustitución y renta propios: Apliquemos la Ecuación de Slutsky haciendo que : O, en forma de elasticidades: RELACIONES NETAS ENTRE DOS BIENES: Vienen determinadas por el signo de los efectos de sustitución cruzados: • Se trata, por tanto, de relaciones recíprocas. La justificación se encuentra en el hecho de que los efec- tos de sustitución cruzados entre dos bienes concretos son elementos simétricos en la matriz de Slutsky. • No todos los bienes pueden ser complementarios netos entre sí: si existen n bienes, al menos entre dos de ellos ha de darse una relación que no sea de complementariedad neta. ∀ ≠ ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ = k l h p h p k l l k : 0 0 Sustitutivos netos Indeependientes netos Complementarios netos < ' ! 0 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ε ε ε kl kl l km S k l ≡ − ∀ ≠ ˆ , * ∂ ∂ x m p k l ( , ) P ETC Efecto Totaal Cruzado ESC Efecto ≡ ∂ ∂ h u p k l ( , ) P 0 SSustitución Cruzado ( , * − ∂ x x l k P mm m ) ∂ ERC Efecto Renta Cruzzado , ∀ ≠ k l k l ≠ Efectos Cruzados: ¿Cómo afecta un cambio en el precio de un cierto bien k a la cantidad deman- dada de otro bien l? Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 51 ESP ERP ETP Normal: Frontera: 0 Inferior: ≤0 ≤0 ∂ ∂ < x m m k ( , ) P 0 ≤0 ≤0 ∂ ∂ = x m m k ( , ) P 0 ≤0 ≤0 ≤0 ∂ ∂ x m m k ( , ) P 0 ∂ ∂ x m p k k ( , ) P − ∂ ∂ x x m m k k * ( , ) P ∂ ∂ h u p k k ( , ) P 0 ≥ < ESP ERP ESP ERP Giffen : ≤0 0 ≥ 0 RELACIONES BRUTAS ENTRE DOS BIENES: Vienen determinadas por el signo de los efectos cruzados totales: • No son relaciones recíprocas, dado que los efectos renta cruzados entre dos bienes cualesquiera serán, en general, diferentes. 4.3. PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS COMPLETOS DE DEMANDA En este apartado vamos a recapitular las propiedades de los sistemas de funciones de demanda (tan- to marshallianas, como hicksianas): 1. HOMOGENEIDAD DE GRADO CERO Las demandas son HG0. En el caso de las marshallianas en (P,m) y en el de las hicksianas en P. 2. LEY DE WALRAS (ADDING-UP PROPERTIES) En el óptimo primal la restricción presupuestaria se satura lo que, unido a la equivalencia entre demandas ordinarias y compensadas, implica la igualdad entre renta y gasto. 3. SIMETRÍA La Matriz de Slutsky (S) es simétrica. : 4. NEGATIVIDAD La Matriz de Slutsky (S) es semidefinida-negativa. Esto es, la forma cuadrática: Se trata de un resultado inmediato, ya que S es la matriz hessiana de la función de gasto que es cón- cava. ξ ξ S 0 ′ ≤ ∀ ∈ ÷ ξ ℝ n h h u p e u p p e u kl k l k l ≡ ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ( , ) ( , ) ( , ) P P P 0 2 0 2 0 p p p l k Th de Young o Schwartz ∂ . ≡ ∂ ∂ ≡ h u p h l k lk ( , ) P 0 ∀ = k l n , , , , 1 2 … m m u e u = ⋅ = ⋅ = P x P P h P P ( , ) ( , ) ( , ) 0 0 x P x P h P h P ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) m m u u = = = θ θ θ θ 0 0 con >0 ∀ ≠ ∂ ∂ k l x m p k k l , ( , ) P 0 El bien es sustitutivo bbruto del El bien es independiente br l k =0 uuto del El bien es complementario bru l k <0 t to del l ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 52 Microeconomía avanzada 4.4. LA CUESTIÓN DE LA INTEGRABILIDAD DE LAS PREFERENCIAS A lo largo de la Teoría del Consumo hemos visto cómo a partir de una función de utilidad bien com- portada es posible derivar un sistema completo de ecuaciones de demanda con determinadas propie- dades. La cuestión que ahora nos planteamos es justamente la inversa: si disponemos de un sistema de demandas marshallianas (observable), ¿bajo qué condiciones es posible integrar las preferencias de las que surgieron a través de un proceso de optimización? El primero en abordar la cuestión fue el ingeniero italiano Giovanni Antonelli (1886), pertenecien- te a la Escuela de Lausanne. La cuestión no solamente tiene importancia desde el punto de vista teórico. En la práctica también es importante saber cuándo un sistema de demandas estimado es tal que podría proceder de un pro- blema de optimización racional. 4.5. VARIACIÓN COMPENSATORIA Y VARIACIÓN EQUIVALENTE DE LA RENTA Se trata de conceptos introducidos por Hicks (1956) y desarrollados por Willing (1976). Teorema de integrabilidad: si el sistema de ecuaciones de demanda marshallianas x* ϭ x(P, m) cumple (1) Ley de Walras, (2) Simetría y (3) Negatividad, entonces existe una función de utili- dad u(x) bien comportada de la que podrían haberse obtenido dichas demandas a través de un proceso de optimización. Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 53 Notas: • Puede demostrarse el siguiente teorema: ؉ ؉ ⇒ • Las anteriores propiedades implican la Singularidad en precios de la Matriz de Slutsky: PS ؍ SP ؍ 0 (1) HG0 (3) Simetría (2) Ley de Walras u ϭ u(x) 1. Continua 2. Monótona y estrictamente creciente 3. Estrictamente cuasi- x* ϭ x(P, m) ϭ h(P, u 0 ) 1. Ley de Walras 2. Simetría 3. Negatividad optimización integración VARIACIÓN COMPENSATORIA (VC) Y VARIACIÓN EQUIVALENTE (VE) EN EL CASO DE UN INCREMENTO NO-INFINITESIMAL DEL PRECIO DE UN BIEN (p k, ) CETERIS PARIBUS Si p k aumenta de forma no-infinitesimal nos encontramos con un problema a la hora de calcular cuál es el nivel de utilidad de referencia adecuado, ¿el que obteníamos con el precio inicial del bien o el que obtenemos con el precio final? Si adoptamos como referencia el nivel inicial de utilidad obtendremos la VC y si optamos por el nivel final de utilidad lo que tendremos será la VE. Veámoslo en un modelo de dos bienes, suponiendo que aumenta el precio del bien 1: Sean m y p 2 la renta monetaria y el precio del bien 2, respectivamente. En las funciones de comportamiento no especificaremos p 2 dado que no varía en todo el análisis. Sean: Dadas las propiedades de la F.I.U. se cumple que: Para continuar con el razonamiento observemos la siguiente ilustración gráfica del problema: Partimos de E 0 que es el óptimo inicial obtenido con el conjunto presupuestario CA(p 0 1 , m). El pre- cio del bien 1 aumenta a y el nuevo óptimo se ubica ahora en el punto E 1 , en el que, por construc- ción, el consumo del bien 1 pasa a ser nulo. El nivel de utilidad óptimo desciende de Nótese que, dado que la renta monetaria m no varía en el análisis: VC: Plus de renta que permite con los nuevos precios recuperar el nivel de utilidad u 0 . Esto se con- sigue en el punto E VC con el plus de renta VC. e p u m e p u ( , ) ( , ) 1 0 0 1 ≡ ≡ ′ ′ u v p m u v p m 0 1 0 1 1 ≡ ≡ ′ ( , ) ( , ). a ′ p 1 ′ ≡ ′ = − u v p m v p m VE ( , ) ( , ) 1 1 0 VE: Supongamos que el precio del bien 1 no llega a aumentar y se mantiene en su nivel inicial p 0 1 . No obstante, sabemos que en caso de haber subido nuestra utilidad óptima habría caído has- ta u’. La VE es el montante de renta que deberíamos detraerle al sujeto para que (que sería equivalente a que), con los precios iniciales, su utilidad óptima se redujera hasta u’: u v p m v p m VC 0 1 0 1 ≡ = ′ ÷ ( , ) ( , ) VC: Supongamos que efectivamente sube el precio del bien 1: p 0 1 → p’ 1 . La VC es el montante de renta que deberíamos transferir al sujeto (con la que le deberíamos compensar) para que su utilidad óptima se mantenga en el nivel inicial u 0 : ′ ≤ u u 0 . i ( , ) : u v p m 0 1 0 ≡ Nivel de utilidad óptimo al pr recio inicial del bien 1, cet. par. i ( ′ ≡ u v ′ ′ p m 1 , ) : Nivel de utilidad óptimo al precio i inicial del bien 1, cet. par. ( ) . p p p 1 1 1 0 ↑ ⇒ ′ 54 Microeconomía avanzada Nótese que, para obtener VChemos de suponer un conjunto presupuestario . Pero, en términos del problema dual, la renta total no es más que el gasto mínimo necesario para obtener una utilidad de referencia u 0 con el precio , así pues: Por tanto: VC e p u m e p u e p u e p u ≡ ′ − ≡ ′ − = = ∂ ( , ) ( , ) ( , ) ( , 1 0 1 0 1 0 0 1 00 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 ) ( , ) ∂ = ′ ′ ∫ ∫ p dp h p u dp p p p p CA( , ) ( , ) p m e p u 1 0 1 0 0 CA( , ) ( , ) ′ ′ ′ p m e p u 1 1 CA ′ ÷ l l l l ′ p m VC e p u 1 1 0 , ( , ) CA p m VE e p u 1 0 1 0 , ( , ) − l l l l ′ VC h p u p ABp VE h p u p p p = = ′ = ′ ′ ∫ 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 ( , ) ( , ) ′ ′ ′ ∫ ∫ = ′ = = ′ p p p p p C ec x p m p Bp 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 ( , ) VE ec VC ≤ ≤ m VC e p u ÷ ≡ ′ ( , ) 1 0 ′ p 1 ( ) m VC ÷ CA( , ) ′ ÷ p m VC 1 Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 55 Esto es, en el panel inferior de la figura puede identificarse la VC como el área bajo la curva de demanda hiksiana h 1 (p 1 ,u 0 ) entre los precios Nótese que, para obtener VE hemos de suponer un conjunto presupuestario Pero, en términos del problema dual, la renta total (m ϪVE) no es más que el gasto mínimo nece- sario para obtener una utilidad de referencia con el precio , así pues: Esto es, en el panel inferior de la figura puede identificarse la VE como el área bajo la curva de demanda hiksiana h 1 (p 1 , ) entre los precios Nótese en la figura que, para el caso estudiado, se cumple que: OTRA FORMA DE CÁLCULO DE VC Y VE: También se pueden hallar la VC y la VE a partir de la función indirecta de utilidad métrica moneta- ria: que es la cantidad de dinero que se necesitaría a los precios P para dis- frutar del mismo nivel de bienestar del que se disfrutaría con los precios q y la renta monetaria m. A partir de esta función, la VC se obtiene comparando la situación inicial y final con los precios finales: La VE se obtiene comparando la situación inicial y final con los precios iniciales: GENERALIZACIÓN DEL CONCEPTO DE VC Y VE Los conceptos de VC y VE son, en realidad, mucho más potentes, dado que pueden generalizarse a variaciones de todo el vector de precios P. Supongamos que inicialmente el vector de precios es P 0 y que cambia a un nuevo vector P′. En este caso: VC e u e u e u d u ≡ ′ − = ∇ = ′ ∫ ( , ) ( , ) ( , ) ( , P P P P h P P P P 0 0 0 0 0 00 0 0 ) ( , ) ( , ) ( , ) d VE e u e u e u d P P P P P P P P ′ ∫ ≡ ′ ′ − ′ = ∇ ′ = P P P P P h P P 0 0 ′ ′ ∫ ∫ ′ ( , ) u d VE m m m m = − = − µ µ µ ( ; , ) ( ; , ) ( ; , ) P P P P P P 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 VC m m m m = − = − µ µ µ ( ; , ) ( ; , ) ( ; , ) P P P P P P 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 µ( ; , ) ( , ( , )) P q P q m e v m = VE ec VC ≤ ≤ . p p 1 0 1 . y ′ u′ Por tanto: VE m e p u e p u ≡ − ′ ≡ ′ ′ − ( , ) ( , ) 1 0 1 ee p u e p u p dp h p u p p ( , ) ( , ) ( , 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 ′ = = ∂ ′ ∂ = ′ ′ ∫ ) ) dp p p 1 1 0 1 ′ ∫ m VE e p u − ≡ ′ ( , ) 1 0 p 1 0 u′ CA( , ). p m VE 1 0 − VE: Situados en el óptimo inicial E 0 , sería la detracción de renta necesaria para que, con los pre- cios iniciales, se obtenga el nivel de utilidad u’; esto se consigue en el punto E VE y la detrac- ción de renta es VE. p p 1 0 1 . y ′ 56 Microeconomía avanzada Cuestiones y problemas Suponga que las preferencias de un consumidor se representan mediante la siguiente función de utilidad cuasi-lineal: a) Obtenga las demandas marshallianas, la función indirecta de utilidad, las demandas hicksianas y la función de gasto. Demuestre el cumplimiento de las propiedades de todas estas funciones. b) Compruebe el cumplimiento de la Ecuación de Slutsky. Solución a) La condición de primer orden (condición de tangencia) para la maximización del bienestar requie- re que se iguale la RMS del consumidor con el cociente de precios, a la vez que se satisface la restricción presupuestaria: De acuerdo con el enunciado, este sistema de ecuaciones es el siguiente: cuya resolución proporciona las funciones de demanda marshallianas: La condición de segundo orden (convexidad de las curvas de indiferencia) también se cumple, pues se trata de una función de utilidad cuasi-lineal. No obstante, puede verificarse este extremo sin más que comprobar el decrecimiento de la RMS hallada con anterioridad: Para obtener la función indirecta de utilidad, sustituimos las anteriores soluciones en la función obje- tivo u(x): v m p p m p ( , ) ln P = ÷ − 2 2 2 2 1 2 dRMs dx x 1 2 1 1 2 2 0 =− < x m p p x m m p m p 1 2 1 2 1 2 2 2 2 ( , ) ( , ) , P P = = − puesto o que x 2 0 2 1 1 2 1 1 2 2 / x p p p x p x m = ÷ = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 RMS u u p p p x p x m 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 = = ÷ = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ( ( , ) ln , u x x x x x x 1 2 1 2 1 2 2 0 = ÷ con 4.1. Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 57 A partir de esta función resulta sencillo obtener la función de gasto aplicando las equivalencias siguientes: Así pues: Por último, podemos obtener las demandas hicksianas aplicando el Lema de Shephard: Se demuestran a continuación las propiedades de las funciones que acaban de hallarse. En primer lugar, se verifican las propiedades de la función indirecta de utilidad: • Continuidad: Es continua • No creciente en P: Esta última derivada es negativa si y sólo si , pero esta condición se cumple porque es la que se impuso desde un principio para que En consecuencia • Estrictamente creciente en m: ∂ ∂ = v m m p ( , ) P 1 0 2 ∂ ∂ < v m p ( , ) . P 2 0 x 2 0 . m p 2 2 ∂ ∂ =− < ∂ ∂ = − v m p p v m p p m p ( , ) ( , ) P P 1 1 2 2 2 2 2 0 2 ∀ p p 1 2 0 , v m p p m p ( , ) ln P = ÷ − 2 2 2 2 1 2 ∂ ∂ = =− − = e u p h u p p p p p p p ( , ) ( , ) P P 0 1 1 0 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 2 2 ∂ ∂ ∂ = = − ÷ e u p h u u p p p p p p ( , ) ( , ) ln P P 0 2 2 0 0 2 1 2 1 2 2 2 2 2 11 0 2 1 2 2 2 l l l l l l l l ÷ = − u p p ln u p p e u p e u u p p p 0 2 1 0 2 0 0 2 2 2 2 2 2 2 = ÷ − = − ln ( , ) ( , ) ln P P 22 1 2 2 p p ÷ m e u v m u ≡ ≡ ( , ) ( , ) P P 0 0 58 Microeconomía avanzada • Homogénea de grado 0 en (P,m): • Cuasiconvexa en P: Se construye el hessiano siguiente: ple por lo que la forma cuadrática es definida positiva y la función v(P,m) cuasiconvexa en los precios. En segundo lugar, se comprueban las propiedades de la función de gasto: • Continuidad: es continua • Creciente en u 0 : • No decreciente en P: condición que sí se cumple sin más que recordar la siguiente identidad: • Homogénea de grado 1 en P: e u u p p p p p u p p ( , ) ln θ θ θ θ θ θ θ P 0 0 2 2 2 1 2 0 2 2 2 2 2 = − ÷ = = − 22 2 1 2 0 2 2 ln ( , ) p p p e u ÷ l l l l =θ P u v m p p m p p p m p 0 2 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 ≡ = ÷ − ( , ) ln ln P por ser 2 2 ∂ ∂ = ∂ ∂ = − e u p p p e u p u p p ( , ) ( , ) ln P P 0 1 2 1 0 2 0 2 1 2 0 2 2 0 0 2 2 0 2 1 ⇔ u p p ln ∂ ∂ = e u u p ( , ) P 0 0 2 0 ∀ p p 1 2 0 , e u u p p p p p ( , ) ln P 0 0 2 2 2 1 2 2 2 2 = − ÷ H v p v p p v p p v p = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 l l l l l l l l l l = − ÷ l l l l l l l 2 0 0 2 2 1 2 2 2 3 p p m p l l l 0 2 2 siempre que Esta condición si m p . se cum- v m p p m p p p m p ( , ) ln ln θ θ θ θ θ θ P = ÷ − = ÷ − = 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 1 2 vv m ( , ) P Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 59 • Cóncava en P: Se construye el hessiano siguiente: e(P,u 0 ) es cóncava en los precios. En tercer lugar, se comprueban las propiedades de las funciones de demanda marshallianas: • Condición de agregación de Engel: donde S i es la proporción de renta gastada en el bien i, y ε im es la elasticidad renta del bien i. Se calculan inicialmente los diferentes términos del sumatorio: • Condiciones de agregación de Cournot: j ϭ1,..., n donde ε ij es la elasticidad-cruza- da de la demanda del bien i con respecto al precio del bien j. Para el caso que nos ocupa en el que hay dos bienes, las condiciones de agregación de Cournot que deben verificarse son las siguientes: Se calculan inicialmente los diferentes términos de estas expresiones: S p m S p m x p p x p p p p 1 2 2 2 11 1 1 1 1 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 = = − = ∂ ∂ =− ε p p 1 1 =− S S S S S S 1 11 2 21 1 1 12 2 22 2 ε ε ε ε ÷ =− ÷ =− S S i ij j ε =− ∑ Se desarrolla posteriormente el sumatoriio S p m m m p i im i ε = − í ( · · · · 1 ) − í ( · · · · 1 ∑ 1 2 2 2 2 )) =1 como queríamos de- mostrar. S p x m p m p p p m S p x m p m m p 1 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = = = = = − í ( · · ·· · 1 ) = − = ∂ ∂ = = ∂ ∂ 1 2 0 2 1 1 1 2 2 2 p m x m m x x m m x m m ε ε == − = − 1 2 2 2 2 2 p m m p m m p S i im i ε = ∑ 1, x m p p x m m p 1 2 1 2 2 2 2 ( , ) ( , ) P P = = − H e p e p p e p p e p = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 l l l l l l l l l l = − − l l l l l l 2 2 2 2 2 1 2 1 1 2 p p p p p l l l l = ⇒ 0 forma cuadrática semidefinida negati iva, por lo que 60 Microeconomía avanzada Posteriormente se sustituyen estos valores en las correspondientes condiciones de agregación: como queríamos demostrar. • Homogeneidad de grado 0 en (P,m): Un corolario importante de la propiedad de homogeneidad es la condición de homogeneidad generalizada: Para el caso que nos ocupa, en el que hay dos bienes, las condiciones que deben verificarse son las siguientes: Se han hallado ya todos los términos de estas expresiones por lo que es posible verificar su cum- plimiento: como queríamos demostrar. • GastoϭRenta o adding-up property: P.x(P,m)ϭm En este ejercicio con dos bienes hay que calcular: como queríamos demostrar. p x m p x m p p p p m p 1 1 2 2 1 2 1 2 2 2 2 ( , ) ( , ) P P ÷ = ÷ − í ( · · · · 1 ) = m ε ε ε ε ε ε 11 12 1 21 22 2 2 1 1 0 2 ÷ =− ÷ = = ÷ = − = m m m p m ε ε ε ε ε ε 11 12 1 21 22 2 ÷ =− ÷ =− m m ε ε ji jm i j n =− ∀ = ∑ , ,......, . 1 x m p p p p x m x m m 1 2 1 2 1 1 2 2 2 ( , ) ( , ) ( , ) θ θ θ θ θ θ θ P P P = = = = θ θ p m p x m 2 2 2 2 2 − = − = ( , ) P 2 1 1 2 0 2 2 2 2 2 1 2 p m p m p m S p m ( ) . − ÷ − í ( · · · · 1 ) =− =− ÷÷ − í ( · · · · 1 ) − í ( · · · · 1 ) = 1 2 2 2 2 2 2 p m m p m p mm S − =− 1 2 x p p x x p p x p p 21 2 1 1 2 12 1 2 2 1 1 2 0 2 2 = ∂ ∂ = = ∂ ∂ = ε ε p p p x p p x m p p m p m p m 2 1 22 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 = = ∂ ∂ =− − = − ε Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 61 Por último se comprueban las propiedades de las funciones de demanda hicksianas: • Simetría: es decir, es el efecto sustitución cruzado del bien i con res- pecto al precio del bien j. • Homogeneidad de grado 0 en P: • Negatividad: la matriz de Slutsky [S] es semidefinida negativa. Esta matriz está formada por todos los efectos sustitución, propios y cruzados, entre los diferentes bienes. En el caso concreto de este enunciado se tiene lo siguiente: que es semidefinida negativa, como ya se ha comprobado anteriormente al analizar la concavidad de la función de gasto. • GastoϭRenta o adding-up property: P.h(P,u 0 )ϭm En este ejercicio con dos bienes hay que calcular: Teniendo en cuenta que la expresión [1] se convierte en: v m p p m p u ( , ) ln P = ÷ − ≡ 2 2 2 2 1 2 0 p h u p h u p p p p u p p 1 1 0 2 2 0 1 2 1 2 0 2 1 2 2 2 ( , ) ( , ) ln P P ÷ = ÷ − íí ( · · · · 1 ) [ ] 1 ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ l l 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 e p e p p e p p e p l l l l l l l l = − − l l l l l l l l 2 2 2 2 2 1 2 1 1 2 p p p p p l l =0 [ ] S s s s s h p h p h p = l l l l = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ 11 12 21 22 1 1 1 2 2 1 δ ∂ ∂ ∂ l l l l l l l l l h p 2 2 que mediante la ap plicación del Lema de Shepard se convierte en h u p p p p h u h u u 1 0 2 1 2 1 1 0 2 0 2 2 ( , ) ( , ) ( , ) θ θ θ θ P P P = = = = 00 2 1 0 2 1 2 0 2 2 2 2 − = − = ln ln ( , ) θ θ p p u p p h u P s h u p p s h u p p 12 1 0 2 1 21 2 0 1 1 2 2 = ∂ ∂ = = ∂ ∂ = ( , ) ( , ) P P s s s h u p ij i j 12 21 0 = = ∂ ∂ donde ( , ) , P h u p p h u u p p 1 0 2 1 2 0 0 2 1 2 2 2 ( , ) ; ( , ) ln P P = = − 62 Microeconomía avanzada como queríamos demostrar. • Singularidad, es decir, el producto de la Matriz de Slutsky por el vector de precios es nulo: PSϭSPϭ0. En el caso concreto de este enunciado con sólo dos bienes: como queríamos demostrar. b) La expresión de la Ecuación de Slutsky es la siguiente: Para verificar su cumplimiento se van a hallar por separado, y con las funciones ya calculadas, los dos lados de esta Ecuación: Por lo tanto, queda comprobado que la Ecuación se verifica. Demuestre que con las siguientes preferencias: se cumple la relación: Solución • Método específico: se demuestra la relación exclusivamente con las funciones del enunciado. En primer lugar se van a hallar la demandas marshallianas de ambos bienes. La condición de pri- mer orden (condición de tangencia) para la maximización del bienestar requiere que se iguale la RMS del consumidor con el cociente de precios, a la vez que se satisface la restricción presupuestaria: ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ x p x p x x m 2 1 1 2 1 2 * u x x x x x ( , ) 1 2 1 2 1 1 0 =− ÷ con 4.2. ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ = − x m p h u p x x m m p 2 1 2 0 1 1 2 1 0 2 ( , ) ( , ) ( , ) P P P 2 2 1 0 2 1 2 p p p = ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ x m p h u p x x m m 2 1 2 0 1 1 2 ( , ) ( , ) ( , ) P P P ( ) p p s s s s p s p s 1 2 11 12 21 22 1 11 2 21 í ( · · · · 1 ) = ÷ ÷÷ ÷ = = − í ( · · · · 1 ) ÷ p s p s p p p p p 1 12 2 22 1 2 1 2 2 1 2 2 ÷÷ ÷ − í ( · · · · 1 ) = p p p p 1 1 2 2 2 2 0 p h u p h u p p p p m p 1 1 0 2 2 0 2 2 2 1 2 2 2 2 2 ( , ) ( , ) ln P P ÷ = ÷ ÷ − −2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 ln p p p p m p í ( · · · · 1 ) = = ÷ − í ( · · · · 1 ) = m Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 63 De acuerdo con el enunciado, este sistema de ecuaciones es el siguiente: cuya resolución nos proporciona las funciones de demanda marshallianas: La condición de segundo orden (convexidad de las curvas de indiferencia) también se cumple, pues se trata de una función de utilidad cuasi-lineal. No obstante, puede verificarse este extremo sin más que comprobar el decrecimiento de la RMS hallada con anterioridad: En segundo lugar, se van a calcular las diferentes derivadas de la relación del enunciado: Por último, se verifica si la relación se cumple: Por tanto, la relación se cumple. • Método general: se demuestra la relación para cualquier consumidor con preferencias cuasi-line- ales del tipo: Dado que se trata de preferencias cuasi-lineales, el efecto renta es nulo ya que la demanda del bien 1 no depende de la renta: ∂ ∂ = x m 1 0 u x x f x x ( , ) ( ) 1 2 1 2 = ÷ ∂ ∂ − ∂ ∂ = − í ( · · · · 1 ) x p x x m p p p p 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 2 * / ( ) = = − =− 1 2 2 2 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 / / / / / ( ) p p p p p p p 22 2 1 = ∂ ∂ x p ∂ ∂ =− ∂ ∂ = ∂ ∂ = x p p p x p p p x m 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 ( ) ( ) / / 1 1 2 p dRMS dx x 1 2 1 1 3 2 0 =− < x m p p x m m p p p 1 2 1 1 2 2 2 1 ( , ) ( , ) / P P = í ( · · · · 1 ) = − 22 1 2 í ( · · · · 1 ) / 1 1 2 1 2 1 1 2 2 / x p p p x p x m = ÷ = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 RMS u u p p p x p x m 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 = = ÷ = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 64 Microeconomía avanzada De acuerdo con la Ecuación de Slutsky para el bien 2 debe ocurrir que: La Ecuación de Slutsky para el bien 1 es: De acuerdo con este resultado, la expresión [2] puede reescribirse como: como queríamos demostrar. Suponga un consumidor racional que se enfrenta al consumo de tres únicos bienes cuyos precios son Además se sabe que su renta asciende a «m» . Sabemos que las funcio- nes de demanda de los bienes 1 y 2 tienen la forma siguiente: Se ha observado que a unos determinados precios las cantidades demandadas de los bienes 1 y 2 son ; y que a otros precios distintos las cantidades demandadas de los bienes 1 y 2 son . Calcule el valor exacto de la elasticidad-renta de la demanda del bien 1. (Sugerencia: utilice la Ecuación de Slutsky y calcule α 3 ) Solución La Ecuación de Slutsky para el bien 2 es la siguiente: ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = x p h p x x m h p x p x x m 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 ββ β 1 3 1 3 3 p x p ÷ x x 1 2 1 1 ** ** = = , x x 1 2 1 2 * * = = , x m p p p p m p x m 1 0 1 1 3 2 2 3 3 3 2 0 1 ( , ) ( , ) P P = ÷ ÷ ÷ = ÷ α α α α β β p p p p p m p 1 3 2 2 3 3 3 ÷ ÷ β β P =( , , ) . p p p 1 2 3 0 ≫ x =( , , ) x x x 1 2 3 4.3. ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ x p x p x x m 2 1 1 2 1 2 * ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ ⇒ ⇒ ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ x p h p x x m x p h p h 1 2 1 2 2 1 0 1 2 1 2 2 * ∂ ∂ ↓ p por simetría 1 3 [ ] ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ x p h p x x m 2 1 2 1 1 2 * [ ] 2 Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 65 La Ecuación de Slutsky para el bien 1 es: Por la propiedad de simetría: es decir: Dado que la propiedad de simetría se cumple siempre que se trabaje con funciones bien compor- tadas, la expresión [4] debe cumplirse para cualquier cantidad de consumo. En consecuencia, debe cum- plirse para los niveles de consumo que proporciona el enunciado. Cuando se tiene: Cuando se tiene: De [5a] y [5b]: Se debe calcular ahora la elasticidad-renta del bien 1: Considere una función de utilidad con tres bienes y correspondiente a preferencias regulares, uϭu(x 1 ,x 2 ,x 3 ), en la cual las elasticidades cruzadas son nulas: Compruebe que el cociente entre los efec- tos sustitución cruzados toma el siguiente valor: s s x m x m 23 13 2 1 = ∂ ∂ ∂ ∂ s s 23 13 ε ij i j = ∀ ≠ 0, . 4.4. ε α α 1 1 1 3 3 1 3 0 0 m x m m x p m x = ∂ ∂ = = = ya que α α α α α 2 3 2 3 3 2 0 ÷ = ÷ ⇒ = α α β β 2 3 1 3 5 ÷ = ÷ [ ] b x x 1 2 1 1 ** ** , , = = α α β β 2 3 1 3 2 5 ÷ = ÷ [ ] a x x 1 2 1 2 * * , , = = α α β β α 2 3 2 3 3 1 3 1 3 3 2 2 4 p x p p x p x ÷ = ÷ ÷ [ ] αα β β 3 1 1 3 = ÷ x ∂ ∂ = ∂ ∂ h p h p 1 2 2 1 , ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = x p h p x x m h p x p x x m 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 1 αα α 2 3 2 3 3 p x p ÷ 66 Microeconomía avanzada Solución Inicialmente, se van a expresar los dos efectos sustitución cruzados del cociente utilizando la Ecua- ción de Slutsky: Posteriormente, se halla el cociente del enunciado dividiendo las expresiones [6a] y [6b]: Suponga que un cierto consumidor tiene la siguiente función de utilidad: Los precios de los bienes sean p 1 ϭ 10, p 2 ϭ 20 y la renta monetaria es m ϭ 100. Suponga que el precio del bien 1 se duplica. Calcule las Variaciones Compensatoria, Equivalente y el Excedente del Consumidor. Solución En este ejercicio se trata de medir, de varios modos posibles, la variación del bienestar que provoca un incremento en el precio de un bien. En primer lugar, se halla la variación equivalente (VE) que se define como la cantidad de dinero con la que habría que compensar al consumidor para que renuncie a la oportunidad de comprar un bien al precio existente. u x x x x ( , ) 1 2 1 2 1 2 1 2 = 4.5. s s h p h p x p x x m x p x 23 13 2 3 1 3 2 3 3 2 1 3 = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ ∂ ∂ ÷ * 33 1 * ∂ ∂ = x m Dado que las elasticidades cruzadass son nulas, se verifica que ∂ ∂ = ∀ ≠ x p i j i j 0 : == ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ x x m x x m x m x m 3 2 3 1 2 1 * * como queríamos demostrar. s h u p 23 2 0 3 = ∂ ∂ ( , ) P y debe hallarse esta derivaada. Como ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ ⇒ ∂ ∂ = ∂ ∂ x p h p x x m h p x 2 3 2 3 3 2 2 3 2 * p p x x m a s h u p 3 3 2 13 1 0 3 6 ÷ ∂ ∂ = ∂ ∂ * [ ] ( , ) P y debe halllarse esta derivada. Como ∂ ∂ = ∂ ∂ − x p h p x 1 3 1 3 3 * ∂ ∂ ∂ ⇒ ∂ ∂ = ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ x m h p x p x x m b 1 1 3 1 3 3 1 6 * [ ] Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 67 En el Gráfico 4.5.a la diferencia entre la renta inicial (m) y la representada por la línea coloreada (cuyo valor debe ser hallado) es la VE para un aumento en el precio del bien 1. Gráfico 4.5.a Para hallar ese valor desconocido de la renta se hace uso, por un lado, de la función indirec- ta de utilidad métrica monetaria µ(P 0 ; P 1 ,m), donde P 0 y P 1 son los valores de los precios ini- ciales y finales, respectivamente; es decir, se mide el bienestar (en unidades monetarias) del equilibrio final, tomando como precios base los iniciales. Por otro lado, también puede utilizar- se la función de gasto ya que . Las funciones de gasto e indirecta de utilidad para una función Cobb-Douglas, como la que propone el enunciado, deben ser halladas por el lector: A partir de ellas, ya es posible hallar : La VE se halla mediante la diferencia: En segundo lugar, se halla la variación compensatoria (VC) que se define como la cantidad de dine- ro con la que habría que compensar al consumidor tras una variación de los precios para que recupe- re su nivel de bienestar inicial. Es decir, se mide el bienestar (en unidades monetarias) del equilibrio final, tomando como precios base los finales. VE m e v m u m = − = − = ( ; ( , )) . . P P 0 1 100 71 29 Como p p p p y m e 1 0 2 0 1 1 2 1 0 10 20 20 20 100 = = = = = ⇒ ; ; ; (P ;; ( , )) . . v m u m P 1 71 = e v m p p m p p ( ; ( , )) ( ) ( ) ( ) ( / / / P P 0 1 1 0 1 2 2 0 1 2 1 1 1 2 2 2 = 22 1 1 2 ) / e v m ( ; ( , )) P P 0 1 e u p p u v m m p p ( , ) ( , ) / / / / P P 0 1 1 2 2 1 2 0 1 1 2 2 1 2 2 2 = = µ( ; , ) ( ; ( , )) P P P P 0 1 0 1 m e v m = 68 Microeconomía avanzada En el Gráfico 4.5.b la diferencia entre la renta inicial (m) y la representada por la línea coloreada (cuyo valor debe ser hallado) es la VC para un aumento en el precio del bien 1. Gráfico 4.5.b Para hallar ese valor desconocido de la renta se hace uso, de modo similar al explicado con ante- rioridad, de las funciones de gasto e indirecta de utilidad: donde: La VC se halla mediante la diferencia: Por último, el excedente del consumidor (ec) se define como la variación, en términos monetarios, del bienestar de un consumidor cuando se produce un cambio en el precio de un bien. Se halla a par- tir de la curva de demanda marshalliana, x 1 (p 1 ): El área rayada del Gráfico 4.5.c representa la variación del excedente del consumidor. ec x p dp p p = ∫ 1 1 1 1 0 1 1 ( ) VC e v m m u m = − = − = ( ; ( , )) . . P P 1 0 141 100 41 e v m p p m p p P P 1 0 1 1 1 2 2 1 1 2 1 0 1 2 2 0 2 2 ; ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = 11 2 1 0 2 0 1 1 2 1 10 20 20 20 100 Como p p p p y m e = = = = = ⇒ ; ; ; (( ; ( , )) . . P P 1 0 141 v m u m = µ m e v m ( ; , ) ; ( , ) P P P P 1 0 1 0 = ( ) Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 69 Gráfico 4.5.c Como ha quedado dicho, para poder hallar el valor de ec se necesita la curva de demanda del bien cuyo precio varía (bien 1). Dado que se trata de un consumidor con preferencias del tipo Cobb-Dou- glas la demanda viene dada por: Por tanto, el valor de ec se determina como: Nótese que este ec es una aproximación razonable de las dos medidas del bienestar calculadas con anterioridad, pues toma un valor intermedio entre la VE y la VC. En este ejercicio en concreto: VEϽecϽVC. Las preferencias de un cierto consumidor pueden representarse mediante la siguiente función de utilidad: Se ha producido, ceteris paribus, una variación en el precio del bien 2 y se sabe que el montante de renta que habría que transferir al sujeto para que recupere el nivel de utilidad inicial asciende a: Siendo m la renta y los precios iniciales de los bienes. ¿En qué proporción ha variado el precio del bien 2? Solución El enunciado dice que habría que transferir, tras un incremento en el precio del bien 2, un cierto mon- tante de renta al consumidor para que recuperase su nivel inicial de bienestar. Esta transferencia de ren- p p 1 0 2 0 , p m p p 2 0 1 0 2 0 ÷ u x x x x ( , ) min , 1 2 1 2 = ¦ ¦ 4.6. ec p dp p = = = − = 50 50 50 20 10 34 67 1 1 1 10 20 1 ln ] (ln ln ) , 00 20 ∫ x p m p p p 1 1 1 1 1 1 2 100 2 50 ( ) = = = 70 Microeconomía avanzada ta se corresponde con el concepto económico de la variación compensatoria (VC). Por tanto, se tie- ne que: La variación compensatoria se calcula matemáticamente a partir de la función indirecta de utili- dad métrica monetaria, (µ(p; q,m)), o a partir de la función de gasto e(P,u 0 ): donde P 0 y P 1 son los valores de los precios iniciales y finales, respectivamente; m 0 y m 1 los valores inicial y final de la renta monetaria, respectivamente; y u 0 es el nivel de bienestar alcanzado por el con- sumidor en las condiciones iniciales de precios y renta. En el Ejercicio 3.2 se calculó, entre otras funciones, la función de gasto para unas preferencias con bienes complementarios perfectos, por lo que se va a resolver este ejercicio a partir de la defini- ción [7b] de VC. Más específicamente en aquel ejercicio se obtuvo en la expresión [4]: En el Ejercicio 2.2 se calculó también (en la expresión [5]) la función indirecta de utilidad para bie- nes complementarios perfectos Recordando la equivalencia y uniendo [8] y [9] se llega a que: Volviendo a [7b] y recordando el valor que proporciona el enunciado de la VC: De acuerdo con el enunciado p 1 no varía, por lo que p 1 1 ϭ p 1 0 y se tiene: En consecuencia, el precio del bien 2 se ha duplicado. Sea un consumidor con preferencias regulares que consume una cesta de bienes n-dimensional: El vector de precios de los bienes es: El consumidor posee una renta monetaria dada que asciende a m . Suponga que el precio de todos los bienes varía en una misma proporción Calcule analíticamente a cuánto ascienden en este caso las variaciones com- pensatoria y equivalente de la renta. Solución En primer lugar, se halla la variación compensatoria (VC) a partir de la función de gasto: VC e u e u = − ( , ) ( , ) [ ] P P 1 0 0 0 10 θ 1. P 0 1 0 2 0 0 0 =( , ,..., ) . p p p n ≫ x = ∈ ÷ ( , ,..., ) . x x x n n 1 2 ℝ 4.7. p p p p p 2 0 2 1 2 0 2 1 2 0 2 = − ⇒ = VC p m p p e u e u p p = ÷ = − = = ÷ 2 0 1 0 2 0 1 0 0 0 1 1 2 1 ( , ) ( , ) ( ) P P mm p p p p m p p p p p p 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 2 0 1 1 2 1 ÷ − ÷ ÷ = ÷ − ( ) ( ) ( 11 0 2 0 ÷ p ) e v m p p m p p u ( , ( , )) ( ) P P 0 1 2 1 0 2 0 0 = ÷ ÷ v m u ( , ) P ≡ 0 v m m p p ( , ) [ ]. P = ÷ 1 2 9 e u p p u ( , ) ( ) P 0 1 2 0 = ÷ [8] VC m m a VC e u e = − = − µ µ ( , ) ( , ) [ ] ( , ) P ;P P ;P P 1 0 0 1 1 1 1 0 7 (( , ) [ ] P 0 0 7 u b VC p m p p = ÷ 2 0 1 0 2 0 Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 71 donde P 0 y P 1 son los valores de los precios iniciales y finales, respectivamente; y u 0 es el nivel de bie- nestar alcanzado por el consumidor en las condiciones iniciales de precios y renta. De acuerdo con la información proporcionada por el enunciado , por lo que [10] puede reescribirse como: Recuérdese que la función de gasto es homogénea de grado 1 en P y que el consumidor gasta en el instante inicial m , por lo que se tiene: En segundo lugar, se halla la variación equivalente (VE) a partir de la función de gasto: donde u 1 es el nivel de bienestar alcanzado por el consumidor en las condiciones finales de precios y renta. Dado que por lo que la expresión [11] puede reescribirse como: Como la función de gasto es homogénea de grado 1 en P y el consumidor gasta en el instante final m , se tiene: La función indirecta de utilidad de un cierto consumidor es: a) Compruebe que el cociente entre la demanda marshalliana del bien 2 y la demanda marshalliana del bien 1 coincide con el cociente entre la demanda hicksiana del bien 2 y la demanda hicksiana del bien 1. b) ¿Qué peculiaridad presentan en este caso todas las Ecuaciones de Slutsky? c) Suponga que el precio inicial del bien 1 se duplica y el precio inicial del bien 2 se reduce a la mitad, todo lo demás constante. ¿Cuánto debería valer el parámetro b (en función de los precios) para que tanto la variación compensatoria como la variación equivalente de la renta fueran cero? Solución a) Para la obtención de las demandas marshallianas se aplica la Identidad de Roy: x m v m p v m m m p bp 1 1 1 2 ( , ) ( , ) / ( , ) / / ( ) P P P =− ∂ ∂ ∂ ∂ =− − ÷ 22 1 2 1 2 2 2 1 / ( ) ( ) ( , ) ( , ) / p bp m p bp x m v m p ÷ = ÷ =− ∂ ∂ ∂ P P vv m m mb p bp p bp bm p b ( , ) / / ( ) / ( ) ( P ∂ =− − ÷ ÷ = ÷ 1 2 2 1 2 1 1 p p 2 ) v p p m m p bp b ( , , ) ; 1 2 1 2 0 = ÷ 4.8. VE e u e u e u m = − í ( · · ·· 1 ) = ( , ) , ( , ) P P P 1 1 1 1 1 1 1 θ − = − í ( · · ·· 1 1 1 1 1 1 θ θ e u m m ( , ) P )) VE e u e u = − í ( · · ·· 1 ) ( , ) , P P 1 1 1 1 1 θ P P P P 1 0 0 1 1 = ⇒ = θ θ , VE e u e u = − ( , ) ( , ) [ ] P P 1 1 1 0 11 VC e u e u e u e m = − = − ( , ) ( , ) ( , ) θ θ P P P 0 0 0 0 0 0 (( , ) ( ) P 0 0 1 u m m = − θ VC e u e u = − ( , ) ( , ) θP P 0 0 0 0 P P 1 0 =θ 72 Microeconomía avanzada Entonces el valor del cociente entre ambas demandas es: Para la obtención de las demandas hicksianas se halla, en primer lugar, la función de gasto a par- tir de las siguientes relaciones: Entonces: Se obtienen, posteriormente, las demandas hicksianas, aplicando el Lema de Shephard: Entonces el valor del cociente entre ambas demandas es: Los cocientes entre las demandas marshallianas y las hicksianas coinciden, como queríamos demostrar. b) La Ecuación de Slutsky presenta la forma siguiente: En el caso concreto de este enunciado se cumple que: Es decir, no existe efecto sustitución, de modo que en la Ecuación de Slutsky para los dos bienes sólo aparece representado el efecto renta: La no existencia de efecto sustitución se explica porque la función indirecta de utilidad que pro- porciona el enunciado se corresponde con el caso en que los dos bienes son complementarios perfec- tos. c) En primer lugar, se halla la variación compensatoria (VC) a partir de la función de gasto: donde P 0 y P 1 son los valores de los precios iniciales y finales, respectivamente; y u 0 es el nivel de bie- nestar alcanzado por el consumidor en las condiciones iniciales de precios y renta. VC e u e u = − ( , ) ( , ) P P 1 0 0 0 ∂ ∂ =− ∂ ∂ = x m p x x m m i j i j j i ( , ) ( , ) , , P P 1 2 ∂ ∂ = ∂ ∂ = h u p h u p 1 0 2 2 0 1 0 ( , ) ( , ) P P ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ ∂ x m p h u p x x m m i j i j j i ( , ) ( , ) ( , ) P P P 0 h u h u b 2 0 1 0 ( , ) ( , ) P P = h u e u P u h u e u P 1 0 0 1 0 2 0 0 ( , ) ( , ) ; ( , ) ( , ) P P P P = ∂ ∂ = = ∂ ∂ 22 0 = bu v m m p bp u e u p bp e u u p o ( , ) ( , ) ( , ) ( P P P = ÷ ⇒ = ÷ = 1 2 0 1 2 0 0 11 2 ÷bp ) m e u v m u ≡ ≡ ( , ) ( , ) P P 0 0 x m x m b 2 1 ( , ) ( , ) P P = Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 73 De acuerdo con la función de gasto hallada en el apartado a VC puede reescribirse como: El enunciado proporciona la relación que existe entre P 0 y P 1 : por lo que se tiene como valor de VC: Se halla, a continuación, el valor de b para que VC tome el valor 0: En segundo lugar, se halla la variación equivalente (VE) a partir de la función de gasto: donde u 1 es el nivel de bienestar alcanzado por el consumidor en las condiciones finales de precios y renta. De acuerdo con la función de gasto hallada en el apartado a VE puede reescribirse como: Recordando que: se tiene como valor de VE: Se halla, a continuación, el valor de b para que VE tome el valor 0: Suponga un consumidor que se enfrenta al consumo de tres únicos bienes, cuyas demandas marshallia- nas son: Sabemos que cuando los precios de los bienes son: las correspondientes cantidades demandadas son: . Además, se conocen los valores de las siguientes derivadas de las demandas marshallianas: ∂ ∂ = ∂ ∂ = ∂ ∂ =− ∂ ∂ =− ∂ ∂ x m x m x p x p x p 2 3 2 2 2 3 3 1 2 2 10 2 ; ; ; ; ==4 x x x 1 2 3 1 2 1 * * * , , . = = = p p p 1 2 3 2 = = = x x p p p m k k k * ( , , , ); , , . = = 1 2 3 1 2 3 4.9. VE u p b p b p p = − í ( · · ·· 1 ) = ⇒ = 1 0 1 2 0 1 0 2 0 1 2 0 2 VE u p bp u p bp u p b p = ÷ − ÷ = ÷ 1 1 1 2 1 1 0 1 2 0 1 0 1 2 0 2 1 2 ( ) ( ) ( )) ( ) − ÷ = = − í ( · · ·· 1 ) u p bp u p b p 1 1 0 2 0 1 0 1 2 0 1 2 p p p p 1 1 1 0 2 1 2 0 2 1 2 = = VE e u e u u p bp u p bp = − = ÷ − ÷ ( , ) ( , ) ( ) ( P P 1 1 0 1 1 1 1 2 1 1 0 1 22 0 ) VE e u e u = − ( , ) ( , ) P P 1 1 0 1 VC u p b p b p p = − í ( · · ·· 1 ) = ⇒ = 0 0 1 2 0 1 0 2 0 1 2 0 2 VC u p bp u p bp u p b p = ÷ − ÷ = ÷ 0 1 1 2 1 0 0 1 2 0 0 0 1 2 0 2 1 2 ( ) ( ) ( )) ( ) − ÷ = = − í ( · · ·· 1 ) u p bp u p b p 0 0 1 2 0 0 0 1 2 0 1 2 p p p p 1 1 1 0 2 1 2 0 2 1 2 = = VC e u e u u p bp u p bp = − = ÷ − ÷ ( , ) ( , ) ( ) ( P P 1 0 0 0 0 1 1 2 1 0 0 1 22 0 ) = 74 Microeconomía avanzada a) Calcule los números exactos que conforman la Matriz de Slutsky de este consumidor de acuerdo con la información precedente. b) Compruebe que dicha Matriz cumple las propiedades habituales que se le suponen. Solución a) Se trata de un ejercicio con tres bienes por lo que la Matriz de Slutsky presenta el siguiente esquema: Los elementos de la Matriz de Slutsky se van a calcular, bien a partir de la Ecuación de Slutsky, o bien a partir de las propiedades que deben cumplir las funciones de demanda hicksianas y, más espe- cíficamente, los efectos sustitución. En primer lugar, la Ecuación de Slutsky permite obtener algunos de los elementos de la Matriz de Slutsky: En segundo lugar, por la propiedad de simetría se tiene que: En tercer lugar, el resto de elementos de la Matriz se calculan mediante la propiedad de singulari- dad: PSϭSPϭ0, cuyo desarrollo conduce a que se deben cumplir las siguientes condiciones, en las que algunos de sus elementos son ya conocidos: p s p s p s s s 1 12 2 22 3 32 12 12 0 2 6 0 0 6 ÷ ÷ = ÷ − ÷ l l = ⇒ = = ( ) ss p s p s p s s s 21 1 11 2 21 3 31 11 11 0 2 6 6 0 ÷ ÷ = ÷ ÷ l l = ⇒ =−1 12 0 2 6 0 0 6 1 13 2 23 3 33 33 33 p s p s p s s s ÷ ÷ = ÷ ÷ l l = ⇒ =− s s s s 13 31 32 23 6 0 = = = = ∂ ∂ = ∂ ∂ − ∂ x m p h u p x i j i j s j ij ( , ) ( , ) * P P 0 xx m m s x m p x x m m s i ij i j j i ( , ) ( , ) ( , ) * P P P ∂ ⇒ = ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ 22 == ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ =− ÷ =− ⇒ =− = ∂ ∂ x p x x m s s x 2 2 2 2 22 31 3 10 2 2 6 6 * . pp x x m s s x p x x 1 1 3 31 23 2 3 3 2 4 1 2 6 6 ÷ ∂ ∂ = ÷ = ⇒ = = ∂ ∂ ÷ ∂ * * . ∂ ∂ =− ÷ = ⇒ = m s 2 1 2 0 0 23 . S = í ( · · · · · · · · 1 ) s s s s s s s s s 11 12 13 21 22 23 31 32 33 Sistemas completos de demanda y medición del bienestar 75 En definitiva, la Matriz de Slutsky buscada es la siguiente: b) Se revisan a continuación las propiedades que debe cumplir esta Matriz: b.1) Simetría: se cumple por construcción: b.2) Semidefinida negativa: los sucesivos menores del hessiano son: b.3) Singularidad: PS = − − − í ( · · · · · · · · 1 ) = ( ) 2 2 2 12 6 6 6 6 0 6 0 6 (( ) 0 0 0 ⇒se verifica H H H 1 2 3 12 0 12 6 6 6 36 0 12 6 6 6 6 0 6 0 6 0 =− < = − − = = − − − = ; ; ⇒⇒se verifica s s i j i j ij ji = ∀ ≠ , , S = − − − í ( · · · · · · · · 1 ) 12 6 6 6 6 0 6 0 6 76 Microeconomía avanzada II PARTE II TEORÍA DE LA EMPRESA 5. Tecnología, eficiencia y función de producción 6. Minimización de costes 7. Maximización del beneficio, función de beneficios y duali- dad en la producción Resumen teórico 5.1. LA TECNOLOGÍA: DEFINICIÓN Y PROPIEDADES • Empresa: unidad microeconómica que desarrolla la actividad productiva. • Actividad productiva: combinación adecuada de los inputs (factores) para la obtención de los out- puts (productos). • Proceso productivo o técnica productiva: cada forma concreta en que es posible combinar los inputs para la obtención de los outputs. En un proceso determinado los inputs y outputs se combi- nan en unas proporciones fijas. • Tecnología, Conjunto Tecnológico o Conjunto de Posibilidades de Producción: conjunto de todos los procesos productivos al alcance de la empresa (viables) en un momento determinado del tiempo. • Eficiencia: en microeconomía la forma «adecuada» de producir es la eficiente, esto es, aquella que maximiza el beneficio. ¿Qué se exige para tal fin? — Eficiencia Técnica: un proceso es «técnicamente eficiente» si no existe otro capaz de produ- cir igual o mayor cantidad de todos los outputs, utilizando menor o igual cantidad de todos los inputs. (Teoría de la producción.) Resumen teórico 5.1. La tecnología: definición y propiedades 5.2. La función de producción 5.3. Sustituibilidad factorial: la elasticidad de sustitución 5.4. Los rendimientos de escala y la homogeneidad Cuestiones y problemas 5 TEMA 5 TECNOLOGÍA, EFICIENCIA Y FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN — Eficiencia Económica: un proceso es «económicamente eficiente» si, de entre todos los téc- nicamente eficientes es el más barato. (Teoría de los costes.) REPRESENTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA: La forma más genérica de representar la Tecnología es a través de los «vectores netput» (y). Cada uno de estos vectores hace referencia a un cierto proceso productivo: Donde: representa en Conjunto Tecnológico; y donde y k representa la cantidad neta uti- lizada (si y k Ͻ 0) o producida (si y k Ͼ 0) del bien k-ésimo por la empresa. Una forma muy especial de Tecnología es aquella en la que la empresa produce siempre un mis- mo y único bien con los mismos factores productivos: Tecnología un-output / múltiples-inputs. Esta tecnología es susceptible de ser representada mediante una FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN Supongamos que en la expresión (1) el último componente sea siempre positivo o nulo (y nϩ1 Ն 0) y el resto siempre negativos o nulos (y k Յ 0, ∀k n ϩ 1). Ahora definimos: Y la siguiente expresión constituye una Función de Producción: que estudiaremos a continuación. 5.2. LA FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN Donde q ϭ f(z) representa la máxima cantidad de output que el vector de inputs z puede produ- cir. Así pues, una función de producción presupone eficiencia técnica. PROPIEDADES: 1. Continua. 2. Monótona y estrictamente creciente. 3. Estrictamente cuasi-cóncava. 4. No gratuidad: f(0) ϭ0. 5. Al menos dos veces continuamente diferenciable. Se define: f q f n : ( ) R R ÷ ÷ → → = z z q f = ( ) z q q y n ∈ ≡ ≥ ÷ ÷ R : , 1 0 que representaría el output ú único. que repre z z ∈ ≡ − − − ≥ ÷ R n n y y y : ( , , , ) , 1 2 0 ⋯ ssentaría el vector de inputs. Y ⊂ ÷ R n 1 y y ∈ ⊂ = ÷ ÷ Y R n k n n y y y y y 1 1 2 1 1 / ( , , , , , , ) ( ) ⋯ ⋯ 80 Microeconomía avanzada ALGUNAS DEFINICIONES: • Isocuanta de nivel q 0 : • Conjunto de contorno superior del nivel q 0 : • Conjunto de contorno inferior del nivel q 0 : • Productividad marginal del factor k-ésimo: • Relación Marginal de Sustitución Técnica entre los factores k y l : ¿Qué implican estas propiedades sobre la tecnología subyacente a la función de producción? 1. Continuidad — Los conjuntos de contorno superior e inferior son cerrados. — La isocuanta es una línea continua. — La tecnología no «da saltos». 2. Monotonía y estricto crecimiento — Todos los perfiles de la función crecen. RMST dz dz f f l k k l l k dq dz i k l i ( ) ( ) ( ) , z z z ≡− = = = ∀ ≠ 0 0 f f z k k ( ) ( ) z z ≡ ∂ ∂ PI(q f q 0 0 ) : ( ) ≡ ∈ ≤ ¦ ¦ ÷ z z n R MI(q f q 0 0 ) : ( ) ≡ ∈ ≥ ¦ ¦ ÷ z z n R I( Donde es una con q f q q 0 0 0 ) : ( ) ≡ ∈ = ¦ ¦ ∈ ÷ ÷ z z n R ℝ sstante. Tecnología, eficiencia y función de producción 81 — Las productividades marginales son estrictamente positivas: f k Ͼ 0, ∀k ϭ 1, 2,..., n. — Las isocuantas decrecen. — Es un reflejo de la eficiencia técnica que supone la función de producción. 3. Estrictamente cuasi-cóncava — Los contornos superiores son estrictamente convexos. — Las isocuantas son estrictamente convexas. — Las RMST l k son decrecientes. — Los procesos «extremos» son menos productivos que los «promediados». 4. No gratuidad — La función de producción pasa por el origen de coordenadas. — Es imposible producir «algo» con «nada». 5.3. SUSTITUIBILIDAD FACTORIAL: LA ELASTICIDAD DE SUSTITUCIÓN La sustituibilidad es la posibilidad de sustituir un factor por otro en la producción de un determinado nivel de output. La RMST es una medida local de sustituibilidad entre factores. Una medida más precisa es la elasticidad de sustitución: σ Informa sobre el porcentaje de cambio en la proporción de uso de los factores (sustitución) a medi- da que nos movemos a lo largo de una isocuanta. Para tecnologías convexas toma valores en el intervalo 0 Յ σ Ͻ ϩ ϱ y pueden darse los casos siguientes: • σ ϭ 0 Imposibilidad de sustitución Caso (a) • 0 Ͻσ Ͻϩϱ Sustituibilidad parcial Caso (b) • σ →ϩϱ Sustituibilidad perfecta Caso (c) σ kl k l l k k l z z z z = í ( · · · 1 ) = ∂ í ( · · · 1 ∆ ∆ % % ln RMST )) ∂ = ∂ í ( · · · 1 ) ∂ lnRMST RMST RMST l k k l l k z z ll k k l z z í ( · · · 1 ) 82 Microeconomía avanzada Veámoslo con más detalle: Caso (c): Perfecta sustituibilidad factorial Existen infinitos procesos productivos técnicamente eficientes, dos de los cuales se representan en la figura. Al pasar del proceso ‘0’ al proceso ‘1’, se intensifica el uso del factor 2, esto es: No obstante, la RMST 1 2 permanece constante, dado que siempre es igual a ‘tan α’; esto es: ∆% (RMST 1 2 ) ϭ 0. Por lo tanto: Caso (b): Sustituibilidad parcial Al igual que antes existen infinitos procesos productivos técnicamente eficientes. No obstante, la RMST 1 2 no es constante. Al pasar del proceso ‘0’ al proceso ‘1’, se intensifica el uso del factor 2, esto es: σ 2 1 2 1 1 2 0 , % % = í ( · · · 1 ) = ÷ l l l l →∞ ∆ ∆ z z RMST ∆% z z 2 1 0 í ( · · · 1 ) Tecnología, eficiencia y función de producción 83 En este cambio la RMST 1 2 aumenta, esto es: ∆% (RMST 1 2 ) Ͼ 0. Por lo tanto: Caso (a): Imposibilidad de sustitución factorial A medida que las isocuantas van adquiriendo un perfil más angular, la sustituibilidad factorial se redu- ce. En la anterior expresión, esto significa que grandes cambios en el denominador van acompañados de reducidas variaciones en el numerador, con lo que la elasticidad de sustitución se va aproximando a cero. En el límite las isocuantas se transforman en ángulos rectos, existe un único proceso técnicamen- te eficiente y la RMST varía instantáneamente en las proximidades de Z 0 , con lo que σ 2,1 ϭ 0. Cálculo de σ en funciones de producción homotéticas Al igual que en la teoría del consumo, puede demostrarse que: De esta forma, para calcular la elasticidad de sustitución es conveniente usar la siguiente expresión: σ kl k l l k l k k l z z z z = ∂ í ( · · · 1 ) ∂ í ( · · · 1 RMST RMST )) = í ( · · · 1 ) ∂ ∂ í ( · RMST RMST l k k l l k k l z z z z ·· · 1 ) = í ( · · · 1 ) í ( · · · 1 ) ∂ φ φ z z z z k l k l zz z z z k l k l í ( · · · 1 ) ∂ í ( · · · 1 ) Si es es HG0 q f RMST RMST k l = ⇒ ⇒⇒ ( ) z homotética kk l l k z z = í ( · · · · 1 ) φ σ 2 1 2 1 1 2 , % % [ = í ( · · · 1 ) = ÷ ÷ l l l l = ∆ ∆ z z RMST ÷÷] ∆% z z 2 1 0 í ( · · · 1 ) 84 Microeconomía avanzada 5.4. LOS RENDIMIENTOS DE ESCALA Y LA HOMOGENEIDAD Nos informan sobre cómo varía el output al variar la escala factorial. Se produce una variación en la escala factorial cuando la empresa varía la utilización de todos los inputs en igual proporción. Sea ZЈ un cierto vector de inputs y sea θ Ն 0 un escalar no negativo: Así pues, una variación de la escala supone moverse a lo largo de un mismo radio-vector, es decir, alterar el volumen de la producción sin variar el proceso productivo utilizado. Sea q ϭf(z) la función de producción. Analicemos el comportamiento de la misma, al variar la esca- la factorial, en una región compacta de su dominio de definición. Posibilidades: a) La función f(z) presenta Rendimientos Constantes de Escala en la región . Al aumen- tar (disminuir) la escala en una proporción ‘θ’, el output aumenta (disminuye) en esa misma pro- porción ‘θ’: b) La función f(z) presenta Rendimientos Decrecientes de Escala en la región . Al aumen- tar la escala en una proporción ‘θ’, el output aumenta en una proporción menor a ‘θ’: c) La función f(z) presenta Rendimientos Crecientes de Escala en la región . Al aumen- tar la escala en una proporción ‘θ’, el output aumenta en una proporción mayor a ‘θ’: La elasticidad-producto de un input i, µ i se define como el porcentaje de respuesta del output res- pecto a un cambio en un uno por ciento en la cantidad utilizada del input i. Se halla mediante la siguien- te expresión: El tipo de rendimientos a escala que presenta la función puede conocerse mediante el cálculo de la elasticidad de escala, µ que se define como el porcentaje de respuesta del output como consecuen- cia de una variación en un uno por ciento en todos los inputs: µ = = df t dt t f t t ( ) ( ) z z 1 µ i i i f z z f = ∂ ∂ ( ) ( ) z z RCrE( ): Q Q ( ) ( ), , f f θ θ θ z z z ∀ ∀ ∈ 1 ( ) Q RDE( ): Q Q ( ) ( ), , f f θ θ θ z z z < ∀ ∀ ∈ 1 ( ) Q RCE( ): Q Q ( ) ( ), , f f θ θ θ z z z = ∀ > ∀ ∈ 0 ( ) Q ( ) Q i Si Aumenta la escal θ θ ⇒ ′ → ′ ′ ⇒ 1 ( ) z z z aa Si 0 Se reduce la i ≤ < ⇒ ′ → ′ < ′ ⇒ θ θ 1 ( ) z z z escala Tecnología, eficiencia y función de producción 85 Elasticidad que también puede hallarse a partir de las elasticidades-producto del siguiente modo: Funciones de producción homogéneas La función de producción f(z) es HGh si: Propiedad: las funciones de producción homogéneas presentan el mismo tipo de rendimientos de escala en todo su dominio de definición. Más en concreto: Funciones de producción homotéticas La función de producción g(z) es homotética si procede de una transformación monótona crecien- te de una función homogénea: Propiedades: a) La RMST de una función de producción homotética es una función HG0. b) Una función homotética puede presentar diferentes tipos de rendimientos de escala según la región de su dominio considerada: Cuestiones y problemas Dada la función de producción CES (Elasticidad de Sustitución Constante): a) Calcule la Relación marginal de Sustitución Técnica (RMST) y la Elasticidad de Sustitución (σ). b) ¿Es una función de producción homogénea? q f z z A z z A = = ÷ − l l < < ( , ) ( ) ; , 1 2 1 2 1 1 0 0 1 δ δ δ ρ ρ ρ 5.1. ∀ = = < θ θ θ θ θ 0, ( ) [ ( )] [ ( )] [ ( ) g T f T f T f h h z z z z ]] ( ) =θ h g z g T f T f h ( ) [ ( )], ( ) z z z = ′ donde y es HG 0 • Si (Gráfic h f f = ⇔ = ∀ ∀ 1 0 ( ) ( ), , θ θ θ z z z o o (a)) Así pues, ) presenta RCE en todo f (z ssu recorrido. Si • h f f f h h < ⇒ < ⇒ = < 1 θ θ θ θ θ ( ) ( ) z z (( ), , ( z z z ∀ ∀ θ 1 (Gráfico (b)) Así pues, ) pre f ssenta RDE en todo su recorrido. Si • h h ⇒ 1 θ ⇒ = ∀ ∀ θ θ θ θ θ f f f h ( ) ( ) ( ), , z z z z 1 (Gráfico (c)) AAsí pues, ) presenta RCrE en todo su re f (z ccorrido. f f h ( ) ( ), , θ θ θ z z z = ∀ ∀ 0 µ µ = = ∑ i i n 1 86 Microeconomía avanzada c) Demuestre, valiéndose de la RMST y de σ, que cuando ρ →Ϫϱ la función CES representa una tec- nología de Leontief; cuando ρ ϭ1 representa una tecnología de sustitutivos perfectos; y que cuando ρ ϭ 0 representa la tecnología Cobb-Douglas. Solución a) Calculamos la RMST entre los dos factores: Calculamos la elasticidad de sustitución (σ) mediante su definición: En primer lugar, hallamos el numerador de esta expresión: En segundo lugar, hallamos el denominador de esa expresión: El valor de σ se obtiene dividiendo la expresión [1] entre la [2]: Se obtiene, pues, una elasticidad de sustitución cuyo valor permanece constante para cualquier méto- do o proceso productivo y cualquier valor del output. Por tal motivo esta función recibe el nombre de función de producción de Elasticidad de Sustitución Constante (CES). b) Se comprueba ahora si se trata de una función de producción homogénea mediante la definición matemática de homogeneidad: Se trata, por tanto, de una función homogénea de grado 1. f z z A z z A z ( , ) ( ) / θ θ δθ δ θ θ δ ρ ρ ρ ρ ρ ρ 1 2 1 2 1 1 1 = ÷ − l l = ρρ ρ ρ ρ ρ δ θ δ δ ÷ − l l l l l = = ÷ − ( ) ( ) / 1 1 2 1 1 2 z A z z l l l = 1 1 2 / ( , ) ρ θ f z z σ ρ = − − í ( · · · · 1 ) − ( ) − 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 z dz z dz z dz z 22 2 1 1 dz í ( · · · · 1 ) = −ρ ln ln ( ) ln RMST z z = − í ( · · · · 1 ) = − − δ δ δ ρ ρ 1 1 2 1 1 1−− í ( · · ·· 1 ) ÷ − ( ) − = − δ ρ ρ 1 1 1 2 (ln ln ) ln z z d RMST (( ) − í ( · · · · 1 ) 1 1 2 1 1 2 2 z dz z dz ( ) d z z d z d z z dz z d ln ln ln 2 1 2 1 1 1 2 1 1 í ( · · · 1 ) = − =− − zz 2 1 í ( · · · · 1 ) ( ) σ = í ( · · · 1 ) = í ( · · · 1 ) d z z d RMST d z z ln ln ln 2 1 2 1 í ( · · · 1 ) d f f ln ( ) ( ) 1 2 z z RMST q z q z A z z 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 = ∂ ∂ = ÷ − l l − / / ( ) ρ δ δ δ ρ ρ ρ ρρ ρ δ δ δ ρ ρ ρ ρ ρ ρ z A z z z 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 − − − ÷ − l l − = ( ) ( ) δ δ δ ρ ρ z z 1 1 2 1 1 − − − ( ) Tecnología, eficiencia y función de producción 87 c) Analizamos a continuación qué ocurre cuando el parámetro ρ toma diferentes valores. c.1) En primer lugar, veamos el caso en que ρ →Ϫϱ: Recordando el valor de la RMST hallado en el apartado a), se tiene cuando ρ →Ϫϱ el siguiente valor del límite de la RMST: Entonces, si z 2 Ͼz 1 la RMST tiende a ϱ y si z 2 Ͻz 1 la RMST tiende a cero. Recuérdese que estos valores de la RMST se corresponden con los de la Tecnología de Leontief o de proporciones fijas, cuyas isocuantas presentan la forma de ángulos rectos. En consecuencia, la función CES, si ρ →Ϫϱ, repre- senta una Tecnología de Leontief. c.2) Veamos el caso en que ρ ϭ 1. Ahora la función de producción CES del enunciado se con- vierte en: expresión que se corresponde con la de una función de producción de factores sustitutivos perfectos en la que los factores se sustituyen en una proporción Aδ : A(1 Ϫ δ). Nótese también que cuando ρ ϭ 1, el valor de la elasticidad de sustitución hallada en el apartado a es infinito, lo que corrobora la afirmación de que existe sustituibilidad perfecta entre los factores. c.3) Cuando ρ→0, la RMST tiende al siguiente valor: Esta expresión, como ya es conocido, se corresponde con la RMST de una función de producción Cobb-Douglas. En el caso extremo en que ρ ϭ 0, el valor de la elasticidad de sustitución es: En resumen, la tecnología CES, aunque se refiere a funciones de producción con elasticidad de sus- titución constante (lo que parece un supuesto algo restrictivo), en realidad abarca todo un amplio espec- tro de tecnologías, tales como la de Leontief, la de sustitutivos perfectos, o la Cobb-Douglas. Suponga una tecnología regular representada por la función de producción q ϭ f(z 1 , z 2 ). Se pide: a) Si la función presenta siempre rendimientos constantes de escala (RCE), ¿es cierto que las produc- tividades marginales de los factores se mantienen constantes a lo largo de un mismo proceso o méto- do productivo? b) ¿Y si se tratara de una función homogénea de grado distinto de uno? Solución a) Si la función de producción presenta RCE, entonces esa función es homogénea de grado 1. En consecuencia, las productividades marginales (que no son más que las derivadas parciales de la función de producción) son también homogéneas, pero de grado 0 (un grado menor que la fun- ción original). Es decir: 5.2. σ ρ = − = 1 1 1 lim ρ ρ ρ δ δ δ δ → − − − = − l l l l 0 1 1 2 1 2 1 1 1 z z z z q A z z A z A z = ÷ − l l = ÷ − δ δ δ δ 1 2 1 2 1 1 ( ) ( ) lim ρ ρ ρ δ δ δ δ →−∞ − − ∞ − = − l l l l 1 1 1 1 2 1 2 1 z z z z 88 Microeconomía avanzada f 1 (θz) ϭθ 0 f 1 (z) ϭf 1 (z) f 2 (θz) ϭθ 0 f 2 (z) ϭf 2 (z) Este resultado indica que la productividad marginal de cada factor permanece constante a lo largo de un radio-vector, es decir, para un método o proceso productivo dado. Nótese que si las productividades marginales toman un valor constante a lo largo de un radio-vector, también el cociente entre esas dos productividades será constante por lo que la RMST es constante a lo largo de un radio-vector, es decir, la función de producción es homotética. b) Si la función de producción es homogénea de grado K 1, entonces las productividades margi- nales de los dos factores son funciones homogéneas de grado K-1. Es decir: f 1 (θz) ϭθ kϪ1 f 1 (z) f 2 (θz) ϭθ kϪ1 f 2 (z) En este caso, la productividad marginal de cada factor ya no permanece constante a lo largo de un radio-vector. No obstante, la función de producción sigue siendo homotética ya que: Suponga una empresa con la siguiente función de producción: Calcule las elasticidades-producto de los dos inputs y comente el tipo de rendimientos a escala que pre- senta la función. Solución La elasticidad-producto de un input i, µ i (porcentaje de respuesta del output respecto a un cambio en un uno por ciento en la cantidad utilizada del input i) se halla mediante la siguiente expresión: Para el caso de la función de producción del enunciado estas elasticidades para los dos inputs son las siguientes: µ θ δ δ ε δ 1 1 1 1 2 2 1 1 = ∂ ∂ =− ÷ − − − − − f z z f z z z ( ) ( ) ( ) ( )( z z − − − − − − − − − ÷ = = ÷ 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 1 z z z z z z ε δ ε δ ε θ δ ). ( ) ( ) zz z f z z f z z 1 2 2 2 2 1 2 2 1 − − − − − = ∂ ∂ =− ÷ δ ε δ ε µ θ ( ) ( ) ( ) z z (( )( ). ( ) ( − ÷ = = ÷ − − − − − − ε θ ε δ ε δ ε z z z z z z 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 −− − − − − δ ε δ ε z z z 2 1 1 2 ) µ i i i f z z f = ∂ ∂ ( ) ( ) z z q f z z z = = ÷ − − − ( ) ( ) , , θ θ δ ε δ ε 1 0 1 2 1 5.3. RMST z f z f z f f RM k k ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) θ θ θ θ θ = = = − − 1 2 1 1 1 2 z z S ST z ( ) f f cte f f 1 2 1 2 ( ) ( ) . ( ) ( z z z z = í ( · · · · 1 ) Pero ) ) , = RMST Tecnología, eficiencia y función de producción 89 El tipo de rendimientos a escala que presenta la función puede conocerse mediante el cálculo de la elasticidad de escala, µ (porcentaje de respuesta del output como consecuencia de una variación en un uno por ciento en todos los inputs): Elasticidad que también puede hallarse a partir de las elasticidades-producto del siguiente modo: En el caso que nos ocupa: Esta función no presenta rendimientos a escala globales, sino locales, es decir, el tipo de rendimien- tos a escala depende del nivel de producción (o de las cantidades utilizadas de factores). Para los valo- res de z 1 y z 2 que conduzcan a que µ valga la unidad, la función de producción presentará en ese tramo de producción rendimientos constantes a escala: (δ ϩε)(1 ϩz 1 Ϫδ z 2 Ϫε ) Ϫ1 z 1 Ϫδ z 2 Ϫε ϭ1; los valores de z 1 y z 2 que conduzcan a que µ sea mayor que la unidad, implican que la función de producción presenta- rá en ese tramo de producción rendimientos crecientes a escala: (δ ϩ ε)(1 ϩ z 1 Ϫδ z 2 Ϫε ) Ϫ1 z 1 Ϫδ z 2 Ϫε Ͼ 1; y finalmente, los valores de z 1 y z 2 que conduzcan a que µ sea menor que la unidad, implican que la fun- ción de producción presentará en ese tramo de producción rendimientos decrecientes a escala: (δ ϩε)(1 ϩz 1 Ϫδ z 2 Ϫε ) Ϫ1 z 1 Ϫδ z 2 Ϫε Ͻ 1. µ µ µ δ ε δ ε δ ε = ÷ = ÷ ÷ − − − − − 1 2 1 2 1 1 2 1 ( )( ) z z z z µ µ = = ∑ i i n 1 µ = = df t dt t f t t ( ) ( ) z z 1 90 Microeconomía avanzada Resumen teórico 6.1. EL PROBLEMA DE LA MINIMIZACIÓN DEL COSTE • En el tema anterior hemos visto cómo, en general, la tecnología permite obtener cada posible can- tidad de output mediante una multiplicidad de procesos, todos ellos técnicamente eficientes. Vere- mos en este tema los criterios que ha de seguir la empresa para seleccionar de entre todos ellos el (los) económicamente eficiente(s). • El problema que vamos a analizar es formalmente equivalente al de minimización del gasto en la teo- ría del consumo, siendo de validez la técnica de las demostraciones allí efectuadas. • Supongamos una empresa que adquiere factores en mercados perfectamente competitivos de facto- res, esto es, a precios dados: donde el precio w k hace referencia al precio del factor • Se denomina isocoste de nivel C 0 al conjunto de todas las combinaciones factoriales que suponen un mismo desembolso para la empresa (de C 0 u.m.); su ecuación sería: • El problema de minimización del coste consiste en encontrar la combinación factorial (z*) que per- mite conseguir el nivel de output q 0 (o más) de la forma más barata posible. Esto es, se trata de encon- C w z w z n n 0 1 1 = ÷ ÷ ≡ ⋅ ... w z z k n k ( , ,..., ). ∀ =1 2 w=( , ,..., ) , w w w n 1 2 0 ≫ Resumen teórico 6.1. El problema de la minimización del coste 6.2. Propiedades de la Función de Costes 6.3. Propiedades de las Funciones de Demanda Condicionadas de los factores 6.4. Los Costes de Corto Plazo Cuestiones y problemas 6 TEMA 6 MINIMIZACIÓN DE COSTES trar de entre todos los procesos técnicamente eficientes que permiten obtener, al menos, el output q 0 el más barato (el económicamente eficiente). • Matemáticamente el problema es el siguiente: RESOLUCIÓN GRÁFICA DEL PROBLEMA La figura representa la resolución gráfica del problema de minimización del coste en el caso de que : • es el sistema de funciones de demanda condicionada de los factores. • Y la función de costes se representa como. . RESOLUCIÓN MATEMÁTICA DEL PROBLEMA Siendo f(z) dos veces continuamente diferenciable y , el problema (1) es equivalente a: Nótese que la restricción siempre se satura pues la función f(z) es continua, monótona y estrictamente creciente. f q ( ) z ≥ 0 min ( , ) ( ) ( ) . . : L z w z z s a z 0 µ µ = ⋅ ÷ − l l ≥ q f 0 2 w 0 ≫ NOTA: la siguiente notación es muy habitual C* ϭ C(w, q) C h q C q * w w w = ⋅ = ( , ) ( , ) 0 0 z h w * = ( , ) q 0 z ∈R 2 min ( ) min ( ) w z z w z z s.a. s.a. ⋅ ∈ ⇔ ⋅ ≥ : : MI q f q 0 0 zz ≥0 1 ( ) 92 Microeconomía avanzada • Las condiciones necesarias de óptimo son: • Las condiciones suficientes exigen que los signos de todos los menores del Hessiano orlado correspondiente sean negativos: • Esta condición equivale a la estricta cuasi-concavidad de la función de producción f (z): Si sustituyendo, según las condiciones necesarias: podemos llegar a que: Lo que implica que los menores alternen el signo comenzando por positivo, siendo el Hessiano Orlado de la función de producción. • La resolución del sistema que forman las condiciones necesarias (3) será: Se trata de un sistema completo de funciones de demanda condicionadas de los factores. Sus propie- dades se formularán después de las correspondientes a la función de costes. 6.2. PROPIEDADES DE LA FUNCIÓN DE COSTES Se trata de la función de valor (mínimo) que obtenemos al sustituir las soluciones del problema ante- rior (es decir, las demandas condicionadas de los factores) en la función objetivo: C q C q * * ( , ) ( , ) ( ) = ⋅ ≡ ⋅ ≡ w z w h w w 0 0 5 z h w * ( , ) ( , , , , ) ( , , , , = ≡ q h w w w q h w w w n n n 0 1 1 2 0 1 2 ⋯ ⋮ ⋯ q q 0 4 ) ( ) í ( · · · · · · · · 1 ) H Hi i n ( , ,..., ) =2 3 Hi ⋯ ⋯ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ = − − ÷ ( *) ( ) µ i i i i i i w w w f f w f 3 1 1 1 11 1 1 1 0 ff ii i í ( · · · · · · · · · · · 1 ) H << = 0 2 3 i n , , , ⋯ f w k k = µ* z* ≫0, Hi ⋯ ⋯ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ = − − − − − − − − 0 1 1 11 1 1 f f f f f f f i i i i µ µ µ * * * µ µ * f ii í ( · · · · · · · · · · · 1 ) <0 i n =2 3 , , , ⋯ δ δ µ µ L L z w f z k k k k k k ≡ )= − ≥ ≥ ∀ = ∗ ( , ( ) , , * * * * z z 0 0 1 2 ⋯⋯, ( ) ( ) * * * n z w f k k k − l l = ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 µ δ z 0 3 LL L δµ µ µ ≡ )= − = ∗ ( , ( ) * z z q f 0 0 Minimización de costes 93 Nos informa sobre el coste mínimo de conseguir, al menos, el nivel de producción q 0 dados unos precios de los factores w. PROPIEDADES DE LA FUNCIÓN DE COSTES 1. Continua en (w, q 0 ). 2. Homogénea de grado uno en w. 3. Estrictamente creciente en q 0 y no decreciente en 4. Cóncava en w. 5. Lema de Shephard: 6.3. PROPIEDADES DE LAS FUNCIONES DE DEMANDA CONDICIONADAS DE LOS FACTORES 1. Continua en (w, q 0 ). 2. Homogénea de grado cero en w. 3. La Matriz de sustitución es semidefinida negativa y simétrica. Dicha matriz se define como: Las demostraciones son idénticas a las efectuadas para la función de gasto y las demandas hick- sianas. 6.4. LOS COSTES DE CORTO PLAZO En los apartados previos hemos obtenido la función de costes bajo el supuesto de que la empresa es capaz de ajustar la totalidad de los factores (largo plazo) con el fin de producir de la forma más bara- ta. No obstante, es posible que en el corto plazo sea imposible ajustar alguno(s) de los factores, ¿cómo de debe comportarse la empresa en este caso? Supongamos una tecnología representable mediante la función de producción el vector de inputs se compone ahora de dos tipos de factores. Parte de ellos (z) son variables y parte fijos. Sean w y , respectivamente, sus vectores de precios. El problema de minimización del coste a corto plazo consiste en: Nótese que se trata de elegir el vector adecuado de factores variables: dado que los fijos, , ya están predeterminados. La función de valor (mínimo) del problema constituye la función de costes totales a corto pla- zo, que es la suma de los costes variables y de los costes fijos: CT q CV q q ( , , , ) ( , , , ) ( , , , ) w w z w w z w z w z w w z w ≡ ÷ ⋅ ≡ ⋅ ÷ ⋅ zz z z* z w w z = ( , , , ), q min . . : ( , ) w z w z z z z ⋅ ÷ ⋅ ≥ ≥ s a f q 0 0 w z f ( , ), z z Σ≡ í ( · · · · · h h h h h h h h h n n n n nn 11 12 1 21 22 2 1 2 ⋯ ⋯ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ ·· · · · · · 1 ) ≡ ∂ ∂ donde: h h q w kl k ( , ) w 0 ll k l C q w w k l n ≡ ∂ ∂ ∂ ∀ = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 2 0 1 2 ( , ) , , , , w … [ ] Σ z h q C q w k k k ∗ = = ∂ ∂ ( , ) ( , ) . w w 0 0 w k k ( ). ∀ 94 Microeconomía avanzada RELACIÓN ENTRE LOS COSTES DE CORTO Y LARGO PLAZO El problema (6) de minimización del coste a corto plazo es idéntico al problema general de largo pla- zo descrito en (1) salvo por el hecho de incorporar una restricción adicional correspondiente a la limi- tación de los factores fijos o tamaño de la planta . Es por ello que los costes de corto asociados a la producción de un cierto nivel de output, cet. par., nunca pueden ser menores que los correspondien- tes costes de largo plazo: la curva de costes de largo plazo es la envolvente de todas las curvas de costes de corto asociadas a los diferentes tamaños de planta. Sea la familia de funciones de coste total de corto plazo aso- ciadas a los diferentes tamaños de planta . Podemos averiguar el tamaño de planta más adecuado, , a cada nivel de producción, q, resol- viendo el siguiente problema de minimización: Este vector de demandas óptimas de factores fijos condicionadas al tamaño de la planta es, formal- mente, idéntico al vector de demandas condicionadas de dichos factores que obtendríamos en un pro- blema en el que todos los inputs fueran variables. La función de valor de este problema es la envolvente de las diferentes familias de funciones de coste de corto plazo, que no es más la función de coste de largo plazo: Cuestiones y problemas Obtenga las funciones de demanda condicionadas de los factores y la función de costes correspondientes a las siguientes tecnologías Cobb-Douglas: Solución a) Para obtener las demandas condicionadas de los factores es preciso resolver un problema de mini- mización de costes, sujeto a la restricción tecnológica y al volumen de output deseado: donde w 1 y w 2 son los precios de los factores productivos. La resolución de este problema de optimización condicionada lleva a un sistema de ecuaciones com- puesto por la condición de primer orden (o de tangencia) y la propia restricción: RMST f f z z w w q z z 1 2 1 2 2 1 1 2 1 1 3 2 1 4 4 3 = = = = ' ! ( ) ( ) / / z z 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 Min w z w z s a q z z 1 1 2 2 1 1 3 2 1 4 ÷ = . . / / a) b) q z z q z z = = 1 1 3 2 1 4 1 1 2 2 1 2 / / / / 6.1. CT q q C q [ , , , ( , , )] ( , , ) w w z w w w w = min ( , , , ) * ( CT q w w z z z , cuya solución es: = q q z ; , ) w z ≥0 z * Z CT q CV q ( , , , ) ( , , , ) w w z w w z w z ≡ ÷ ⋅ Z ( ) Minimización de costes 95 Tras resolver este sistema se obtiene el valor de las dos incógnitas (las cantidades contratadas de factores) en función de los parámetros (w 1 , w 2 y q): Estas funciones que resuelven el sistema son las demandas condicionadas de los factores. También deben cumplirse unas condiciones de segundo orden que exigen que la función de pro- ducción sea cuasicóncava (o, en otras palabras, que las curvas isocuantas sean convexas). En este caso, estamos trabajando con una función de producción Cobb-Douglas por lo que la convexidad de las iso- cuantas está garantizada. La función de costes relaciona el coste mínimo en el que incurre la empresa con la producción y los precios de los factores. Se obtiene del modo siguiente: En nuestro caso: b) El problema de optimización condicionada que hemos de resolver en este apartado es el siguien- te: cuya resolución, siguiendo las indicaciones del apartado anterior, proporciona las siguientes funciones de demanda condicionadas: A partir de estas expresiones, la función de costes es la siguiente: Considere una empresa con comportamiento racional cuya tecnología viene representada por la siguien- te función de producción: . Los precios de los factores productivos son w 1 ϭ 1, w 2 ϭ 4. El actual volumen de producción de esta empresa supone unos costes mínimos de 8 u.m. Calcule dicho volumen de producción. q z z = 1 2 2 2 6.2. C q w w w q w w w ( , ) / / w = l l l l ÷ l l l l 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 q q w w q =2 1 1 2 2 1 2 / / h w w q w w q h w w q w w 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 ( , , ) ( , , ) / = l l l l = 22 1 2 l l l l / q Min w z w z s a q z z 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 ÷ = . . / / C q w w w q w ( , ) / / w = l l l l l l l l l ÷ 1 2 1 1 4 12 7 4 3 22 1 2 1 3 12 7 1 4 7 2 3 4 2 w w q w w l l l l l l l l l / / / ≃ 33 7 12 7 / / q C q w h w w q w h w w q ( , ) ( , , ) ( , , ) w = ÷ 1 1 1 2 2 2 1 2 h w w q w w q 1 1 2 2 1 1 4 12 4 3 ( , , ) / / = l l l l l l l l l 77 2 1 2 1 2 1 3 1 3 4 h w w q w w q ( , , ) / = l l l l l l l l l 22 7 / 96 Microeconomía avanzada Solución Puesto que la empresa es minimizadora de costes, se hallan en primer lugar las demandas condicio- nadas de los factores a partir de las condiciones de primer orden: Cuya resolución produce las siguientes funciones: También deben cumplirse unas condiciones de segundo orden que exigen que la función de pro- ducción sea cuasicóncava (o, en otras palabras, que las curvas isocuantas sean convexas). En este caso, estamos trabajando con una función de producción Cobb-Douglas por lo que la convexidad de las iso- cuantas está garantizada. La función de costes a partir de las demandas condicionadas de factores es la siguiente: De acuerdo con la información del enunciado w 1 ϭ1, w 2 ϭ4 y C(w,q) ϭ8, por lo que sustituyen- do en la función de costes se tiene la producción pedida: Considere la siguiente función de producción correspondiente a una Tecnología de Leontief: donde q es el output y z 1 y z 2 son los inputs. Halle la función de costes correspondiente a esta tecnología y compruebe si cumple las propiedades habituales de las funciones de costes, incluido el Lema de Shep- hard. Solución q z z con R = ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ∈ ÷ min , ; , 1 1 2 2 1 2 α α α α q z z R = ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ∈ ÷ min , ; , 1 1 2 2 1 2 α α α α con 6.3. 8 2 1 4 16 1 2 1 2 1 4 = ⇒ = . . / / / q q C q w h w w q w h w w q C ( , ) ( , , ) ( , , ) ( , w w = ÷ 1 1 1 2 2 2 1 2 qq w w w q w w w ) / / / = l l l l ÷ l l l l 1 2 1 1 2 1 4 2 1 2 1 2 q q w w q 1 4 1 1 2 2 1 2 1 4 2 / / / / = h w w q w w q h w w q 1 1 2 2 1 1 2 1 4 2 1 2 ( , , ) ( , , ) / / = l l l l = ww w q 1 2 1 2 1 4 l l l l / / RMST f f z z w w q z z 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 = = = = ' ! 1 1 1 1 + 1 ( ) ( ) z z 1 1 1 1 Minimización de costes 97 Con una función de producción correspondiente a la Tecnología de Leontief, los factores deben uti- lizarse en proporciones fijas en el equilibrio, es decir: Entonces: Sustituyendo este valor de z 1 en [1] se obtiene el valor de z 2 : La función de costes se obtiene a partir de estas demandas: C(w,q) ϭw 1 h 1 (w,q) ϩw 2 h 2 (w,q) ϭ(w 1 α 1 ϩ w 2 α 2 )q Se verifican a continuación las propiedades de esta función de costes: a) No decreciente en w: b) Homogénea de grado 1 en w: c) Cóncava en w: d) Estrictamente creciente en q: e) Continua: se verifica pues C(w,q) es una función lineal. f) C(w,0) ϭ0: g) Lema de Shephard: ∂ ∂ = C q w q ( , ) w 1 1 α que coincide con la demanda condiciionada del factor hallada previamente, co- mo z 1 qqueríamos demostrar. C w w ( , ) ( ). w 0 0 0 1 1 2 2 = ÷ = α α ∂ ∂ = ÷ C q w w α α 1 1 2 2 0 ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ l l 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 C w C w w C w w C w l l l l l l l l = l l l l ⇒ 0 0 0 0 Se verifica C q w w q w w q C ( , ) ( ) ( ) ( , θ α θ α θ θ α α θ w w = ÷ = ÷ = 1 1 2 2 1 1 2 2 q q) ∂ ∂ = ≥ ∂ ∂ = ≥ C q w q C q w q ( , ) ( , ) w w 1 1 2 2 0 0 α α h q q la demanda condicionada del fac 2 2 ( , ) w =α que es ttor 2 q z z z z = ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ' min , min , 1 1 2 2 1 1 1 1 α α α α = !! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ = = que es z h q q la dem 1 1 1 1 α α ( , ) w a anda condicionada del factor 1 z z 1 1 2 2 1 α α = [ ] 98 Microeconomía avanzada Razone si la siguiente función puede ser una verdadera función de costes: Solución Para verificar si se trata de una verdadera función de costes, se comprueba si cumple las propiedades de tales funciones. Comprobamos si es homogénea de grado 1 en w: Se trata, pues, de una función homogénea de grado 2 en w, por lo que no puede tratarse de una ver- dadera función de costes. ¿Cuál debería ser el valor de los parámetros a y b en la siguiente expresión? Donde q es el output. Solución Recordemos que una de las propiedades que debe cumplir una función de costes C(w,q) es la de ser homogénea de grado uno en los precios de los factores (w). Teniendo este hecho en cuenta y aplican- do el Teorema de Euler para las funciones homogéneas se tiene: Expresión que también puede escribirse del siguiente modo: Si se compara esta expresión con la que proporciona el enunciado, ya se pueden conocer los valo- res de los parámetros a y b: a ؍0; b ؍1 ∂ ∂ ⋅ = = ∑ C q w w C q i i i n ( , ) ( , ) w w 1 ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ ÷ ÷ ∂ ∂ = C q w w C q w w C q w w C n n ( , ) ( , ) ( , ) w w w 1 1 2 2 …… (( , ) w q ∂ ∂ ⋅ ÷ ∂ ∂ ⋅ = ⋅ = ∑ C q w w C q q a b C q i i i n ( , ) ( , ) ( , ) w w w 1 6.5. C q w w q w w q ( , ) ( ) ( ) ( ) / / θ θ θ θ w = = 4 4 1 2 2 2 1 4 2 1 2 2 2 1 4 C q w w q ( , ) / w =4 1 2 2 2 1 4 6.4. que coinci ∂ ∂ = C q w q ( , ) w 2 2 α dde con la demanda condicionada del factor halla z 2 d da previamente, co- mo queríamos demostrar. Minimización de costes 99 Las funciones de demanda condicionadas de los factores de una empresa para un nivel de output dado q 0 responden a las siguientes expresiones: Determine el valor de las constantes reales: α, β y γ. Solución Recordemos que una de las propiedades que deben cumplir las funciones de demanda condicionadas es la de ser homogéneas de grado 0 en los precios de los factores (w). En consecuencia, debe ocurrir lo siguiente: Desarrollando la expresión [2] de acuerdo con la función que proporciona el enunciado: Por otro lado: Teniendo en cuenta que por la homogeneidad [4] y [5] deben ser iguales, se tiene: Desarrollando ahora la expresión [3] de acuerdo con la función que proporciona el enunciado: Por otro lado: Teniendo en cuenta que por la homogeneidad [6] y [7] deben ser iguales, se tiene: Aún falta por hallar el valor del parámetro β. Para ello se aplica otra de las propiedades que deben cumplir las funciones de demanda condicionadas: la simetría; es decir: ∂ ∂ = ∂ ∂ h q w h q w 1 2 2 1 ( , ) ( , ) w w q w w q w w 0 1 2 1 1 2 2 0 1 1 2 2 ÷ = ÷ ÷ θ β β θ γ γ γ γ / / por lo que ÷÷ = ⇒ ÷ = =− 1 2 1 1 2 0 1 2 / / , / . γ γ lo que lleva a h w w q q w w 2 1 2 0 0 1 1 2 2 7 ( , , ) [ ] / = ÷β γ h w w q q w w q 2 1 2 0 0 1 1 2 2 0 1 2 ( , , ) ( ) ( ) / / θ θ β θ θ θ γ γ = ÷ = ÷ ÷ 6] β γ w w 1 1 2 2 / [ por lo que lo que lleva a θ α α− = ⇒ − = 1 2 1 1 2 0, αα =1 2 / . q w w q w w 0 1 2 1 1 2 2 0 1 1 2 2 3 3 ÷ = ÷ − − − θ α α α / / h w w q q w w 1 1 2 0 0 1 1 2 2 3 5 ( , , ) [ ] / = ÷ − α h w w q q w w q 1 1 2 0 0 1 1 2 2 0 1 3 ( , , ) ( ) ( ) / θ θ θ θ θ α α = ÷ = ÷ − − // / [ ] 2 1 1 2 2 3 4 w w − α h w w q h w w q h w 1 1 2 0 1 1 2 0 2 1 2 ( , , ) ( , , ) [ ] ( , θ θ θ θ = ww q h w w q 2 0 2 1 2 0 3 , ) ( , , ) [ ] = h w w q q w w h w w q q 1 1 2 0 0 1 1 2 2 2 1 2 0 0 3 ( , , ) ( , , ) / = ÷ = ÷ − α β ww w 1 1 2 2 / γ 6.6. 100 Microeconomía avanzada Calculamos estas derivadas teniendo en cuenta los valores hallados anteriormente para α y γ: Puesto que, por simetría, ambas derivadas deben ser iguales, se deduce inmediatamente que Considere las siguientes funciones de producción de una empresa: Halle las funciones de costes correspondientes. Solución Se trata de una Tecnología de Leontief por lo que la contratación óptima de factores productivos ocurre cuando se da la siguiente igualdad, de modo que no existe despilfarro de recursos: Teniendo este resultado en cuenta y sustituyendo en la función de producción: que son las demandas condicionadas de factores. Entonces la función de costes es: Se trata de una función de producción correspondiente a factores sustitutivos perfectos cuya rela- ción de sustitución es de una unidad del factor z i por una unidad del factor . En consecuencia, en el óptimo sólo se adquiere el factor de menor precio, por lo que las demandas condicionadas de factores para un nivel de producción q son las siguientes: w w w h q j i q i n j = ¦ ¦ ⇒ = ∀ ≠ min ,...., ( , ) 1 0 w Entonces: == = ⇒ = = ∑ z h q h q q i i n i i 1 ( , ) ( , ) w w z i j j , , . ∀ b) q z i i n = = ∑ 1 C q w h q w c q q w c i i i i i i ( , ) ( , ) w w = = = Σ Σ Σ q z c z c z c h q c q i i i i i i i i = = = min { / ,....., / } / ( , ) w i n =1,....., z c z c i j n i i j j / / , , ..., = = … 1 a) q z c z c c i n n i = … = … min { / , ., / } ; , .., 1 1 0 1 n n a) q z c z c c i n n i = … = … min { / , ., / } ; , .., 1 1 0 1 n n q z i i n ; b) = = ∑ 1 6.7. β =3 . h w w q q w w h w w q 1 1 2 0 0 1 1 2 2 1 2 2 1 2 0 3 ( , , ) ( , , ) / / = ÷ − == ÷ ∂ = − − − q w w h q w w w 0 1 1 2 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 3 1 2 β δ / / / / ( , ) w 22 2 1 1 1 2 2 1 2 1 2 ( , ) / / ∂ = − − h q w w w w δ β Minimización de costes 101 La función de costes que se deduce de estas demandas es: Considere la siguiente función de producción: Suponga que los factores z 2 y z 3 son fijos a corto plazo. Obtenga la función de costes de largo plazo por el método de la envolvente. Solución Dado que los factores 2 y 3 son fijos a corto plazo, supondremos que y que por lo que la función de producción a corto plazo adoptará la expresión: , siendo 1 el único factor varia- ble. La demanda condicionada a corto plazo del factor variable puede obtenerse invirtiendo la función de producción a corto plazo: Y la familia de funciones de costes de corto plazo será: La envolvente de la anterior familia constituirá la función de costes de largo plazo. Para ello mini- mizamos la anterior expresión en los factores fijos 2 y 3. Cuyas condiciones necesarias son: Puede comprobarse que se satisfacen las condiciones suficientes de óptimo. Despejando en el anterior sistema de ecuaciones obtenemos las demandas óptimas de factores fijos condicionadas al tamaño de la planta: z w w w q z w w w q 2 1 3 2 2 1 3 3 1 2 3 2 * * = í ( · · · · 1 ) = í ( · ; ·· · · 1 ) 1 3 ∂ ∂ = − ÷ = ∂ CT q z z z w z z z w CT q z ( , ; , ) ( , ; w w 2 3 2 1 2 2 2 3 3 2 0 22 3 3 1 2 2 3 2 2 3 0 , ) z z w z z z w ∂ = − ÷ = min ( , ; , ) " , " CT q z z w q z z w z w z z z w 2 3 1 2 3 2 2 3 3 2 3 = ÷ ÷ CT q z z w z q z z w z w z w q z ( , ; , ) ( ; , ) w 2 3 1 1 2 3 2 2 3 3 1 2 = ÷ ÷ = zz w z w z 3 2 2 3 3 ÷ ÷ z q z z q z z 1 2 3 2 3 ( ; , ) = q z z z = 1 2 3 z z 3 3 = , z z 2 2 = q z z z = 1 2 3 6.8. C q w h q w h q w q w i i i i i ( , ) ( , ) ( , ) min{ , ., w w w = = = = … Σ 1 w q n } 102 Microeconomía avanzada Sustituyéndolas en la función objetivo que hemos minimizado obtenemos la función de valor mínimo del problema que es, precisamente, la función de costes de largo plazo: CT q z z w q w w w q w ( , ; , ) w * * 2 3 1 1 3 2 2 1 3 = í ( · · · · 1 ) 11 2 3 2 1 3 2 1 3 2 2 w w q w w w w q í ( · · · · 1 ) ÷ í ( · · · · 1 ) ÷ í ( · · · · 1 ) = = 1 3 3 1 2 3 2 1 3 1 2 3 3 w w w w q w w w ( qq C q ) ( , ) 1 3 = w Minimización de costes 103 Resumen teórico 7.1. EL PROBLEMA DE LA MAXIMIZACIÓN DEL BENEFICIO EN LOS MERCADOS PERFECTAMENTE COMPETITIVOS DE BIENES Y FACTORES Vamos a considerar que el objetivo final de la empresa es la maximización de sus beneficios, esto es: La estructura de ingresos de la empresa corresponde a la de un mercado perfectamente competi- tivo de bienes, esto es, consideraremos que vende su output (q) a un precio paramétrico p Ͼ0. Por lo tanto, la función de ingresos será: I ϭ p · q Vamos a resolver el problema de maximización del beneficio de dos formas alternativas y equiva- lentes. En la primera, en dos etapas, aprovecharemos la función de costes obtenida en el tema ante- rior. En la segunda, resolveremos el problema directamente en una etapa. máx ( ) Beneficio ( ) Ingresos ( ) Costes B I C ≡ − Resumen teórico 7.1. El problema de la maximización del beneficio en los mer- cados perfectamente competitivos de bienes y factores 7.2. Propiedades de la función de beneficio 7.3. Propiedades de la oferta de output/demandas de imput 7.4. Dualidad en la producción Cuestiones y problemas 7 TEMA 7 MAXIMIZACIÓN DEL BENEFICIO, FUNCIÓN DE BENEFICIOS Y DUALIDAD EN LA PRODUCCIÓN RESOLUCIÓN EN DOS ETAPAS Se trata de encontrar el nivel de output (q) tal que: • Primera etapa: obtenemos la forma más barata de producir cada posible nivel de output, esto es, la función de costes C(w, q). De esta forma, se pone de manifiesto la necesidad de eficien- cia para la maximización del beneficio. • Segunda etapa: obtenemos el nivel de output óptimo (q*), tal que maximice la diferencia entre ingresos y costes, esto es, resolvemos efectivamente el problema (1): Condiciones necesarias: Condiciones suficientes: Soluciones: • Función de oferta de output: q* ϭ q(p, w) • Función de (máximo) beneficio: RESOLUCIÓN EN UNA ETAPA Una segunda alternativa, equivalente a la anterior, consiste en resolver el problema en una única eta- pa, eligiendo el vector de inputs (z*) que resuelve directamente el siguiente programa: Dado que f(z) es monótona y estrictamente creciente, el problema anterior es equivalente a: Condiciones necesarias: Condiciones suficientes: que la Matriz Hessiana (H) sea SDN: Para que H sea SDN (dado que p Ͼ 0) es necesario que F lo sea, esto es, que la función de pro- ducción sea cóncava. H z* z* = ∂ ∂ ∂ í ( · · · · 1 ) ≡ ∂ ∂ ∀ 2 B z z p f z k l k l k ( ) ( ) , ll k l kl k l n n p f p f f í ( · · · · 1 ) ≡( ) ≡ ∀ ∀ , , 11 1 ⋯ ⋮ ⋱ ⋮ ff f n nn 1 ⋯ í ( · · · · · · · · 1 ) F ∂ ∂ = ⋅ − ≤ ⋅ ⋅ − ≥ B z p f w z z p f w k k k k k k ( ) ( ) ; ( ) ; z z* * * z* 0 0 kk k n l l = ∀ = 0 1 2 , ,..., max ( ) ( ) ( ) . .: B p f s a z z w z z 0 ≡ ⋅ − ⋅ ≥ 3 max ( , ) . .: ( ) B q p q s a f q z w z z ≡ ⋅ − ⋅ ≥ ( ) 2 z 0 ≥ B p q C q p q p C q p p * * w * w w w w = ⋅ − = ⋅ − = ( , ) ( , ) [ , ( , )] ( , ) Π d B q dq C q q C q q C 2 2 2 2 2 2 0 0 ( ) ( , ) ( , ) ( =− ∂ ∂ ≤ ⇒ ∂ ∂ ≥ ⇒ w * w * ww * , ) q q convexa en ' ! 1 1 + 1 1 dB q dq p C q q q q p C q q ( ) ( , ) ; . ( , ) ; = − ∂ ∂ ≤ − ∂ ∂ ≥ w * * * w * 0 0 l l l l =0 max ( ) ( , ) ( ) . . : B q p q C q s a q ≡ ⋅ − ≥ w 0 1 106 Microeconomía avanzada Solución: • Funciones de demanda (no condicionadas) de inputs: z* ϭ z(p, w) • Función de oferta de output: q* ϭ f (z*) ϭf [z(p, w)] ϭ q(p, w) • Función de (máximo) beneficio: 7.2. PROPIEDADES DE LA FUNCIÓN DE BENEFICIO 1. Continua en (p, w). 2. Homogénea de grado uno en los precios (p, w). 3. No-decreciente en p y no-creciente en w k (᭙k). 4. Convexa en precios (p, w). 5. Lema de Hotelling: 7.3. PROPIEDADES DE LA OFERTA DE OUTPUT / DEMANDAS DE INPUT 1. Continuas en precios (p, w) 2. Homogéneas de grado cero en precios (p, w) 3. La Matriz de Sustitución de la función de beneficios (⌶) es SDP y simétrica En concreto: 3.1. Semidefinida positiva: dado que se trata de la matriz Hessiana de la función de beneficios y ésta es convexa en el vector de los precios (p, w). Una implicación es que los elementos de su diagonal principal son no-negativos, esto es: i ( , ) ∂ ∂ ≥ ⇒ q p p w 0 Curva de Oferta de output no o-decreciente Curvas de D i ( , ) ∂ ∂ ≤ ⇒ z p w k k w 0 e emanda de inputs no-crecientes Ξ Π Π Π Π Π ≡ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ 2 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 p p w p w w p w n ⋯ ⋯ Π Π Π Π Π ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ í ( · · · · w w w p w w w n n n n 1 2 2 1 2 2 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 ) = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ q p q w q w z p z w z n 1 1 1 1 ⋯ ⋯ 11 1 ∗ ∗ ∗ ∗ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ − ∂ ∂ í ( · · · · · · · w z p z w z w n n n n n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋯ ·· · · · · · · · · · · · · · ·· 1 ) q p q p p p ( , ) ( , ); ( , ) ( , ) θ θ θ θ θ w w z w z w = = con >0 ∂ ∂ = − ∂ ∂ = Π Π ( , ) ; ( , ) p p q p w z k k w * w * Π Π ( , ) ( , ) θ θ θ θ p p w w = ⋅ con >0 B p q p q p p p * * w z* w w z w w = ⋅ − ⋅ = ⋅ − ⋅ = ( , ) ( , ) ( , ) ( ) Π 4 Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 107 3.2. Simétrica: se trata de una aplicación del Teorema de Schwartz (o Young) a la función de bene- ficios: Dos implicaciones de interés: La primera de estas condiciones pone de manifiesto la simetría en precios de los factores de las demandas de los inputs. La segunda condición, nos informa del comportamiento simétrico (pero opuesto) de la oferta de ouput y cada una de las demandas de input. 7.4. DUALIDAD EN LA PRODUCCIÓN Al igual que hicimos en la teoría del consumo, vamos a establecer una serie de resultados que nos per- mitirán obtener toda función de comportamiento obtenida en la teoría de la producción a partir de cual- quiera otra. El siguiente cuadro resume los principales resultados. Cuadro resumen del problema de la empresa DUALIDAD ENTRE LA FUNCIÓN COSTES Y LA FUNCIÓN DE PRODUCCIÓN Si disponemos de la función de costes C(w, q) es posible recuperar la función de producción siguien- do un procedimiento análogo al utilizado en la teoría del consumo: C C q C C q C * ( , ) *) * ( , ) = → ≡ → = w w (Invirtiendo y 0 0 ϕ i ; ∂ ∂ =− ∂ ∂ ∂ =− ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ z w w w w w z w k l k l l k l k 2 2 Π Π ; ∀ ≠ ∂ ∂ =− ∂ ∂ ∂ =− ∂ ∂ ∂ =− ∂ ∂ k l q w p w w p z p k k k k i 2 2 Π Π ∀k 108 Microeconomía avanzada La función q* ϭϕ(w, C 0 ) nos informa sobre el máximo output que es posible producir dados los precios de los factores y un nivel de coste C 0 . A partir de ella puede recuperarse la tecnología origi- nal mediante el siguiente programa: DUALIDAD ENTRE LA FUNCIÓN DE BENEFICIO Y LA DE PRODUCCIÓN El procedimiento práctico consiste en: Cuestiones y problemas Represente gráficamente las siguientes funciones de producción y calcule, en cada caso, las funciones de demanda de input, de oferta de output y de beneficio. a) b) Solución a) La representación gráfica de esta función de producción es la siguiente: Gráfico 7.1.a Para hallar la decisión óptima de la empresa respecto al output y los inputs, debe maximizarse el beneficio y se utiliza el método de resolución en una etapa: donde p es el precio del output y w el precio del input. Max B p z w z = − . . q z q z , , = ∈ ÷ R q z q z ln( ), , = ÷ ∈ ÷ R 1 q z q z , , = ∈ ÷ R 7.1. Π Π [ , ] ( , ( , ( , p p w z z p z k k k k k w ) ) = ) →− ∂ ∂ = = → w w * 1 ω ω ** z w * w z = ∂ ∂ = = → = ω k p p q q p q f q ( ) ( , ( , ( , ( ) [ Π ) ) = ) 1 1 ω ,, ( )] ω z f C s a C ( ) min ( , ) . . : z w wz = ≥ ϕ 0 0 Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 109 La condición de primer orden requiere: que es la demanda del input. Nótese que este mismo resultado podría haberse obtenido igualando el valor de la productividad marginal del factor con su precio (w). La condición de segundo orden para la maximización requiere que la derivada segunda del bene- ficio sea negativa: Se cumple, por tanto, la condición de segundo orden. La oferta de output se obtiene sustituyendo la demanda del factor en la función de producción: A partir de las funciones de oferta de output y de demanda del factor se obtiene la función de bene- ficios: b) La representación gráfica de esta función de producción es la siguiente: Gráfico 7.1.b Para hallar la decisión óptima de la empresa respecto al output y los inputs, debe maximizarse el beneficio y se utiliza el método de resolución en una etapa: La condición de primer orden requiere: Para que esta función esté bien definida es preciso que p Նw, por lo que la demanda del input es la siguiente: z w P p w p w p w ( , ) = − ≥ < ' ! 1 1 1 + 1 1 1 1 0 ∂ ∂ = ÷ − = ⇒ = − B z p z w z w p p w . ( , ) 1 1 0 1 Max B p z w z = ÷ − ln( ) . 1 q z q z ln( ), , = ÷ ∈ ÷ 1 R Π( , ) ( , ) ( , ) w p p q w p wz w p p p w w p w p w = ⋅ − = − = 2 4 4 2 2 2 q w p z p w p w ( , ) / = = l l l l = 2 2 1 2 4 2 ∂ ∂ = − í ( · · ·· 1 ) < − 2 2 3 2 1 2 1 2 0 B z p z . p z . 1 2 1 2 − í ( · · ·· 1 ) ∂ ∂ = − = ⇒ = − B z p z w z w p p w . ( , ) 1 2 0 4 1 2 2 2 110 Microeconomía avanzada La condición de segundo orden para la maximización requiere que la derivada segunda del bene- ficio sea negativa: Se cumple, por tanto, la condición de segundo orden. La oferta de output se obtiene sustituyendo la demanda del factor en la función de producción: A partir de las funciones de oferta de output y de demanda del factor se obtiene la función de bene- ficios: Obtenga las demandas factoriales, la oferta de output y la función de beneficios correspondientes a las siguientes tecnologías Cobb-Douglas: a) q ϭ z 1 1/3 z 2 1/4 b) q ϭ z 1 1/2 z 2 1/2 Solución a) q ϭ z 1 1/3 z 2 1/4 El cálculo de las demandas de factores requiere la resolución de un problema de maximización del beneficio por parte de la empresa. Se va a seguir el método de resolución en dos etapas puesto que en el Ejercicio 6.1 se ha hallado ya la función de costes correspondiente a esta función de producción. Utilizando tal información, se tiene que la expresión del beneficio que ha de maximizarse es la siguiente: Max B(q) ϭ p.q Ϫ C(w,q) ϭp.q Ϫ 2w 1 4/7 w 2 3/7 q 1 12/7 Aplicando las condiciones de primer orden: Comprobamos la condición de segundo orden: Despejando q de la expresión correspondiente a la condición de primer orden, se obtiene la fun- ción de oferta del output: q w w p p w w ( , , ) / / / 1 2 1 4 7 2 3 7 7 5 24 7 = l l l l l l ∂ ∂ =− < − 2 2 1 4 7 2 3 7 2 7 24 7 5 7 0 B q q w w q ( ) / / / ∂ ∂ = − = B q q p w w q ( ) / / / 24 7 0 1 4 7 2 3 7 5 7 7.2. Π( , ) ( , ) ( , ) ln w p pq w p wz w p p p w w p w = − = − − í ( · · ·· 1 ) 1 = − ÷ p p w p w ln q w p z p w p w p w ( , ) ln( ) ln ln ; = ÷ = ÷ − l l l l = ≥ 1 1 1 ∂ ∂ =− ÷ < 2 2 2 1 1 0 B z p z . ( ) Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 111 Sustituyendo esta expresión en las demandas condicionadas de factores halladas en el Ejercicio 6.1, se obtienen las demandas factoriales: La función de beneficios Π(p,w) se obtiene a partir de la función de oferta y las demandas facto- riales que acaban de hallarse: b) q ϭ z 1 1/2 z 2 1/2 Se va a utilizar también el método de resolución en dos etapas puesto que en el Ejercicio 6.1 se ha hallado ya la función de costes correspondiente a esta función de producción. Utilizando tal informa- ción, se tiene que la expresión del beneficio que ha de maximizarse es la siguiente: Max B(q) ϭ p.q Ϫ C(w,q) ϭp.q Ϫ 2w 1 1/2 w 2 1/2 q Aplicando las condiciones de primer orden: No se obtiene en este caso una función de oferta del output del tipo q ϭq(w,p), sino una curva de oferta perfectamente elástica, que coincide con los costes marginales a largo plazo y los costes medios a largo plazo: Gráfico 7.2.b Este resultado obedece a que la función de producción del enunciado presenta rendimientos cons- tantes a escala, por lo que el volumen de producción maximizador del beneficio está indeterminado. En consecuencia, tampoco pueden determinarse unas demandas factoriales. ∂ ∂ = − = = B q q p w w p w w ( ) / / / / 2 0 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 Π( , , ) . ( , , ) ( , , ) ( w w p p q w w p w z w w p w z 1 2 1 2 1 1 1 2 2 2 = − − ww w p p p w w 1 2 1 4 7 2 3 7 7 5 24 7 , , ) . / / / = = l l l l l l −ww w w p w w 1 2 1 3 7 1 4 7 2 3 7 4 3 24 7 l l l l l l l / / / l l l l − l l l l 12 5 2 1 2 4 7 1 4 7 2 3 7 3 4 24 7 / / / / w w w p w w l l l l l l 12 5 / z w w p w w q w w p 1 1 2 2 1 1 4 1 2 4 3 ( , , ) ( , , ) / = l l l l l l l l l = l l l l 12 7 2 1 3 7 1 4 7 2 3 7 4 3 24 7 / / / / w w p w w l l l l l l l = l l 12 5 2 1 2 1 2 3 4 / ( , , ) z w w p w w l l l l l l l l = l l 1 3 1 2 12 7 1 2 3 4 / / ( , , ) q w w p w w l l l l l l l l l l 4 7 1 4 7 2 3 7 12 5 24 7 / / / / p w w 112 Microeconomía avanzada Nótese que para el valor del precio p ϭ2w 1 1/2 w 2 1/2 , el beneficio que obtiene la empresa es nulo, como cabía esperar, ya que ese beneficio nulo es el único compatible con una situación de equilibrio a lar- go plazo cuando existen rendimientos constantes de escala: Obtenga las funciones de demanda condicionadas de factores, la función de costes, las demandas facto- riales, la oferta de output y la función de beneficios correspondientes a la siguiente tecnología: q ϭ z 1 α z 2 β con α, β Ն 0 Solución Se trata de nuevo de una Tecnología Cobb-Douglas. En primer lugar, se calculan las demandas con- dicionadas tras la resolución de un problema de minimización de costes: Tras resolver este sistema se obtiene el valor de las dos incógnitas (z 1 y z 2 ) en función de los pará- metros (w 1 ,w 2 ,q), es decir, las demandas condicionadas de factores: La convexidad de las isocuantas está garantizada al tratarse de una Tecnología Cobb-Douglas, es decir, se cumplen las condiciones de segundo orden. En segundo lugar, se obtiene la función de costes: C(w,q) = w 1 h 1 (w 1 ,w 2 ,q) ϩ w 2 h 2 (w 1 ,w 2 ,q) Es decir: Haciendo esta expresión se convierte en: Llamando K a la constante del corchete, la función de costes resultante es la siguiente: En tercer lugar, el cálculo de las demandas de factores y de la función de oferta requiere la reso- lución de un problema de maximización del beneficio por parte de la empresa. Utilizando la informa- C q Kq w w ( , ) w = ÷ − 1 1 1 2 α β θ θ K = í ( · · ·· 1 ) ÷ í ( · · ·· 1 ) l l l − α β β α θ θ 1 l l l , C q ( , ) w = í ( · · ·· 1 ) ÷ í ( · · ·· 1 ) − α β β α θ θ 1 l l l l l ÷ − q w w 1 1 1 2 α β θ θ θ β α β = ÷ C q w w w q w w ( , ) /( ) /( ) w = l l l l ÷ ÷ ÷ 1 2 1 1 2 α β β β α β α β 11 2 1 α α α β α β w q l l l l ÷ ÷ /( ) /( ) h w w q w w q h 1 1 2 2 1 1 2 ( , , ) /( ) /( ) = l l l l ÷ ÷ α β β α β α β (( , , ) /( ) /( ) w w q w w q 1 2 1 2 1 = l l l l ÷ ÷ β α α α β α β RMST f f z z w w q z z 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 = = = = ' ! 1 1 1 1 ( ) ( ) z z α β α β + + 1 1 1 1 7.3. B= = − = p q C q w w q w w q . – ( , ) . / / / / w 2 2 0 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 113 ción que proporciona la función de costes, se tiene que la expresión del beneficio que ha de maximi- zarse es la siguiente: Aplicando las condiciones de primer orden: El cumplimiento de las condiciones de segundo orden exige que la segunda derivada del benefi- cio sea negativa: Para que esta condición se cumpla es necesario que es decir, la función de producción ha de presentar rendimientos decrecientes a escala. Sólo en este caso es posible encontrar unas demandas de factores maximizadoras del beneficio y una función de oferta del output no decreciente en el precio del producto. En efecto, despejando de la expresión correspon- diente a las condiciones de primer orden [1] se obtiene la oferta del output: Sustituyendo esta expresión en las demandas condicionadas de factores halladas anteriormente, se obtienen las demandas factoriales: Por último, la función de beneficios Π(p,w) se obtiene a partir de la función de oferta y las deman- das factoriales que acaban de hallarse: Considere la siguiente función de producción: Donde q es el output y z 1 y z 2 los dos únicos factores productivos: q z z = ¦ ¦ min , , 1 2 0 α β α β con 7.4. Π( , ) . w p p K p w w w w = ÷ l l l l − − ÷ − − α β α θ θ α β α β 1 1 2 1 1 22 1 1 1 2 1 1 β α β β α β θ θ w K p w w l l l l ÷ l l l l ÷ − /( ) − − − ÷ − − − l l l l ÷ α β α α β θ θ β α α β w w w K p w w 2 1 2 1 1 2 /( ) l l l l − − 1 1 α β z p w w K p w w 1 2 1 1 1 2 ( , ) /( ) w = l l l l ÷ ÷ − α β α β β α β θ θ l l l l = l l l l − − ÷ 1 1 2 1 2 α β α α β β α z p w w ( , ) /( ) w αα β θ θ α β ÷ l l l l − − − K p w w 1 1 2 1 1 q p K p w w ( , ) w = ÷ l l l l − ÷ − − α β θ θ α β α β 1 1 2 1 1 1 0 1 α β α β ÷ − ⇒ ÷ < ∂ ∂ =− ÷ − í ( · · ·· 1 ) ÷ ÷ − 2 2 1 2 1 1 1 1 B q q q K w ( ) α β α β α β 11 2 0 − < θ θ w ∂ ∂ = − ÷ = − ÷ − B q q p K w w q ( ) [ ] 1 0 1 1 1 2 1 1 α β θ θ α β Max B( ) . – ( , ) . q p q C q p q Kq w w = = − ÷ − w 1 1 1 2 α β θ θ 114 Microeconomía avanzada a) Calcule las demandas condicionadas y la función de costes. b) Suponga que la empresa vende el output al precio fijo «p», ¿para qué valores de los parámetros α y β se verifican las condiciones de segundo orden (suficientes) para la maximización del beneficio? c) Suponga que α ϭ1. Calcule la expresión de la función de oferta del output y de la función de bene- ficios. Solución a) Esta función de producción corresponde a una Tecnología de Leontief por lo que las cantidades ópti- mas de factores deben verificar: Entonces: Sustituyendo este valor de z 1 en [2] se obtiene el valor de z 2 : La función de costes se obtiene a partir de estas demandas: b) De acuerdo con la función de costes hallada en el apartado anterior, el máximo beneficio de la empresa se halla a partir de la siguiente expresión: Condición de primer orden: Condición de segundo orden: Para que esta segunda derivada sea negativa es necesario que es decir: La condición de segundo orden se verifica, además, para cualquier valor del parámetro β. c) Si α ϭ 1 no se verifica la condición hallada en el apartado anterior para el cumplimiento de las condiciones de segundo orden. Veamos qué sucede entonces. En primer lugar, se hallan las demandas condicionadas de factores a partir de la función de pro- ducción obtenida con α ϭ 1: q z z = ¦ ¦ min , 1 2 0 β β con α <1. 1 1 0 α − í ( · · ·· 1 ) , ∂ ∂ = − í ( · · ·· 1 ) − í ( · · ·· 1 ) 2 2 1 1 1 1 B q q w ( ) α α q q 1 2 0 α − < ∂ ∂ = − − = − B q q p w q w ( ) 1 1 1 2 1 0 α β α Max B q p q C q p q w q w q ( ) . ( , ) . / = − = − − w 1 1 2 α β C q w h q w h q w q w q ( , ) ( , ) ( , ) / w w w = ÷ = ÷ 1 1 2 2 1 1 2 α β h q q la demanda condicionada del fact 2 ( , ) w = β que es o or 2 q z z z z z h q q = ¦ ¦ = ¦ ¦ = ⇒ = min , min , ( , ) / 1 2 1 1 1 1 1 α α α α β w αα que es la demanda condicionada del factor 1 z z 1 2 2 α β = ( ) q z z min , , = ¦ ¦ 0 1 2 α β α β con Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 115 Las cantidades óptimas de factores deben verificar: Entonces: Sustituyendo este valor de z 1 en [3] se obtiene el valor de z 2 : La función de costes se obtiene a partir de estas demandas: El máximo beneficio de la empresa se halla a partir de la siguiente expresión: Condición de primer orden: Se obtiene un resultado similar al del apartado b del Ejercicio 7.2. Es decir, se obtiene una curva de oferta perfectamente elástica, de modo que no pueden determinarse las demandas de factores. Este resultado obedece a que con un valor de α ϭ1, la función de producción presenta rendimientos cons- tantes a escala (lo cual se comprueba fácilmente verificando que esa función de producción es homo- génea de grado 1). Nótese que para el valor del precio el beneficio que obtiene la empresa es nulo, como cabía esperar: La siguiente función de beneficios se ha obtenido a partir de una tecnología en la que se produce el out- put con un único factor variable: Π(p, w) ϭ p 2 w α Donde p es el precio del output, w es el precio del input y α es un parámetro. a) Obtenga el valor de α para que se trate de una verdadera función de beneficios y compruebe que cum- ple todas las propiedades de dichas funciones. b) Obtenga las funciones de oferta de output y de demanda de input. Solución a) Π(p, w) ϭ p 2 w α Para que esta expresión sea una verdadera función de beneficios se precisa que sea homogénea de grado 1 en (p,w): Π(θp, θw) ϭ θ Π(p,w) 7.5. B q p q C q w w q w q w ( ) . ( , ) = − = ÷ í ( · · · · 1 ) − − w 1 2 1 β 22 0 q β = p w w = ÷ 1 2 β , ∂ ∂ = − − = ⇒ = ÷ B q q p w w p w w ( ) 1 2 1 2 0 β β Max B q p q C q p q w q w q ( ) . ( , ) . = − = − − w 1 2 β C q w h q w h q w q w q ( , ) ( , ) ( , ) w w w = ÷ = ÷ 1 1 2 2 1 2 β h q q la demanda condicionada del fac 2 ( , ) ; w = β que es ttor 2 q z z z z z h q q = ¦ ¦ = ¦ ¦ = ⇒ = min , min , ( , ) ; 1 2 1 1 1 1 β w que es l la r 1 demanda condicionada del facto z z 1 2 3 = β ( ) 116 Microeconomía avanzada Desarrollando esta expresión de acuerdo con la función que proporciona el enunciado: Π(θp ,θw) ϭ (θp) 2 (θw) α ϭ θ 2ϩα p 2 w α (4) Por otro lado: Teniendo en cuenta que, por la propiedad de homogeneidad, las expresiones [4] y [5] deben ser igua- les: θ 2ϩα p 2 w α ϭ θ p 2 w α por lo que En consecuencia, la función de beneficios que se obtiene a partir de la expresión del enunciado es la siguiente: Π(p,w) ϭ p 2 /w Se comprueba a continuación que esta función cumple todas las propiedades de una función de bene- ficios: a.1) Continua: se verifica para cualquier w 0. a.2) No decreciente en el precio del output: a.3) No creciente en el precio del factor: a.4) Homogénea de grado 1 en (p, w): se verifica porque el valor de α se ha calculado precisa- mente para la que la función cumpla la propiedad de homogeneidad. a.5) Convexa en los precios del output y del factor: Se trata de una matriz hessiana semidefinida positiva por lo que la función Π(p,w) es convexa. a.6) Diferenciable: se verifica como ya ha podido comprobarse anteriormente en la prueba de otras propiedades. b) Para la obtención de las funciones de oferta del output y demanda del input, se aplica el Lema de Hotelling: Suponga una empresa con la siguiente función de producción regular q ϭf(z 1 ,..., z n ) que, además, presen- ta siempre Rendimientos Constantes de Escala (RCE). Demuestre que si la empresa paga a cada uno de sus factores de producción exactamente el valor de la productividad marginal de dicho factor, entonces el beneficio obtenido será cero. 7.6. q p w p w p p w z p w p w w p w ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) = ∂ ∂ = =− ∂ ∂ = Π Π 2 2 2 ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ l l l l l l l l = 2 2 2 2 2 2 Π Π Π Π p p w w p w 2 2 2 2 2 0 2 2 2 3 / / / / w p w p w p w − − l l l l = ∂ ∂ =− ≤ Π( , ) p w w p w 2 2 0 ∂ ∂ = ≥ Π( , ) p w p p w 2 0 2 1 1 ÷ = =− α α , . es decir, θ θ α Π( , ) ( ) p w p w = 2 5 Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 117 Solución La función del enunciado presenta rendimientos constantes de escala, por lo que es homogénea de gra- do 1. Se aplica, entonces, el Teorema de Euler para las funciones homogéneas: Cada factor es retribuido de acuerdo con el valor de su productividad marginal, por lo que se veri- fica la siguiente expresión: Llevando este resultado a [6] y operando se tiene que: El lado izquierdo de esta última igualdad es la diferencia entre los ingresos y los costes de la empre- sa, es decir, sus beneficios, por lo que puede reescribirse del siguiente modo: B ϭ0, como queríamos demostrar. Dada la función de producción de una empresa: q ϭ z 1 1/2 z 2 1/4 : a) Halle la curva de oferta de la empresa. b) Halle la función de beneficios. c) Verifique que se cumple el Lema de Hotelling. Solución a) q ϭ z 1 1/2 z 2 1/4 La obtención de la función de oferta requiere que previamente se hallen las demandas condicio- nadas de factores y la función de costes de la empresa. El modo de hallar tales funciones es el que ya se ha comentado en el tema anterior. El resultado (al cual debe llegar el lector) es el siguiente: Para hallar la decisión óptima de la empresa respecto al output y los inputs, debe maximizarse el beneficio: Max B q p q C q p q w w q ( ) . ( , ) . , / / / = − = − w 1 9 1 2 3 2 1 3 4 3 h q w w q h q w 1 2 1 1 3 4 3 2 1 2 ( , ) ( , ) / / w w = í ( · · · · 1 ) = 2 2 1 9 2 2 3 4 3 1 2 3 2 1 w q C q w w í ( · · · · 1 ) = / / / / ( , ) , w 33 4 3 q / 7.7. w p z w p z w p z f z z pf z n n n 1 1 2 2 1 1 ÷ ÷ ÷ = …… ( ,......, ) ( ,......., ) .......... ( ,...... z w z w z pf z n n n = ÷ ÷ 1 1 1 ,, ) .......... z w z w z n n n − − − = 1 1 0 p f z w f z w p i i i i i ∂ ∂ = ⇒ ∂ ∂ = ∀ ( ) ( ) ; z z ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ ÷ ÷ ∂ ∂ = f z z f z z f z z f z n n ( ) ( ) ( ) ( , z z z 1 1 2 2 1 …… ……,, ) ( ) z n 6 118 Microeconomía avanzada Aplicando la condición de primer orden: Comprobamos la condición de segundo orden: Despejando q de la expresión correspondiente a la condición de primer orden, se obtiene la fun- ción de oferta del output: b) Sustituyendo la función de oferta en las demandas condicionadas de factores h 1 (w,q) y h 2 (w,q), halladas previamente, se obtienen las demandas factoriales. Utilizando estas últimas demandas y la fun- ción de oferta se llega a la siguiente función de beneficios (el lector debe llegar a este resultado): c) Mediante el Lema de Hotelling es posible obtener la función de oferta del output a partir de la función de beneficios: Se comprueba que el resultado coincide con la función de oferta hallada en el apartado a, por lo que queda verificado el Lema. Dada la siguiente función de beneficios: Obtenga la expresión de la función de costes. Solución En primer lugar, se hallan las demandas factoriales mediante la aplicación del Lema de Hotelling: En segundo lugar, se halla la oferta de output de un modo similar: q p p p p w p w p w w w w ( , ) ( , ) ( ) w w = ∂ ∂ = ÷ = ÷ Π 2 4 2 4 2 1 2 1 2 1 2 z p p w p w z p p 1 1 2 1 2 2 4 ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) w w w w =− ∂ ∂ = =− ∂ ∂ Π Π ww p w 2 2 2 2 4 = Π( , ) p p w p w w = ÷ 2 1 2 2 4 4 7.8. ∂ ∂ = í ( · · ·· 1 ) Π( , ) . , p p p w w w 3 1 2 2 3 3 4 1 9 Π( , ) . , p p w w w = í ( · · ·· 1 ) 1 4 3 4 1 9 3 4 1 2 2 q p p w w ( , ) . , w = í ( · · ·· 1 ) 3 1 2 2 3 3 4 1 9 ∂ ∂ =− < ⇒ − 2 2 1 2 3 2 1 3 2 3 4 3 1 3 1 9 0 B q q w w q ( ) , / / / Se veriifica ∂ ∂ = − = B q q p w w q ( ) , / / / 4 3 1 9 0 1 2 3 2 1 3 1 3 Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 119 En tercer lugar, se despeja p de esta expresión: En cuarto lugar, se sustituye este valor de p en las demandas factoriales obtenidas con anteriori- dad, z 1 (p,w) y z 2 (p,w), para obtener las demandas condicionadas: Por último, estas demandas condicionadas permiten hallar la función de costes: En una tecnología con dos únicos factores variables, integre la función de producción que originó la siguien- te función de beneficios: Solución Aplicando el Lema de Hotelling obtendremos las demandas de los inputs: Que, en términos de los precios de los inputs normalizados por el precio del output serían: En el sistema formado por las anteriores dos ecuaciones, despejaremos w 1 y w 2 y en función de z 1 y z 2 : w p z z z z z w p 1 1 2 1 1 2 1 2 1 4 2 1 4 ( , , ) ; ( , = í ( · · · · 1 ) zz z z z z 1 2 2 1 2 2 1 1 4 1 4 , ) = í ( · · · · 1 ) z p w w w w w z p w w w 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 16 1 16 ( , , ) ( ) ( , , ) ( = = ww w 2 1 2 2 ) w w p k k k ≡ = í ( · · · 1 ) ; , , 1 2 − ∂ ∂ = = − ∂ ∂ Π Π ( , ) ( ) ( , ) ( , ) p w p w w w z p p w w w 1 2 1 2 1 2 1 1 16 ww p w w w z p 2 2 1 2 1 2 2 2 16 = = ( ) ( , ) w Π( , ) ( ) p p w w w = 2 1 2 1 2 8 7.9. C q w h q w h q w w w w q ( , ) ( , ) ( , ) ( ) w w w = ÷ = ÷ ÷ 1 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 ww w w w q w w w w q 2 1 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2 ( ) ÷ = ÷ h q w w q w w w w w w q 1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 4 1 4 ( , ) ( ) ( ) w = ÷ = ÷ 22 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 4 1 4 h q w w q w w w w w w ( , ) ( ) ( ) w = ÷ = ÷ 22 2 q p w w q w w = ÷ 2 1 2 1 2 120 Microeconomía avanzada A continuación volvemos a aplicar el Lema de Hotelling para obtener la función de oferta de output: que, en términos de precios normalizados sería: El último paso consiste en sustituir las funciones w 1 (p, z 1 , z 2 ) y w 2 (p, z 1 , z 2 ) en la oferta de output q(p, w 1 , w 2 ), recuperando, así, la función de producción original: En una tecnología con dos únicos factores variables, integre la función de producción que originó la siguien- te función de costes: Solución Despejando el output q mediante la inversión de la anterior función, obtenemos la función de valor aso- ciada al problema de maximizar el output dado un cierto nivel de coste (C 0 ), esto es: O alternativamente: Donde: representan los precios de los inputs normalizados por el nivel de coste. Para integrar la función de producción resolvemos (en w 1 , w 2 ) el siguiente problema de minimiza- ción condicionada, donde ( – z 1 , – z 2 ) constituye un vector de inputs de referencia. Obsérvese que la res- tricción procede de la ecuación de costes: C 0 ϭw 1 – z 1 ϩw 2 – z 2 que se ha normalizado dividiendo por C 0 : Podemos elaborar la siguiente función auxiliar de Lagrange: min ( , , ) ( ) ( L w w w w w 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 λ λ = l l l l l ÷ − zz w z 1 2 2 − ) min * ( ) . . : q w w s a w z w z = l l l l l = ÷ 1 2 1 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 w k k w C k = = 0 1 2 , , , q C w w * ( , , ) ( ) ≡ = l l l l l ϕ w w 1 2 0 1 2 1 2 1 2 1 2 q C C w w * ( , ) ( ) ≡ = l l l l l ϕ w 0 0 1 2 1 2 1 2 2 C q q w w ( , ) ( ) w =2 2 1 2 1 2 7.10. q p w p z z w p z z z z z , ( , , ), ( , , ) 1 1 2 1 1 2 1 1 2 2 1 1 4 4 l l = í (( · · · · 1 ) ⋅ í ( · · · · 1 ) 1 4 2 1 2 2 1 1 4 4z z z l l l l l l = = 1 2 1 1 4 2 1 2 1 2 z z f z z ( , ) q p w w w w ( , , ) ( ) 1 2 1 2 1 2 1 4 = ∂ ∂ = = Π( , ) ( ) ( , ) p p p w w q p w w 4 1 2 1 2 Maximización del beneficio, función de beneficios y dualidad en la producción 121 Las condiciones necesarias son: Dividiendo las dos primeras ecuaciones entre sí, obtenemos: Y, sustituyendo en la tercera ecuación: Por último, sustituyendo en la función objetivo obtenemos la función de valor mínimo del proble- ma, que es, precisamente, la función de producción original: q w w C w w ( , , ) ( ) 1 2 * * * * 0 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 = l l l l l = zz z 1 2 1 2 1 2 í ( · · · · 1 ) l l l l l l l l l l = (( ) ( , ) z z f z z 1 2 1 4 1 2 ≡ w z w z 1 1 2 2 1 2 1 2 * * = = ; w z z w 2 1 2 1 = ∂ ∂ = − ⋅ − = ∂ ∂ = − ⋅ L L w w w w z w 1 1 2 1 2 1 4 1 1 2 1 2 1 4 2 0 1 4 2 ( ) ( λ ww w w z w z w z 1 2 1 4 2 2 1 1 2 2 0 1 0 ) − = ∂ ∂ = − − = λ λ L 122 Microeconomía avanzada III PARTE III EQUILIBRIO GENERAL Y ECONOMÍA DEL BIENESTAR 8. Modelo de intercambio puro 9. Economías con producción 10. Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos Resumen teórico 8.1. EL MODELO 2 × 2 Y LA CAJA DE EDGEWORTH • Equilibrio parcial (Alfred Marshall). Los precios determinados en un cierto mercado («ceteris-pari- bus») afectan poco o nada a los otros mercados. • Equilibrio general (Leon Walras). Forma en que las condiciones de oferta y demanda de los diver- sos mercados determinan conjuntamente los precios de equilibrio de todos los bienes transacciona- dos en dichos mercados. Vamos a modelizar («simular»), en este tema y en el siguiente, economías en su conjunto en las que tienen lugar tres tipos de actividades económicas básicas entre sus agentes: consumo, producción e intercambio (o comercio). EL INTERCAMBIO PURO En una economía de intercambio puro tan sólo tienen lugar dos de las tres actividades económicas básicas: consumo e intercambio; esto es, sin producción. Además, comenzaremos exponiendo un mode- lo estilizado: el modelo 2 ϫ2, esto es, con dos agentes y dos bienes. Resumen teórico 8.1. El modelo 2 ϫ 2 y la caja Edgeworht 8.2. Ventajas del intercambio: Criterios de Pareto 8.3. Equilibrio general competitivo o walrasiano 8.4. Eficiencia del equilibrio walrasiano. Los teoremas de la Economía del Bienestar Cuestiones y problemas 8 TEMA 8 MODELO DE INTERCAMBIO PURO Supuestos básicos: • Consideremos, en primer lugar, una economía con L ϭ2 bienes (en subíndice, l ϭ2 ) y con I ϭ2 consumidores (en superíndice, i ϭ1,2). • Los individuos poseen sendos órdenes de preferencias bien comportadas y definidas en los con- juntos de elección asignación de bienes (cada posible distribución de los bienes entre los agentes). • Los órdenes de preferencias son susceptibles de ser representados por funciones de utilidad regula- res: u i (x i ) • Vamos a suponer que, inicialmente, cada consumidor está dotado de unas existencias de bienes o dotaciones iniciales que denotaremos por w i l . Se trata de cantidades de las que se dispone previa- mente. • Por su parte, las existencias totales o dotaciones totales de los bienes en la economía no son más que la agregación de las dotaciones individuales, esto es: • Por último, debe notarse que los conjuntos de elección de los agentes (S i ) están restringidos por las dotaciones totales de bienes de la economía. De esta forma definimos: Asignación factible de bienes es la que cumple que: Y se dice que una asignación factible es no derrochadora cuando la anterior condición se cumple con igualdad. En este caso, es posible representar la Economía mediante una CAJA DE EDGEWORTH Se trata de una potente herramienta gráfica que permite representar la información relevante de una economía 2 ϫ2 en un sistema de ejes encajados. Se basa en el hecho de que con asignaciones-facti- bles-no-derrochadoras, basta con conocer la existencia total de cada bien y el consumo de un agente (digamos el 1) para saber el del otro (del 2): x x l l l 2 1 = − ω x x l l l 1 2 ÷ ≤ω ω ω ω ω ω ω 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 0 0 ÷ ≡ ÷ ≡ ( ) ω l • x x x = = l l ∈ ⊂ ÷ ( , ) ( , ),( , ) 1 2 1 1 2 1 1 2 2 2 1 2 x x x x S S R 44 : • : es la cesta consumida x 1 1 1 2 1 1 2 = ∈ ⊂ ÷ ( , ) x x S R por el sujeto 1. : es l x 2 1 2 2 2 2 2 = ∈ ⊂ ÷ ( , ) x x S R aa cesta consumida por el sujeto 2. S i ⊂ ÷ R 2 ( ) ≿ i 126 Microeconomía avanzada 8.2. VENTAJAS DEL INTERCAMBIO: CRITERIOS DE PARETO Imaginemos a ambos agentes situados inicialmente en sus dotaciones iniciales (w), ¿tendrán incenti- vos a negociar y establecer intercambios que mejoren su bienestar? Sí, los Criterios de Pareto, nos apuntan los términos de dicha negociación bilateral: • Mejora de Pareto: es un cambio en la asignación de bienes mediante el cual ningún agente empeo- ra y, al menos, uno mejora. • Óptimo de Pareto: es una asignación en la cual ya no caben más mejoras de Pareto. Esto es, una asig- nación en la cual no es posible que un agente mejore, a no ser que otros empeoren. A estas asigna- ciones se les denomina Pareto-óptimas o Pareto-eficientes. • El conjunto de todas las asignaciones Pareto-eficientes se denomina Conjunto de Pareto . Es fácil comprobar que se trata del lugar geométrico de los puntos de tangencia entre las curvas de indi- ferencia de los agentes, esto es, en los puntos del Conjunto de Pareto se igualan las Relaciones Mar- ginales de Sustitución de los diferentes agentes. En la Caja de Edgeworth representada previamente el Conjunto de Pareto viene representado por la línea 0 1 Ϫ0 2 . • Dada una determinada dotación inicial (wen nuestro caso) el intercambio libre nos llevará a una por- ción concreta del Conjunto de Pareto: aquella en la que ninguno de los agentes obtenga menor bie- nestar que el obtenido en la situación inicial. Esta porción del Conjunto de Pareto se denomina Curva de Contrato de la economía. En la Caja de Edgeworth representada previamente la Curva de Contrato viene representado por la línea gruesa . 8.3. EQUILIBRIO GENERAL COMPETITIVO O WALRASIANO Hemos visto cómo un sistema de intercambio libre lleva a los agentes a un punto de la Curva de Con- trato de la economía. En este apartado vamos a «simular» cuál sería el equilibrio si ambos agentes com- pran y venden los bienes en mercados perfectamente competitivos. ′′ ′′′ x - x ( ) CC ( ) CP Modelo de intercambio puro 127 RESTRICCIÓN PRESUPUESTARIA CON DOTACIONES INICIALES Vamos a suponer que el mercado fije unos precios dados para los bienes: La renta del agente i-ésimo no es ya una variable exógena, sino que (dadas sus dotaciones iniciales) depende del precio de los bienes: Así pues, el Conjunto Asequible del agente (dadas sus dotaciones iniciales) vendrá dado por la siguiente expresión: Despejando, la recta de balance del consumidor viene dada por la siguiente expresión: Que se caracteriza porque: • Es una línea decreciente de pendiente • Pasa siempre por el punto de dotación , sea cual sea el vector de precios P. Esto es, un cambio de precios hace pivotar la recta sobre el punto de dotación. ÓPTIMO CON DOTACIONES INICIALES Cada uno de los agentes va a acometer un problema de maximización condicionada de su utilidad idén- tico al analizado en la teoría estándar del consumo, salvo por el hecho de que aquí la renta viene dada en términos de valor de las dotaciones iniciales: : • El resultado serán unas funciones de demanda marshallianas de la forma: que, dadas las dotaciones iniciales ( ), son únicamente función del vector de precios P, así pues, las repre- sentaremos como: . • El lugar geométrico de los puntos óptimos en el consumo que obtiene un cierto agente a medida que varía la relación de precios de los bienes se denomina curva de oferta. • Las funciones de exceso de demanda individual (o demandas netas) de los agentes se obtienen como la diferencia entre sus demandas marshallianas y las dotaciones iniciales correspondientes: — Cuando , decimos que el agente i es un demandante neto del bien l. — Cuando , decimos que el agente i es un oferente neto del bien l. x e l i l i l i ( ) ( ) P P < ⇒ < ω 0 x e l i l i l i ( ) ( ) P P ⇒ ω 0 e P x P i i i i ( ) ( ) ; , = − = ω 1 2 CO x x i i i i ( ) ( ), ( ) ; , P P P ≡¦ ¦ = 1 2 1 2 x P i i ( ); , =1 2 i ω x P P i i i ( , ); , , ⋅ = ω 1 2 max ( ) . . : u i i i i i x s a P Px x 0 ω ≥ ≥ m i i i ( ) ; , P P = ⋅ = ω 1 2 ω i i i =( , ) ω ω 1 2 − p p 1 2 x p p p p p x i i i i 2 1 1 2 2 2 1 2 1 = ÷ ( ) − ω ω CA i i i i i ( ) : ; , P x P P = ∈ ⋅ ≥ ⋅ ¦ ¦ = ℝ 2 1 2 ω x m p p i i i i i ( ) ; , P P = ÷ = ⋅ = 1 1 2 2 1 2 ω ω ω P ≡( , ). p p 1 2 128 Microeconomía avanzada Demandas brutas y netas del agente 1 EQUILIBRIO GENERAL COMPETITIVO O WALRASIANO El par formado por el siguiente precio y su correspondiente asignación: , constituye un equi- librio walrasiano si: 1. Maximiza la utilidad de todos los agentes: 2. Vacía simultáneamente todos los mercados: Donde, representa a las funciones de exceso agregado de demanda de cada bien. PROPIEDADES DE LAS FUNCIONES DE EXCESO AGREGADO DE DEMANDA: 1. Continuas. 2. HG0 en 3. Ley de Walras: el valor del exceso de demanda agregado de todos los bienes de la economía es siempre nulo. IMPLICACIONES SOBRE EL EQUILIBRIO WALRASIANO 1.ª) Ley de Walras: si uno de los dos mercados se vacía, el otro también deberá hacerlo. p Z p Z 1 1 2 2 0 ( ) ( ) P P ÷ = P P P P P : ( ) ( ) ( ) ( ); Z e e Z l l l l θ θ θ θ = ÷ = ∀ 1 2 0 Z e e l l l ( ) ( ) ( ) P P P = ÷ 1 2 Z l l ( ), , P =1 2 Z e e x x 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 ( *) ( *) ( *) ( *) ( P P P P ≡ ÷ = − l l ÷ ω P P P P P P *) ( *) ( *) ( *) ( * − l l = ≡ ÷ = ω 1 2 2 2 1 2 2 2 1 0 Z e e x )) ( *) − l l ÷ − l l = ω ω 2 1 2 2 2 2 0 x P u u i i i i i i x P* x x P* ( ) ( ) l l ≥ l l ∀ ∈CA P* x P* , ( ) ¦ ¦ Modelo de intercambio puro 129 Supongamos que: por la propiedad 3 y sabiendo que automáticamente se cumplirá que: El recíproco es, obviamente, también cierto. Al vector de precios de equilibrio walrasiano: Se trata de un sistema con dos ecuaciones y dos incógnitas pero, por la ley de Walras, sólo una de esas dos ecuaciones es independiente. Así pues, las soluciones serán de las forma . Es más, dado que es HG0 en P, los precios de equilibrio siempre podrán expresarse en forma rela- tiva: 8.4. EFICIENCIA DEL EQUILIBRIO WALRASIANO. LOS TEOREMAS DE LA ECONOMÍA DEL BIENESTAR Desde la perspectiva del equilibrio general, la Economía del Bienestar versa sobre el estudio de la «uti- lidad social» y estudia cómo una cierta reasignación de los recursos puede afectar a dicha utilidad. El problema básico radica en que, bajo una teoría ordinal, no es posible comparar las utilidades de individuos diferentes. Por ello, los Criterios de Pareto van a constituir la guía básica de la Economía del Bienestar. EL PROBLEMA DEL PLANIFICADOR: Imaginemos que la economía 2 ؋2 que venimos tratando es dirigida por un «planificador omniscien- te» (o «dictador benevolente»), que pretende maximizar el bienestar global de todos sus súbditos, esto es, encontrar asignaciones eficientes de los bienes. ¿Cómo se comportaría? El planificador intentará asignar los bienes de forma que se maximice la utilidad de cada indivi- duo sin perjudicar a los demás. Si tomamos como referencia, por ejemplo, al sujeto 1, el problema del planificador es: max ( , ) ( ) . . : , u x x s a u u x x x x x 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 1 1 2 1 ≤ ÷ ≤ ω 22 1 2 2 2 1 1 2 1 1 ÷ ≤ ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ⇔ = x L x x u ω λ max ( , , ) (xx x u u x x 1 1 2 1 2 2 1 1 1 2 2 1 , ) [( , )] ÷ ÷ − − − ¦ ¦ ' ! 1 11 + 1 λ ω ω 1 1 1 Sea θ = ⇒ = 1 0 1 1 2 2 1 2 2 1 2 p Z p p p p Z p p l l * ( * *, * *) ( * * ,1 1 0 ) = ( */ *) p p 1 2 Z p p l ( *, *) 1 2 p p 2 1 * ( *) =ϕ Z p p Z p p 1 1 2 2 1 2 0 0 ( *, *) ( *, *) = = ' ! 1 1 + 1 1 P* ( *, *) ≡ p p 1 2 2.ª) Indeterminación de los precios absolutos de equilibrio: el equilibrio walrasiano depen- de de los precios relativos de los bienes. Corolario: si un mercado presenta exceso de oferta (demanda) el otro presentará exceso de demanda (oferta) de idéntico valor. Z 2 0 ( ) . P = P ≫0 Z 1 0 ( ) , P = 130 Microeconomía avanzada Dado que las funciones de utilidad son regulares, las restricciones se saturan en el óptimo: De esta forma, las condiciones necesarias serían: Esto es, dadas ( ) y ( ) hemos comprobado que el conjunto de las asignaciones eficientes de la economía no es más que el Conjunto de Pareto en el que, por definición, no es posible que ningún agente mejore a no ser que otro esté peor. TEOREMAS DE LA ECONOMÍA DEL BIENESTAR: Hemos visto cómo en un mundo en el que cada individuo persigue sus propios intereses, la compe- tencia perfecta ofrece la posibilidad de armonizar todos ellos en forma de un equilibrio global. Aho- ra bien, ¿son los equilibrios walrasianos socialmente deseables? Sobre esta cuestión versan los llamados teoremas de la Economía del Bienestar: La competencia perfecta, en donde cada agente actúa según su propio interés, actúa como una «mano invisible» asignando los recursos de una manera eficiente (Adam Smith). (La insaciabilidad local es un requisito básico para el cumplimiento de este teorema.) Con preferencias regulares, el cumplimiento del teorema es inmediato. El teorema permite separar el problema de la equidad (que queda en manos públicas) del de la efi- cacia (encomendado al mercado). Con preferencias no-convexas el anterior teorema no está garantizado. Segundo Teorema de la Economía del Bienestar: es (en cierta medida) el inverso del anterior: un planificador puede alcanzar cualquier asignación Pareto-eficiente que se proponga sin más que redistribuir riqueza inicial convenientemente entre los agentes y dejar al mercado competi- tivo funcionar. Primer Teorema de la Economía del Bienestar: los equilibrios walrasianos constituyen asig- naciones Pareto-óptimas. ♦ ♦ ♦ ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 0 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 1 ∂ ∂ = ÷ = ∂ ∂ = L x u u L x u x x x λ 11 2 2 2 1 1 1 0 1 2 ) ( ) ( ) / ( ) ( ÷ = ' ! 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ λu u x x ) ) ( ) ( ) ( ) ( u u u RMS RMS 2 1 1 1 2 2 2 2 2 1 2 x x x = ♦♦) u u x x x x x x 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 1 = ÷ = ÷ = ' ! 1 1 1 1 + 1 ( , ) ω ω 1 1 1 1 ( ) ♦ Modelo de intercambio puro 131 Cuestiones y problemas Considere una economía de intercambio (sin producción) con dos bienes y dos agentes económicos. Las dotaciones iniciales son: y las funciones de utilidad tienen la siguiente expresión: a) Obtenga la ecuación del conjunto de asignaciones Pareto-eficientes de esta economía. Represéntelo gráficamente. b) Calcule el precio relativo de equilibrio y las asignaciones en el equilibrio para cada consumidor (supon- ga que el bien 1 es el numerario). Solución a) Las cantidades totales de bienes disponibles en esta economía sin producción son: Las asignaciones eficientes, en el caso de preferencias regulares, se alcanzan en los puntos de tan- gencia entre las curvas de indiferencia de los dos consumidores. En consecuencia, la caracterización matemática del Conjunto de Pareto viene dada por la siguiente expresión: donde RMS i es la relación marginal de sustitución del bien 2 por el 1 para cada uno de los consumi- dores (i ϭ1,2). En el caso concreto de este ejercicio: Igualando ambas expresiones y teniendo en cuenta que las asignaciones de equilibrio han de ser factibles, es decir: ω ω 1 1 1 2 2 2 = ÷ = ÷ x x y x x A B A B RMS u u x x RMS u u x x A A A A A B B B B B = = = = 1 2 2 1 1 2 2 1 RMS RMS A B = ω ω ω ω ω ω 1 1 1 2 2 2 100 100 200 350 50 400 ≡ ÷ = ÷ = = ÷ ≡ ÷ = A B A B u x x x x i A B i i i i ( , ) ; , 1 2 1 2 = ⋅ = ω ω ω ω 1 2 1 2 100 350 100 50 A A B B = = = = ; ; ; 8.1. NOTA: dado que la mayor parte de los problemas que presentamos a continuación se formulan en una economía con dos bienes y dos consumidores, se ha optado por denominar a los bienes con números (l ϭ1,2) y a los consumidores con letras (i ϭA,B), a fin de clarificar al máximo el desa- rrollo de las soluciones. 132 Microeconomía avanzada resulta: De acuerdo con esta expresión, el Conjunto de Pareto es una línea recta de pendiente 2, es decir, es la diagonal de la Caja de Edgeworth. Gráfico 8.1 b) Para hallar el precio de equilibrio es necesario que todos los mercados se vacíen simultáneamen- te. Ahora bien, la Ley de Walras garantiza que si todos los mercados menos uno están en equili- brio, el mercado restante también lo estará. En consecuencia, basta con hallar el precio relativo que vacía uno de los mercados, y el mercado del otro bien también estará en equilibrio. Trabaja- mos, por ejemplo, con el exceso de demanda agregada del bien 2, el cual debe ser nulo en una situación de equilibrio walrasiano: donde e i l representa la demanda neta del bien «l» por parte del consumidor «i». Las demandas netas se obtienen a partir de la diferencia entre la demanda del bien l por parte de un consumidor i (x i l ) y su dotación inicial de ese bien (w i l ). Es decir: Z e e x A B A A B 2 2 2 2 2 2 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] P P P P = ÷ = − ÷ = ω ω Z e e A B 2 2 2 0 ( ) ( ) ( ) P P P = ÷ = x x x x x x x x x x x A A B B A B B A A A A 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1 = ⇒ = − = ( ) ( ω ω ω ω ω 2 2 2 2 1 1 1 2 1 1 400 200 2 0 − = = ⇒ = ≤ x x x x x x x A A A A A A A ) ≤≤200 Modelo de intercambio puro 133 Las funciones de demanda de los dos consumidores se obtienen a partir de la resolución de un pro- blema de maximización del bienestar sujeto a la restricción presupuestaria. Por lo tanto, para obtener las demandas del consumidor A, debe resolverse el siguiente sistema de ecuaciones: Como la mercancía 1 se toma como numerario, se tiene que p 1 ϭ1: La resolución de este sistema proporciona las funciones de demanda del consumidor A (dado que se trata de unas preferencias del tipo Cobb-Douglas y que, por tanto, verifican la condición de estric- ta cuasiconcavidad de la función de utilidad): De un modo similar se obtienen las funciones de demanda del consumidor B: Sustituyendo estos resultados en la expresión [1] se tiene el exceso de demanda agregada del bien 2, el cual debe ser nulo en equilibrio. La ecuación resultante permite hallar el precio de equilibrio: Como el bien 1 se ha tomado como numerario (p 1 ϭ1), este resultado indica que en equilibrio wal- rasiano el precio del bien 2 debe ser la mitad que el del bien 1. Las asignaciones de equilibrio de cada consumidor se calculan sustituyendo en las demandas correspondientes p 2 por su valor de equilibrio: x p x p A A 1 2 2 2 50 175 50 175 1 2 137 5 50 ( ) = ÷ = ÷ = ( ) = ÷ * . , * 1175 50 1 2 175 275 50 25 50 25 1 2 62 2 2 = ÷ = ( ) = ÷ = ÷ = x p B * . ,, * 5 50 25 50 1 2 25 125 2 2 x p B ( ) = ÷ = ÷ = Z P p p p p 2 2 2 2 50 175 350 50 25 50 100 200 0 ( ) = ÷ − ÷ ÷ − = − = ⇒ 22 1 2 * = x p x p B B 1 2 2 2 50 25 50 25 ( ) ( ) P P = ÷ = ÷ x p x p A A 1 2 2 2 50 175 50 175 ( ) ( ) P P = ÷ = ÷ x x p x p x p A A A A 2 1 2 1 2 2 2 1 100 350 = ÷ = ÷ ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 . RMS u u x x p p p x p x p p A A A A A A A A = = = ÷ = ÷ 1 2 2 1 1 2 1 1 2 2 1 1 2 ω ωω 2 A ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 134 Microeconomía avanzada Considere una economía de intercambio puro con dos individuos (A y B) y dos bienes (1 y 2). Obtenga gráficamente el lugar geométrico de las asignaciones Pareto-eficientes en cada uno de los supuestos siguientes: a) Al individuo A tan sólo le produce utilidad la cantidad de bien 2 que consume, mientras que el bien 1 es para él un neutral. El sujeto B sólo obtiene utilidad de la cantidad de bien 1 que consume, mien- tras que el bien 2 es para él neutral. b) Idénticas preferencias que en a) pero suponiendo, además, que el sujeto B es envidioso en el sentido de que le produce insatisfacción el hecho de que el sujeto A consuma más del bien 2. Solución a) Para el individuo A, el bien 1 es neutral; en consecuencia, sus preferencias pueden representarse mediante líneas rectas totalmente horizontales (U A 0 , U A 1 , etc., en el Gráfico 8.2). Para el individuo B el bien neutral es el 2, por lo que sus preferencias pueden representarse mediante líneas rectas totalmente verticales (U B 0 , U B 1 , etc., en el Gráfico). Para buscar las asignaciones Pareto-eficientes (el Conjunto de Pareto) analizamos algunas asigna- ciones de la Caja de Edgeworth y comprobamos su eficiencia. Así por ejemplo, cualquier asignación situada en el interior de la Caja (por ejemplo la asignación g) es susceptible de mejora ya que un inter- cambio de bienes a lo largo de la misma curva de indiferencia horizontal en que se encuentra g y hacia la izquierda supone una mejora en el bienestar del consumidor B, sin que se reduzca el bienestar de A. De un modo similar, un intercambio de bienes a lo largo de la misma curva de indiferencia verti- cal en que se encuentra g y hacia arriba supone una mejora en el bienestar del consumidor A, sin que se reduzca el bienestar de B. En consecuencia, la asignación g (o cualquier otra situada en el interior de la Caja) no es eficiente. Gráfico 8.2 Si el análisis se realiza sobre asignaciones situadas en alguna de las paredes de la Caja se tiene el siguiente resultado. Una asignación como la representada por el punto a no es eficiente, porque un inter- cambio de bienes que llevase hasta la asignación b supone una ganancia de bienestar para el indivi- 8.2. Modelo de intercambio puro 135 duo A, sin que B se vea perjudicado en términos de bienestar. Un análisis análogo entre los puntos c y d muestra que la asignación c tampoco es eficiente porque un intercambio de bienes que lleve has- ta d supone una mejora en el bienestar de B, sin que el individuo A pierda bienestar. Un análisis similar entre las asignaciones e y f y h e i muestra que las asignaciones e y h tampoco son eficientes. Si este análisis de eficiencia se realiza en el punto k, se aprecia que un intercambio sobre la verti- cal o la horizontal en que se encuentra ese punto implica que un consumidor mantiene su bienestar, pero a cambio de una merma en el bienestar del otro. En consecuencia la asignación k es eficiente. El lector debe analizar, de un modo similar, la asignación l y las correspondientes a los dos oríge- nes y comprobar que no existe eficiencia. Cuando se hace el supuesto de preferencias regulares los orí- genes son asignaciones eficientes y el Conjunto de Pareto discurre desde un origen a otro. No obstante, en casos como el de esta cuestión, en que las preferencias no cumplen los axiomas de regularidad, se aprecia que las asignaciones de los orígenes no tienen por qué ser eficientes. En resumen, la única asignación Pareto-eficiente es la del punto k. b) En este apartado el sujeto B es envidioso y le genera insatisfacción un mayor consumo del bien 2 por parte del individuo A. Una asignación interior como la del punto g no es eficiente porque un intercambio de bienes a lo largo de su misma curva de indiferencia horizontal y hacia la izquier- da supone una mejora en el bienestar del consumidor B, sin que se reduzca el bienestar de A. A diferencia del apartado anterior, un intercambio a lo largo de la línea vertical y hacia arriba sí supondría ahora para B una pérdida de bienestar, dado que A consumiría mayor cantidad del bien 2. El análisis de asignaciones como c, d o similares muestra que un intercambio a lo largo de la línea horizontal y hacia la izquierda supone que el sujeto B gana bienestar y el A no lo pierde por lo que no son eficientes. Un intercambio similar partiendo de asignaciones como e o h permiten comprobar que tampoco se trata de asignaciones eficientes. No obstante, si se analiza la asignación a del Gráfi- co 8.2 se comprueba que es eficiente porque un intercambio hacia la asignación b significa que el indi- viduo A gana bienestar, pero el B lo pierde. En b ocurre exactamente lo mismo y, en general, en cualquier asignación situada a lo largo de la línea que será el nuevo Conjunto de Pareto. Considere una economía de intercambio puro con dos bienes (1 y 2) y dos consumidores (A y B). Los con- sumidores tienen, respectivamente, las siguientes funciones de utilidad: El consumidor A posee una dotación inicial de tres unidades de bien 1 y una unidad de bien 2; la dotación del consumidor B es de una unidad de bien 1 y tres de bien 2. a) Obtenga gráfica y analíticamente la expresión de las asignaciones de bienes Pareto-eficientes de esta economía. b) Obtenga el precio y la asignación de equilibrio walrasiano. (Considere al bien 2 como numerario, esto es, p 2 ϭ1.) c) Suponga que se establece que la mejor asignación para esta economía es: . Determine una distribución inicial de los bienes entre los dos individuos —diferente de —que conduzca a que tal asignación pueda alcanzarse como equilibrio walrasiano de esta economía. Solución a) De acuerdo con las funciones de utilidad del enunciado, el sujeto A tiene preferencias regulares y el B de complementarios perfectos con relación 1:1. El Gráfico 8.3.a representa tales preferencias. ( , ) x x ɵ ɵ A B x x ɵ ɵ A B = = ( , ); ( , ) 1 1 3 3 u x x u x x A A A B B B = = ¦ ¦ 1 2 1 2 min , 8.3. O k A , 136 Microeconomía avanzada Gráfico 8.3.a Una asignación como la del punto a es mejorable realizando intercambios para pasar a la asig- nación b (mejora el bienestar del consumidor B) o a la c (mejora el bienestar del consumidor A). Como consecuencia, la asignación a no es eficiente. Esta situación no se produce a lo largo de la diagonal de la Caja de Edgeworth. El lector debe comprobar que en esa diagonal es preciso redu- cir el bienestar de un individuo para incrementar el bienestar del otro. En consecuencia, esas asig- naciones situadas sobre la diagonal de la Caja constituyen las asignaciones Pareto-eficientes de la economía. La expresión analítica del Conjunto de Pareto, dado que se trata de la diagonal, es la siguiente: b) Para hallar el precio de equilibrio es necesario que todos los mercados se vacíen simultáneamen- te. Como se ha apuntado en el ejercicio anterior, la Ley de Walras garantiza que si todos los mer- cados menos uno están en equilibrio, el mercado restante también lo estará. En consecuencia, basta con hallar el precio relativo que vacía uno de los mercados, y el mercado del otro bien también estará en equilibrio. Trabajamos, por ejemplo, con el exceso de demanda agregada del bien 1, el cual debe ser nulo en una situación de equilibrio walrasiano: donde e i l representa la demanda neta del bien l por parte del consumidor i. Las demandas netas se obtienen a partir de la diferencia entre la demanda del bien l por parte de un consumidor i (x i j ) y su dotación inicial de ese bien (ω i l ). Es decir: Z e e x x A B A A B B 1 1 1 1 1 1 1 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) P P P P P = ÷ = − ÷ − = ω ω (( ) 2 Z e e A B 1 1 1 0 ( ) ( ) ( ) P P P = ÷ = x x x A A A 2 1 1 0 4 = ≤ ≤ Modelo de intercambio puro 137 Las funciones de demanda de los dos consumidores se obtienen a partir de la resolución de un pro- blema de maximización del bienestar sujeto a la restricción presupuestaria. Por lo tanto, para obtener las demandas del consumidor A, que tiene preferencias del tipo Cobb-Douglas, debe resolverse el siguiente sistema de ecuaciones: Como la mercancía 2 se toma como numerario, se tiene que p 2 ϭ1: La resolución de este sistema proporciona las funciones de demanda del consumidor A puesto que al tratarse de preferencias regulares se verifica la condición de estricta cuasiconcavidad de la función de utilidad: Las funciones de demanda del consumidor B se hallan teniendo en cuenta que sus preferencias se corresponden con bienes complementarios perfectos relación 1:1 y que, en consecuencia, debe repar- tir su presupuesto entre los dos bienes: Sustituyendo estos resultados en la expresión [2] se tiene el exceso de demanda agregada del bien 1, el cual debe ser nulo en equilibrio: La resolución de esta ecuación proporciona el precio relativo de equilibrio: p 1 ϭ1 Como el bien 2 se ha tomado como numerario (p 2 ϭ1), este resultado indica que en equilibrio wal- rasiano el precio de ambos bienes debe ser idéntico. Es decir, solamente se puede determinar el pre- cio relativo de equilibrio, pero no unos precios absolutos. Las asignaciones de equilibrio de cada consumidor se calculan sustituyendo en las demandas correspondientes p 1 por su valor de equilibrio: Z p p p p 1 1 1 1 1 3 1 2 3 3 1 1 0 ( ) P = ÷ − ÷ ÷ ÷ − = x x p p p p p p B B B B 1 2 1 1 2 2 1 2 1 1 3 1 = = ÷ ÷ = ÷ ÷ ω ω x p p p x p p A A 1 1 1 1 2 1 1 3 1 2 3 2 1 2 3 1 2 3 2 1 ( ) ( ) P P = ÷ = ÷ = ÷ = ÷ 2 2 x x p p x x p A A A A 2 1 1 1 1 2 1 3 1 = ÷ = ÷ ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 RMS u u x x p p p x p x p p A A A A A A A A = = = ÷ = ÷ 1 2 2 1 1 2 1 1 2 2 1 1 2 ω ωω 2 A ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 138 Microeconomía avanzada c) El Conjunto de Pareto de la economía es la misma que se ha hallado en el apartado a) como se justifica a continuación. El Conjunto de Pareto sólo depende de las preferencias de los consumi- dores y de la cantidad total de bienes en la economía. Las preferencias no han cambiado, ni tam- poco las cantidades disponibles de los bienes (cuatro unidades de cada uno) como se deduce del hecho de que la asignación mejor es Esta asignación que proporciona el enunciado es eficiente pues verifica la expresión matemática del Conjunto de Pareto hallada en el apartado a). Se trata ahora de encontrar una distribución inicial de bienes (una dotación inicial) que convierta esa asignación mejor (o eficiente) en un equilibrio walrasiano. El segundo teorema de la economía del bienestar garantiza, bajo ciertas condiciones, que esto es posible. Para hallar el precio relativo de equilibrio, sin conocer las dotaciones iniciales de cada individuo, debe tenerse en cuenta que el equilibrio necesariamente ha de ser eficiente (en ausencia de fallos de mercado). Es decir, sea cual sea ese equilibrio debe ocurrir que se cumpla la expresión del Conjunto de Pareto: . Dado que las preferencias del consumidor A son del tipo Cobb-Douglas, las fun- ciones de demanda presentan la siguiente forma genérica: Como se tiene que: El precio de equilibrio es la unidad sea cual sea la dotación inicial del consumidor A. La recta pre- supuestaria tiene como pendiente el cociente entre los precios cambiado de signo, por lo que es igual a –1, y debe pasar por la asignación que proporciona el enunciado: si ha de ser una asignación de equi- librio walrasiano ha de pertenecer a la recta presupuestaria. En el Gráfico 8.3.b se representa esta situa- ción: m p m p p p p A A 2 2 1 1 2 1 2 1 = ⇒ = ⇒ = x x A A 2 1 = x m p p p p x m p p p A A A A A A A 1 1 1 1 2 2 1 2 2 1 1 2 2 2 2 = = ÷ = = ÷ ω ω ω ω 22 2 2 A p x x A A 2 1 = x x ɵ ɵ A B = = ( , ); ( , ). 1 1 3 3 ( )* ( )* ( )* x p p x p x p A A B 1 1 1 2 1 1 1 3 1 2 2 3 1 2 2 3 = ÷ = = ÷ = = ÷ p p x p p B 1 2 1 1 1 2 3 1 2 ÷ = = ÷ ÷ = ( )* Modelo de intercambio puro 139 Gráfico 8.3.b El punto E es la asignación de equilibrio, por lo que la asignación de las dotaciones iniciales que se busca puede ser cualquier punto de la restricción presupuestaria [1] trazada en el gráfico. La ecua- ción de esa recta presupuestaria, cuya pendiente es Ϫ1 y pasa por el punto (1,1), es . En consecuencia, cualquier punto de esta recta sirve como dotación inicial de los consumidores, como por ejemplo: dado que , la cual se ha marcado como w en el Gráfico 8.3.b. Considere una economía de intercambio con dos únicos bienes (bien 1 y bien 2) y dos individuos (A y B). A tiene una dotación inicial que consiste en 20 unidades del bien 1 y 20 del bien 2. La dotación inicial de B consiste en 20 unidades del bien 1 y 40 del bien 2. A considera que los dos bienes son sustitutivos perfectos en una proporción 1 a 1. B considera que son com- plementarios perfectos y siempre quiere consumir 3 unidades del bien 2 por cada 2 del bien 1. a) Represente el Conjunto de Pareto de esta economía en una Caja de Edgeworth. Halle su expresión ana- lítica. b) ¿Qué precio relativo será necesario para que A y B se sitúen en el Conjunto de Pareto dada su dota- ción inicial de bienes? c) ¿Qué ocurre con el Conjunto de Pareto si las cantidades disponibles de ambos bienes son iguales, como por ejemplo, 40 unidades del bien 1 y 40 unidades del bien 2? 8.4. w w 1 2 4 = = ( , ) ( ´ , ´ ) ( , ) ( ´ , ´ ) ω ω ω ω 1 2 1 2 1 5 0 5 2 5 3 5 A A B B = = x x A A 2 1 2 =− ÷ 140 Microeconomía avanzada Solución a) De acuerdo con las funciones de utilidad del enunciado, el sujeto A tiene preferencias de sustitu- tivos perfectos, por lo que sus curvas de indiferencia son líneas rectas de pendiente -1. Las pre- ferencias del consumidor B son de complementarios perfectos con relación 2:3, por lo que sus curvas de indiferencia se representan mediante ángulos rectos cuyos vértices están en una línea de pendiente 3/2, que coincide con la diagonal de la Caja. El Gráfico 8.4.a representa tales pre- ferencias. Gráfico 8.4.a Una asignación como la del punto a es mejorable realizando intercambios para pasar a la asigna- ción b (mejora el bienestar del consumidor B) o a la c (mejora el bienestar del consumidor A). Como consecuencia, la asignación a no es eficiente. Esta situación no se produce a lo largo de la diagonal de la Caja de Edgeworth. El lector debe comprobar que en esa diagonal es preciso reducir el bienes- tar de un individuo para incrementar el bienestar del otro. En consecuencia, esas asignaciones situa- das sobre la diagonal de la Caja constituyen las asignaciones Pareto-eficientes de la economía. La expresión analítica del Conjunto de Pareto, dado que se trata de la diagonal, es la siguiente: b) Para la determinación del precio relativo que lleve a los dos consumidores a situarse sobre el Conjunto de Pareto debe tenerse en cuenta que el consumidor A presenta preferencias de sus- titutivos perfectos 1:1. En consecuencia, este consumidor sólo adquiere el bien más barato. Es x x A A 2 1 3 2 = Modelo de intercambio puro 141 decir, si la decisión de equilibrio de A es gastar la totalidad de su presupuesto en el bien 1 (se situará en algún punto de la pared horizontal inferior de la Caja —eje x 1 A —, dependien- do de su dotación inicial). Si la totalidad del presupuesto de A se gasta en el bien 2 (se situará en algún punto de la pared vertical izquierda de la Caja —eje x 2 A —, dependiendo de su dotación inicial). En definitiva, el consumidor A sólo puede estar en equilibrio en algún punto interior de la Caja de Edgeworth (o más específicamente, sobre el Conjunto de Pareto) si ambos precios son iguales (p 1 ϭp 2 ). Con esta relación de precios, también el consumidor B se sitúa sobre el Conjunto de Pareto, pues- to que sus preferencias siguen un patrón de complementarios perfectos y cualquier relación de precios lleva a este sujeto a situarse en el vértice de sus curvas de indiferencia, es decir, sobre el Conjunto de Pareto. c) En el caso en que las cantidades disponibles de ambos bienes sean iguales, la Caja de Edgeworth es un cuadrado y la línea que une los vértices de las curvas de indiferencia de B ya no coincide con la diagonal (véase Gráfico 8.4.b), aunque sigue siendo el Conjunto de Pareto de la economía. En consecuencia, se tiene un Conjunto de Pareto que no va desde un origen hasta el otro, dado que el origen del individuo A (O A ) no es eficiente. Este hecho puede comprobarse realizando inter- cambios que lleven a los individuos desde O A hasta cualquiera de las asignaciones representadas por los puntos a, b, c o similares. Con estos intercambios mejora el bienestar del individuo A sin que se reduzca el de B, lo que lleva a concluir que O A no es una asignación eficiente. Como ya ha sido indicado en la Cuestión 8.2, si las preferencias no cumplen los axiomas de regularidad, las asignaciones de los orígenes no tienen por qué ser eficientes. Gráfico 8.4.b Suponga una economía de intercambio puro formada por dos consumidores con preferencias regulares y un solo bien. Ambos agentes poseen dotaciones iniciales positivas del bien. Determine el conjunto de asig- naciones Pareto-eficientes de esta economía. Determine la asignación de equilibrio walrasiano y el pre- cio de equilibrio general competitivo. 8.5. p p 2 1 < p p 1 2 < 142 Microeconomía avanzada Solución En esta economía solamente existe un bien, por lo que su representación gráfica no puede hacer- se mediante una «caja», sino mediante un «segmento» (Gráfico 8.5). El extremo izquierdo del seg- mento es el origen del consumidor A y el consumo se representa desde ese punto hacia la derecha, lo que conlleva incrementos del bienestar en esa dirección. El extremo derecho es el origen del consumidor B y el consumo del bien se representa desde ese punto hacia la izquierda, lo que con- lleva incrementos del bienestar en esa dirección. El punto W del segmento es la dotación inicial, donde ω A es la cantidad inicial del bien que posee el consumidor A y ω B la que posee el consu- midor B. Para analizar la asignaciones Pareto-eficientes de la economía, tomamos W o cualquier otra asig- nación del segmento (c, d o similares). Se observa que cualquier intercambio entre los dos sujetos a partir de esas asignaciones supone una mejora en el bienestar de uno de ellos, a cambio de pérdidas de bienestar para el otro consumidor. De este hecho se deduce que todas las asignaciones del segmen- to son eficientes. Gráfico 8.5 Por lo que se refiere a la asignación de equilibrio, a partir de la dotación inicial W (que es eficien- te) no existe ningún intercambio que sea mutuamente ventajoso para los consumidores, por lo que W es la asignación de equilibrio (cada consumidor desea del bien la cantidad que ya tiene). Esto ocurre sea cual sea el precio de la mercancía, por lo que el equilibrio general competitivo se alcanza para cual- quier PϾ0. Considere una economía competitiva de intercambio puro con dos bienes y dos consumidores con prefe- rencias regulares. Razone analíticamente la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación: «Si todos los consumidores poseen las mismas dotaciones iniciales de los bienes y tienen, además, la misma estructu- ra de preferencias, entonces no se producirá intercambio alguno entre ellos». Solución El equilibrio walrasiano en una economía con dos consumidores y dos bienes se alcanza cuando los excesos de demanda agregada son nulos: Ahora bien, la Ley de Walras garantiza que si todos los mercados menos uno están en equilibrio, el mercado restante también lo estará. En consecuencia, basta con hallar el precio relativo que vacía Z e e x x A B A A B B 1 1 1 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) P P P P P = ÷ = = − ÷ − = ω ω 0 0 3 2 2 2 2 2 2 [ ( ) ( ) ( ) ( ) ( a] Z e e x x A B A A B P P P P P = ÷ = = − ÷ ω )) [ − = ω 2 0 3 B b] 8.6. Ow Modelo de intercambio puro 143 uno de los mercados, y el mercado del otro bien también estará en equilibrio. Trabajamos, por ejem- plo, con el exceso de demanda agregada del bien 1. Teniendo en cuenta que los consumidores pose- en las mismas dotaciones iniciales, (es decir, la misma restricción presupuestaria) y la misma estructura de preferencias, las cantidades demandadas de bienes serán idénticas para los dos indivi- duos Volviendo de nuevo a la expresión [3a] y teniendo presentes estas igualdades apunta- das se tiene: Dado que , también se verifica la igualdad . Es decir, las cantida- des deseadas de bienes por parte de los dos consumidores coinciden con las cantidades que ya pose- en como dotación inicial. En estas circunstancias no se produce intercambio alguno, por lo que la afirmación es cierta. Suponga una economía sin producción con dos personas (A y B) y dos bienes (1 y 2). Al Sr. A sólo le gus- ta el bien 1 y no le importa para nada el bien 2. Al Sr. B, por el contrario, sólo le importa el bien 2, mien- tras que el 1 le resulta neutral. Imagine que, inicialmente, el Sr. A posea todas las existencias del bien 1 y que el Sr. 2 posea todas las del bien 2. a) ¿Dónde están los óptimos de Pareto de esta economía? b) ¿Existe equilibrio walrasiano?, ¿para qué precios y cantidades? c) Imagine ahora que en la dotación inicial ambos agentes poseen cantidades positivas de ambos bienes. ¿Existe equilibrio walrasiano?, ¿dónde? Solución a) Para el individuo A, el bien 2 es neutral; en consecuencia, sus preferencias pueden representarse mediante líneas rectas totalmente verticales (U A 0 , U A 1 , etc., en el Gráfico 8.6.a). Para el individuo B el bien neutral es el 1, por lo que sus preferencias pueden representarse mediante líneas rectas totalmente horizontales (U B 0 , U B 1 , etc., en el Gráfico). La dotación inicial, de acuerdo con los datos proporcionados por el enunciado, es la representada por W. Para buscar las asignaciones Pareto-eficientes (el Conjunto de Pareto) analizamos algunas asig- naciones de la Caja de Edgeworth y comprobamos su eficiencia. Así por ejemplo, cualquier asigna- ción situada en el interior de la Caja (por ejemplo la asignación g) es susceptible de mejora ya que un intercambio de bienes a lo largo de la misma curva de indiferencia horizontal y hacia la derecha supone una mejora en el bienestar del consumidor A, sin que se reduzca el bienestar de B. De un modo similar, un intercambio de bienes a lo largo de la misma curva de indiferencia vertical donde se encuen- tra g y hacia abajo supone una mejora en el bienestar del consumidor B, sin que se reduzca el bienes- tar de A. En consecuencia, la asignación g (o cualquier otra situada en el interior de la Caja) no es eficiente. El análisis de las asignaciones situadas en alguna de las paredes de la Caja es muy similar al rea- lizado en la Cuestión 8.2, por lo que el lector deberá deducir que la única asignación eficiente en esa Caja de Edgeworth es la representada por el punto de las dotaciones iniciales, W. 8.7. x B B 1 1 ( ) P =ω x x A B A B 1 1 1 1 = = y ω ω 2 2 0 2 0 1 1 1 1 1 1 x x x A A A A A A ( ) ( ( ) ) ( ) P P P − = − = = ω ω ω ( ). x x A B 1 1 = ω ω 1 1 A B = 144 Microeconomía avanzada Gráfico 8.6.a b) El análisis del equilibrio walrasiano requiere introducir los precios de los bienes en el modelo, por lo que, en términos gráficos, deben trazarse rectas presupuestarias dentro de la Caja de Edge- worth (véase Gráfico 8.6.a). Las rectas presupuestarias tienen una inclinación mayor o menor, dependiendo de la relación entre los precios de los bienes, pero todas ellas pasan por la dotación inicial (ya que sean cuales sean los precios, la dotación inicial siempre es una asignación asequi- ble). Se han trazado, a modo de ejemplo, las rectas presupuestarias (1) y (2). Con cualquiera de ellas (es decir, para cualquier conjunto de precios relativos), el máximo bienestar para el indivi- duo A se alcanza en W y lo mismo sucede con el consumidor B. Por tanto, W es la asignación de equilibrio walrasiano de esta economía (no se produce intercambio a partir de la asignación ini- cial). El precio relativo de equilibrio, como acaba de comprobarse, puede ser cualquiera. c) Si los consumidores disponen de cantidades positivas de los dos bienes, la asignación de la dota- ción inicial es un punto interior de la Caja de Edgeworth. Supongamos, por ejemplo, que la nue- va dotación es el punto W del Gráfico 8.6.b. Gráfico 8.6.b Modelo de intercambio puro 145 Para buscar el equilibrio walrasiano, se introducen los precios en el modelo gráfico mediante rec- tas presupuestarias. Con la restricción presupuestaria (1) la elección maximizadora del bienestar para el consumidor A es el punto c. Para el consumidor B, su elección maximizadora puede ser c, pero tam- bién puede ser cualquier otra asignación de la misma curva de indiferencia y que pertenezca al con- junto presupuestario de ese consumidor (por ejemplo, una asignación como la dada por el punto d). No está garantizado, pues, que con el conjunto de precios de la recta (1) exista un equilibrio walrasia- no, dado que las elecciones de los dos consumidores podrían dar lugar a que la oferta no coincida con la demanda en ambos mercados. Si se toma una restricción presupuestaria como (2) se produce una situación muy similar. La elección maximizadora del bienestar para el consumidor B es el punto f. Para el consumidor A, su elección maximizadora puede ser f, pero también cualquier otra asignación de la misma cur- va de indiferencia y perteneciente a su conjunto presupuestario (por ejemplo, una asignación como la dada por el punto g). De nuevo, los deseos de oferta y demanda de los dos consumidores no tienen por qué coincidir para ese conjunto de precios, por lo que no existe un equilibrio walra- siano. Si los precios considerados son los representados por la restricción presupuestaria (3), la elección maximizadora del bienestar para el consumidor A es el punto E. Para el consumidor B, su elección maximizadora es también E. Con el conjunto de precios dado por la recta (3) sí está garantizada la coin- cidencia de los deseos de oferta y demanda por parte de los dos consumidores; es decir, se ha alcan- zado el equilibrio walrasiano. Considere las siguientes funciones indirectas de utilidad de dos consumidores A y B: Cada uno de los consumidores dispone como dotación inicial de 5,8 unidades del bien 1 y 2,1 unidades del bien 2. Calcule el precio relativo de equilibrio competitivo en esta economía, suponiendo que el bien 1 es el numerario (p 1 ϭ1). Solución A partir de la aplicación de la Ley de Walras, sabemos que basta hallar el precio relativo que vacía uno de los mercados, y el mercado del otro bien también estará en equilibrio. Trabajamos, por ejemplo, con el exceso de demanda agregada del bien 1, el cual debe ser nulo en una situación de equilibrio wal- rasiano: donde e i l representa la demanda neta del bien l por parte del consumidor i. Las demandas netas se obtie- nen a partir de la diferencia entre la demanda del bien l por parte de un consumidor i (x i l ) y su dota- ción inicial de ese bien (ω i l ). Es decir: Z e e x x A B A A B B 1 1 1 1 1 1 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) P P P P P = ÷ = = − ÷ − = ω ω 0 0 Z e e A B 1 1 1 0 ( ) ( ) ( ) P P P = ÷ = v p p m m p p v p p m p A B ( , , ) ln ln ln ( , , ) ( 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 = − − = 11 1 2 1 − − ÷ p m ) 8.8. 146 Microeconomía avanzada Las funciones de demanda de los dos consumidores se hallan a partir de la Identidad de Roy, pues- to que el enunciado no proporciona las funciones de utilidad de los consumidores, sino sus funciones indirectas de utilidad: En el caso que nos ocupa podremos obtener por esta vía las demandas de ambos bienes en la for- ma siguiente: : En este caso, la renta de los individuos no es más que el valor de sus correspondientes dotaciones iniciales de los bienes. Dado que ambas dotaciones son idénticas, tenemos que: Sustituyendo estos resultados en la expresión del exceso de demanda agregada del bien 1 se tiene el siguiente resultado: Como el bien 1 se ha tomado como numerario (p1ϭ1), este resultado indica que en equilibrio wal- rasiano el precio del bien 2 debe ser el doble que el del bien 1. Es decir, solamente se puede determi- nar el precio relativo de equilibrio, pero no unos precios absolutos. Z m p m p p p p 1 1 1 2 1 1 2 1 2 5 8 5 8 5 8 2 1 ( ) , , , , P = − ÷ ÷ − = = ÷ − − − 22 2 2 2 2 5 8 5 8 2 1 1 1 5 8 0 2 − ÷ ÷ ÷ − = ⇒ = , , , , * p p p m p p p p A A m B B m A B = ÷ = ÷ 1 1 2 2 1 1 2 2 ω ω ω ω == ÷ 5 8 2 1 2 , , p x m v m p v m m p A A A A A A A 1 1 1 1 2 ( , ) ( , ) ( , ) / P P P =− ∂ ∂ ∂ ∂ =− − 1 1 2 1 1 1 m m p x m v m p v m A A B B B B B B = =− ∂ ∂ ∂ ∂ ( , ) ( , ) ( , ) P P P mm m p p p m p p p B B B =− − ÷ = ÷ − − − − − 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 x m x m A B 1 1 ( , ) ( , ) P P y x m v m p v m m l l ( , ) ( , ) ( , ) P P P =− ∂ ∂ ∂ ∂ Modelo de intercambio puro 147 Resumen teórico 9.1. SUPUESTOS BÁSICOS Analizaremos ahora un modelo más general con las tres actividades económicas básicas: consumo, pro- ducción e intercambio: el Modelo 2 ϫ 2 ϫ 2 ϫ 2 con los siguientes supuestos: • Dos bienes de consumo • Dos consumidores (I ϭ2), que derivan utilidad de los anteriores bienes, de acuerdo con sendas funciones de utilidad bien definidas (continuas, monótonas y estrictamente crecientes y estric- tamente cuasicóncovas): • Dos inputs (F ϭ 2), cuyas dotaciones (ofertas) en la economía son fijas y que son pro- piedad de los consumidores: — cantidad de factor f ϭ1,2 propiedad del consumidor i ϭ1,2 — Por tanto: z z z f f f f ≡ ÷ = 1 2 1 2 ( , ) z f i : ( , ) z z 1 2 u x x i i i i ( , ); , 1 2 1 2 = ( ) , L x x =2 1 2 : Resumen teórico 9.1. Supuestos básicos 9.2. Eficiencia 9.3. Equilibrio walrasiano con producción 9.4. Eficiencia del equilibrio walrasiano con producción Cuestiones y problemas 9 TEMA 9 ECONOMÍAS CON PRODUCCIÓN • Dos empresas (J ϭ2) encargadas de producir los outputs (bienes de consumo): q 1 , q 2 , a partir de ambos inputs. Vamos a suponer que la empresa 1 es la encargada de producir el output 1 en exclusiva y la empresa 2 el output 2, de acuerdo con sendas funciones de producción bien com- portadas (continuas, monótonas y estrictamente crecientes, estrictamente cóncavas, que parten del origen y diferenciables): Las empresas son de propiedad privada, esto es, pertenecen a los consumidores en proporciones dadas y no negociables: cuota (tanto por uno) de la empresa j ϭ1,2 poseída por el consumidor i ϭ1,2. Evidentemen- te: 9.2. EFICIENCIA Para analizar la eficiencia emplearemos los criterios de Pareto. En el actual contexto es preciso ana- lizar la eficiencia en la producción, la eficiencia en el consumo y la denominada eficiencia asignati- va o conjunta. A) EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN Se trata de averiguar cómo deben asignarse los factores entre ambas empresas de forma que la pro- ducción se lleve a cabo de una manera Pareto-eficiente. Se dice que una asignación factorial es factible si cumple que: . Y se dice que una asignación factorial factible es no derrochadora cuando la anterior condición se cumple con igualdad. En este caso es posible la representación en forma de Caja de Edgeworth en la Producción: z z z f f f f 1 2 1 2 ÷ ≤ = ; , θ θ j j j 1 2 1 1 2 ÷ ≡ = , ( , ) θ j i : q f z z j j j j j = = ( , ); , 1 2 1 2 150 Microeconomía avanzada La anterior Caja de Edgeworth se ha elaborado combinando los mapas de isocuantas de ambas empresas. La dimensión de los ejes coincide con las existencias (ofertas) de factores. Las isocuantas de trazo continuo se corresponden con la producción de bien 1 y las de trazo discontinuo con la de bien 2. La asignación de factores no es Pareto-eficiente en la producción pues en ella caben: • Mejoras de Pareto en la producción: cambios en la asignación factorial mediante los cuales es posible aumentar la producción de al menos un bien sin reducir la de los demás. Cuando se agotan todas las posibles mejoras de Pareto en la producción llegamos a un: • Óptimo de Pareto en la producción: asignación factorial a partir de la cual ya no es posible pro- ducir más cantidad de un bien a no ser que reduzcamos la de los demás. A estas asignaciones se les denomina Pareto-óptimas o Pareto-eficientes en la producción y el conjunto de todas ellas conforma el: • Conjunto de Pareto en la producción: con tecnologías regulares es el lugar geométrico de los pun- tos de tangencia entre las curvas isocuantas de los empresas, esto es, donde se igualan las Rela- ciones Marginales de Sustitución Técnicas de las diferentes empresas: En la Caja de Edgeworth representada previamente el CPP viene representado por la línea 0 1 Ϫ0 2 . Nótese que el CPP pasa por los orígenes de la Caja. La información recogida en el CPP puede representarse alternativamente en forma de Curva de Transformación o Frontera de Posibilidades de Producción (FPP). Se trata del lugar geométrico de las combinaciones de bienes que es posible producir en condicio- nes de eficiencia. Su contrapendiente, en cada punto (tan α), es la Relación Marginal de Transformación entre Bienes (RMT) que informa sobre la cantidad de output 2 a la que la economía debe renunciar si CPP( , ) ( , ) / : ( ) f RMST RMST j z z z z z z z z = = ÷ = = 1 2 1 2 1 1 2 (( ) z 2 ¦ ¦ ˆ z Economías con producción 151 se desea aumentar marginalmente el output 1 en condiciones de eficiencia. Puede demostrarse que: B) EFICIENCIA EN EL CONSUMO Hemos visto cómo la FPP nos ofrece todas las combinaciones de bienes 1 y 2 que la economía pue- de obtener en condiciones de eficiencia en la producción. Supongamos que nos encontramos en el pun- to . En ese punto se está produciendo que son las cantidades máximas de los bienes disponibles, en este momento, para el consumo. Esto es, juegan el papel de las dotaciones iniciales en el modelo previo. Con esas «dotaciones» es posible construir una Caja de Edgeworth en el consumo y encontrar el lugar geométrico de las asignaciones de bienes Pareto-eficientes en el consumo, esto es, el Conjunto de Pareto en el Consumo (CP) de acuerdo con lo estudiado en el tema de intercambio puro. Con pre- ferencias regulares sabemos que es el lugar geométrico de las tangencias entre curvas de indiferencia de ambos consumidores: C) EFICIENCIA CONJUNTA Hemos visto cómo la asignación de outputs es Pareto-eficiente en la producción y cómo la asig- nación de bienes es Pareto-eficiente en el consumo. Sin embargo, la asignación de producción-con- sumo no es conjuntamente eficiente. El motivo es que en ella la RMS en el consumo y la RMT no coinciden: tan tan β α ≡ ≡ RMS RMT ′′ ( ) q x , ˆ ˆ x ′′ q CP( , ) ( , ) / : ( ) ( u w w RMS RMS i = = ÷ = = x x x x x x x 1 2 1 2 1 1 2 2 ) ) ¦ ¦ ( , ) w w 1 2 ( , ) q q 1 2 ′′ ′′ ′′ q RMT dq dq f z f z f z f z ≡− = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ 2 1 2 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2 FPP 11 152 Microeconomía avanzada Esto es, en lo que los consumidores valoran el bien 1 (en términos del 2) es mayor que el coste-oportunidad del bien 1 (en términos del 2). Así pues, podría aumentarse el bienestar social des- viando marginalmente recursos de la producción de 2 a la de 1. En el gráfico, la asignación cumple los tres requisitos de eficiencia: 1. Pareto-eficiente en la producción, pues pertenece a la FPP: RMST 1 ϭRMST 2 2. Pareto-eficiente en el consumo, pues pertenece al CP: RMS 1 ϭRMS 2 3. Conjuntamente eficiente pues en ella: RMS ϭRMT La solución del planificador: En este epígrafe vamos a obtener las condiciones de eficiencia paretiana de la economía planteando el programa de optimización al que se enfrentaría el planificador omnisciente: max ( , ) ( , ) ( , . . : u x x u u x x q f z s a 1 1 1 2 1 2 2 1 2 2 2 1 1 1 1 ≤ ≤ zz q f z z x x q x x q z 2 1 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 ) ( , ) ≤ ÷ ≤ ÷ ≤ ÷zz z z z z 1 2 1 2 1 2 2 2 ≤ ÷ ≤ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇔ mmax ( , , , , , ) ( , ) L x x q q z z u x x 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 2 1 = ÷ ÷µ u u u q x q x q f z z 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 − − − l l ÷ ÷ − ( , ) ( , ) λ l l ÷ − − − l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 λ 2 2 2 1 1 1 2 2 1 q f z z z z ( , ) 11 1 ɶ ɶ q, x ( ) ′′ ( ) q x , ˆ Economías con producción 153 Cuyas condiciones necesarias son: De donde deducimos las siguientes condiciones de: • Eficiencia en el Consumo: • Eficiencia en la producción: • Eficiencia conjunta: 9.3. EQUILIBRIO WALRASIANO CON PRODUCCIÓN Vamos a suponer que todos los mercados (de factores y de bienes) funcionan en condiciones perfec- tamente competitivas. Los precios de los bienes Pϭ(p 1 , p 2 ) y de los inputs wϭ(w 1 , w 2 ) son, por tan- to, paramétricos. Cada consumidor y cada empresa los toma como datos y resuelve su propio problema de optimización individual: 1. LAS EMPRESAS Sabemos que el problema de maximización del beneficio puede plantearse de dos formas equivalen- tes: el procedimiento en una o en dos etapas. 1.1. Procedimiento en una etapa Empresa : j B z z p f z z j j j j j j j = ≡ ⋅ 1 2 1 2 1 2 , max ( , ) ( , ) −− − ≥ w z w z j j s a z j j z 1 1 2 2 1 2 . .: ( , ) 0 D B A x x q , , : ( ) ( ) ( ) RMS RMS RMT 1 1 2 2 = = C z z : ( ) ( ) RMST RMST 1 1 2 2 = A x x : RMS RMS 1 1 2 2 ( ) ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) 1 0 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 ∂ ∂ = ÷ ⋅ = ∂ ∂ L x u u L x x x µ 11 2 1 1 2 2 2 0 1 = ÷ ⋅ = ' ! 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 u u ( ) ( ) : ( ) / x x A µ (( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 ⇒ = ⇔ u u u u RMS x x x x x == ∂ ∂ =− ⋅ ÷ = RMS L q u 2 2 1 1 2 2 1 3 0 4 ( ) ( ) ( ) ( ) x x µ λ ∂ ∂ ∂ =− ⋅ ÷ = ' ! 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 L q u 2 2 2 2 2 0 3 µ λ ( ) : ( ) / x B (( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 5 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 ⇒ = ≡ ∂ ∂ λ λ u u RMS L z x x x 11 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 0 6 =− ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = ∂ ∂ 1 λ λ f z f z L ( ) ( ) ( ) z z zz f z f z 2 1 1 1 2 1 2 2 2 2 2 0 =− ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 λ λ ( ) ( ) z z ++ 1 1 1 1 1 1 ⇒ ⇒ = C z z D : ( ) / ( ) ( ) ( ) : ( ) 5 6 5 1 1 2 2 RMST RMST ,,( ) 6 1 2 2 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2 1 ⇒ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = λ λ f z f z f z f z RMT T( ) q ' ! 1 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 154 Microeconomía avanzada Las condiciones necesarias de máximo implican: A partir de ellas podemos obtener sus demandas de inputs: 1.2. Procedimiento en dos etapas Las condiciones necesarias de máximo implican: A partir de ella podemos obtener su oferta de output: 2. LOS CONSUMIDORES El problema de los consumidores es: Donde la renta del consumidor viene dada por: Las condiciones necesarias de máximo implican: Y las demandas de bienes serán: Caracterización del equilibrio walrasiano con producción El siguiente vector de precios y asignaciones: constituye un equilibrio walrasiano con producción si: donde: y P* w* * * * * ≡ = ( , ) ( , ) p p w w 1 2 1 2 P* w* x P* w* z P* w* , , ( , ), ( , ) ¦ ¦ x P w i i i x p p w w x p p w w ( , ) ( , , , ) ( , , , ) ≡ í ( · 1 1 2 1 2 2 1 2 1 2 ·· · · 1 ) RMS x x p p i i i ( , ) 1 2 1 2 = m w z w z p p i i i i i ( , ) ( , ) ( , P w w ≡ ÷ ÷ ⋅ ÷ ⋅ 1 1 2 2 1 1 1 2 2 2 θ θ Π Π ww) Consumidor i u x x i i i =1 2 1 2 , : max ( , ) ) . .: ( ( , ) , ) s a m p x p x x i i i i i x P w 0 ≥ ÷ ≥ 1 1 2 2 1 2 q p w w j j ( , , ) 1 2 p CMg q w w j j j = ( , , ) 1 2 Empresa : j B q p q C q w w j j j j j j s = ≡ ⋅ − 1 2 1 2 , max ( ) ( , , ) .. .: a q j ≥ 0 z w j j j j j j p z p w w z p w w ( , ) ( , , ) ( , , ) ≡ í ( · · · · · 1 1 1 2 2 1 2 )) p f z z z w p f z z z w j j j j j j j j j j ⋅ ∂ ∂ = ⋅ ∂ ∂ = ( , ) ( , ) 1 2 1 1 1 2 2 22 1 2 1 2 ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ = RMST z z w w j j j ( , ) Economías con producción 155 • (1.a) Maximiza el beneficio de todas las empresas • (1.b) Maximiza la utilidad de todos los consumidores • (2.a) Vacía los mercados de factores. Con . Y en donde: es la función de exceso agregado de demanda de factor j ϭ1,2. • (2.b) Vacía los mercados de bienes. Donde es la función de exceso agregado de demanda de bien l ϭ1,2. Propiedades de las funciones de exceso agregado de demanda 1. Continuas 2. HG0 en (P*, w*) 3. Ley de Walras. El valor conjunto de todos los excesos de demanda agregados (de bienes y de fac- tores) se anula. Implicaciones sobre el equilibrio walrasiano: La demostración es inmediata a partir del anterior resultado. La demostración es inmediata a partir de la Ley de Walras y la homogeneidad de grado cero de las funciones de exceso de demanda agregadas. 2.ª) Indeterminación de los precios absolutos de equilibrio: el equilibrio walrasiano depen- de de los precios relativos de los bienes y factores. 1.ª) Ley de Walras: si tres mercados están en equilibrio, el cuarto también deberá estarlo. p Z p Z w F w F 1 1 2 2 1 1 2 2 ⋅ ÷ ⋅ ÷ ⋅ ÷ ⋅ ( , ) ( , ) ( , ) ( , ) P w P w P w P w ==0 Zl ( ) P*, w* Z x x q p 1 1 1 1 2 1 1 ( ) ( , *) ( , *) ( , *) P*, w* P* w P* w w * = ÷ − =0 0 2 2 1 2 2 2 2 Z x x q p ( ) ( , *) ( , *) ( , * P*, w* P* w P* w w * = ÷ − ) ) =0 Ff ( ) P*, w* z z z z z z 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 ≡ ÷ ≡ ÷ y F z p z p z F 1 1 1 1 1 2 2 1 2 0 ( ) ( , *) ( , *) ( P*, w* w w P* * * = ÷ − = ,, w* w w * * ) ( , *) ( , *) = ÷ − = z p z p z 2 1 1 2 2 2 1 0 u u i i i i i i x P* w* x x P* w* ( , ) ( , ) l l ≥ l l ∀ ∈CA Π j j j j j j j p w w p f z z w z w z ( , ) ( , ) * * * * * * , 1 2 1 2 1 1 2 2 ≥ − − jj 156 Microeconomía avanzada 9.4. EFICIENCIA DEL EQUILIBRIO WALRASIANO CON PRODUCCIÓN Con preferencias y tecnologías regulares vamos a demostrar que el equilibrio walrasiano cumple los tres requerimientos de la Eficiencia Paretiana. 1. ES EFICIENTE EN LA PRODUCCIÓN El problema de maximización del beneficio en una etapa de las empresas implica que: Además, como en equilibrio walrasiano los mercados de factores se vacían, , la asignación factorial de equilibrio walrasino es Pareto-eficiente en la producción. 2. ES EFICIENTE EN EL CONSUMO El problema de maximización de la utilidad de los consumidores implica que: Además, como en equilibrio walrasiano los mercados de bienes se vacían, , la asignación de bienes de equilibrio walrasino es Pareto-eficien- te en el consumo. 3. ES CONJUNTAMENTE EFICIENTE • Demostraremos un resultado preliminar: Sea el Coste Total de Producción en el que incurre la Economía (o sea, la suma de todas las empresas) en su conjunto. Nótese que este coste es constante a lo largo de la FPP dado que en ella tanto las dotaciones factoriales como los precios de los inputs están dados: Así pues, situándonos sobre la FPPy diferenciando totalmente la primera línea de la anterior cade- na de igualdades: 0 1 1 1 1 2 2 1 = = ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ dC C q q dq C q CMg FPP ( , ) ( , ) w w q q dq CMg 2 2 2 C C q C q w z q w z q = ÷ = = ÷ 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 1 ( , ) ( , ) [ ( , ) ( , w w w w 11 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 )] [ ( , ) ( , )] [ ( , ÷ ÷ = = w z q w z q w z q w w w )) ( , )] [ ( , ) ( , )] ÷ ÷ ÷ = = z q w z q z q w z 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 1 1 w w w ÷÷ = w z C 2 2 ( ) w C C = ( ) w RMT CMg CMg = 1 2 x P w x P w q P w 1 2 ( *, *) ( *, *) ( *, *) ÷ = RMS p p RMS 1 1 1 2 2 2 [ ( *, *)] [ ( *, *)] x P w x P w * * = = z w z w * * 1 1 2 2 ( , *) ( , *) p p ÷ = z RMST p w w RMST p 1 1 1 1 2 2 2 2 [ ( , *)] [ ( , *)] z w z w * * * * = = Economías con producción 157 Operando: El problema de maximización del beneficio en dos etapas de las empresas implica que: Dividiendo ambas ecuaciones: De acuerdo con la demostración previa y el comportamiento óptimo de los consumidores: Que es la condición de eficiencia conjunta. Cuestiones y problemas Obtenga la Frontera de Posibilidades de Producción (FPP) en una economía con dos outputs (1 y 2), obte- nidos a partir de dos factores (z 1 y z 2 ), sabiendo que las funciones de producción de los dos outputs son las siguientes: y que las dotaciones factoriales totales en la economía son: Solución A la luz de las funciones de producción que proporciona el enunciado se deduce que los dos factores productivos son sustitutivos perfectos, tanto produciendo el bien 1 como el bien 2. La obtención de la FPP requiere hallar, en primer lugar, el Conjunto de Pareto en la producción, para conocer las asignaciones eficientes de factores. Este Conjunto no puede calcularse mediante el procedimiento matemático habitual de igualar las relaciones marginales técnicas de sustitución, RMST 1 ϭRMST 2 , ya que las dos tecnologías son repre- sentativas de factores sustitutivos perfectos. En consecuencia, se recurre al análisis gráfico. El Gráfico 9.1.a representa las isocuantas de las dos tecnologías, que son líneas rectas de pendien- te Ϫ1 para la empresa que produce el bien 1 y de pendiente Ϫ2 para la empresa que produce el bien 2. En ese gráfico también se señala el nivel de producción que representa cada isocuanta, el cual depen- de de la cantidad de factores que se está utilizando. A modo de ejemplo, en el punto a la empresa 1 utiliza dos unidades del factor 2 y ninguna del lo que llevado a su función de pro- ducción supone un output de dos unidades del bien 1. La empresa 2 en ese mismo punto utiliza dos 1 2 0 2 1 1 1 ( ), z z = = y z z 1 2 2 2 = = ; q z z q z z 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 = ÷ = ÷ 9.1. RMS RMS RMT q 1 1 2 2 [ ( *, *)] [ ( *, *)] [ ( *, * x P w x P w P w = = ))] CMg q p CMg q p RMT 1 1 1 2 2 2 [ *, ( , *)] [ *, ( , *)] w w w w * * = p p 1 2 * * CMg q p p CMg q p 1 1 1 1 2 2 2 [ *, ( , *)] [ *, ( , *)] w w w w * * * = = p p 2 * CMg q CMg q dq dq RMT 1 1 2 2 2 1 ( , ) ( , ) w w =− ≡ FPP 158 Microeconomía avanzada unidades del factor 1 y ninguna del ; sustituyendo en su función de producción se calcula un output de cuatro unidades del bien 2. Las isocuantas que parten de a tienen anotado al lado esos valores de la producción. De modo similar se halla la producción que representan el resto de iso- cuantas. Gráfico 9.1.a Para la obtención del Conjunto de Pareto en la producción se analiza la eficiencia de diferentes asig- naciones de la Caja de Edgeworth. Así por ejemplo, cualquier asignación situada en el interior de la Caja (por ejemplo la asignación h) es susceptible de mejora, ya que una reasignación de factores a lo largo de la misma isocuanta de la empresa 1 y hacia la izquierda supone una mayor producción del bien 2, sin que se reduzca la producción del bien 1. En consecuencia, la asignación h (o cualquier otra situada en el interior de la Caja) no es eficiente. Si el análisis se realiza sobre asignaciones situadas en alguna de las paredes de la Caja se tiene el siguiente resultado. Una asignación como la representada por el punto j no es eficiente, porque una rea- signación de factores sobre la isocuanta q 1 ϭ1 y hacia la izquierda supone una mayor producción de la empresa 2, sin que la empresa 1 se vea perjudicada en términos de producción. Un análisis análogo en la asignación m muestra que tampoco es eficiente porque una reasignación de factores sobre la isocuanta q 2 ϭ1 desde m hacia la izquierda supone una mayor producción de la empresa 1, sin que la empresa 2 reduzca su producción. Un análisis similar en la asignación b muestra que tampoco es eficiente. Si este análisis de eficiencia se realiza en la asignación c, se aprecia que un intercambio a lo largo de la isocuanta q 1 ϭ3 o a lo largo de q 2 ϭ2 significa que una empresa mantiene su producción, pero a cambio de una merma en la producción de la otra. En consecuencia la asignación c es eficiente. El lector debe analizar la asignación d o similares y las correspondientes a los dos orígenes y com- probar que existe eficiencia. En resumen, las asignaciones de factores eficientes en esta economía son las que se representan en el Gráfico 9.1.a en trazo grueso y que comprenden las paredes vertical izquierda y horizontal supe- rior de la Caja. La información proporcionada por este Conjunto de Pareto en la Producción debe trasladarse ahora a otro gráfico donde se representa la FPPde la economía (véase Gráfico 9.1.b). En primer lugar, 2 2 0 1 2 2 2 ( ; ) z z = = Economías con producción 159 se van a buscar los puntos de corte de la FPP con los ejes (es decir, la máxima cantidad que puede producirse de un bien suponiendo que todos los factores se destinan a producirlo). Si se toma el ori- gen O 1 del Gráfico 9.1.a, todos los factores (dos unidades del factor 1 y dos del factor 2) están utili- zados en la producción del bien 2, por lo que la producción del bien 1 es nula (q 1 ϭ0) y la del bien 2 (la máxima posible) se obtiene sustituyendo en la correspondiente función de producción: q 2 ϭ 2.2ϩ2 ϭ6 Si se toma el origen O 2 del Gráfico 9.1.a, todos los factores (dos unidades del factor 1 y dos del fac- tor 2) están utilizados en la producción del bien 1, por lo que la producción del bien 2 es nula (q 2 ϭ0) y la del bien 1 (la máxima posible) se obtiene sustituyendo en la correspondiente función de producción: q 1 ϭ 2 ϩ2 ϭ4 En resumen, los puntos de corte de la FPP con los ejes cartesianos son (0,6) y (4,0). Gráfico 9.1.b En segundo lugar, debe tenerse en cuenta que cada punto del Conjunto de Pareto en el Producción se corresponde con un punto de la FPP. Así, el punto c del Gráfico 9.1.a indica unas producciones de q 1 ϭ3 y q 2 ϭ2. Esta información da lugar al punto cЈ del Gráfico 9.1.b. El punto d indica unas pro- ducciones de q 1 ϭ1 y q 2 ϭ5, lo que da lugar al punto dЈ en el Gráfico 9.1.b; y así sucesivamente. Ahora bien, el punto angular que presenta el Conjunto de Pareto en a va a tener consecuencias sobre la pendiente de la FPP. Nótese, por un lado, que para valores de la producción de q 1 menores que 2, a medida que disminuye la producción de q 1 en una unidad, se incrementa la producción de q 2 tam- bién en una unidad (esto ocurre, por ejemplo, al pasar del punto a al d, o del d al O 1 en el Gráfico 9.1.b). Este hecho indica que el coste de oportunidad es la unidad o, en otras palabras, que la relación mar- ginal de transformación RMT 1 2 ϭ1. En consecuencia, para valores de q 1 Ͻ2 la pendiente de la FPP es Ϫ1. Por otro lado, para valores de la producción de q 1 mayores que 2, a medida que disminuye la pro- ducción de q 1 en una unidad, se incrementa la producción de q 2 en 2 unidades (esto ocurre, por ejem- plo, al pasar del punto O 2 al c, o del c al a en el Gráfico 9.1.a). Este hecho indica que el coste de oportunidad es 2 o, en otras palabras, que la RMT 1 2 ϭ2. En consecuencia, para valores de q 1 Ͼ2 la pen- diente de la FPP es Ϫ2. 160 Microeconomía avanzada En definitiva, la FPP de esta economía es una recta quebrada que presenta un punto angular en aЈ, asignación que se corresponde con la del punto a del primer gráfico. Suponga una economía en la que se producen dos mercancías (q 1 y q 2 ) a partir de dos inputs z 1 y z 2 de acuer- do con las siguientes funciones de producción: donde z j f representa la cantidad del input f utilizado por la empresa j. La cantidad de ambos inputs en la economía está limitada, de modo que sólo se dispone de del pri- mer factor y de del segundo. a) Halle el conjunto de asignaciones Pareto-eficientes en la producción. b) ¿Sería productivamente eficiente una asignación igualitaria de los factores entre las dos empresas? Solución a) El Conjunto de Pareto para la producción recoge todas las asignaciones factoriales eficientes en la producción. Se requiere que las asignaciones factoriales sean factibles y no derrochadoras y que coincidan las relaciones marginales de sustitución técnicas (RMST) para las dos empresas: Hallamos la RMST de cada una de las empresas a partir de los cocientes entre las productividades marginales: Se igualan ambas RMST para que se verifique la condición de eficiencia: Dado que las asignaciones factoriales han de ser factibles y no-derrochadoras, tenemos que: por lo que la igualdad anterior puede escribirse como: que es la expresión del Conjunto de Pareto en la producción. z z z z z z z z z z z z 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 = − − − − − ( ) ( ) ( 22 1 0 ) = z z z z z z 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 = ÷ = ÷ y que , RMST RMST z z z z 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 = = [ ] RMST f q f z f q f z z z 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 = = − / / ( ) ( ) / / 2 2 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1 2 2 ( ) ( ) / / / z z z z RMST f q f z f q − = = // ( ) ( ) ( ) ( ) / / / f z z z z z 2 2 1 2 2 3 2 2 2 3 1 2 1 3 2 2 1 1 3 2 3 = − − // 3 2 2 1 2 2 = z z RMST RMST 1 2 = z 2 z 1 q z z q z z 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 3 2 2 2 3 = = ( ) ( ) ( ) ( ) 9.2. Economías con producción 161 b) Una asignación igualitaria de los factores entre las dos empresas significa que: Resulta evidente que con esta asignación de factores: por lo que no se verifica la condición [1] de eficiencia. Suponga una economía en la que se producen dos bienes a partir de un único input de acuerdo con las siguientes funciones de producción: donde q 1 y q 2 representan los outputs, z 1 y z 2 representan las cantidades de input utilizadas por cada empresa y α y β son parámetros positivos. En la economía existe un único consumidor que posee las empre- sas y la totalidad del input que no es directamente consumible. Este consumidor obtiene utilidad de los bienes de consumo de acuerdo con la siguiente función: Obtenga el precio relativo y la asignación de bienes correspondientes al equilibrio walrasiano y com- pruebe que es Pareto-eficiente. Solución El equilibrio de una economía con un único consumidor y en la que existe producción se alcanza cuan- do se verifica la siguiente igualdad: El valor de la RMS se halla a partir de la función de utilidad que representa las preferencias del con- sumidor: La RMT puede hallarse de dos modos. El primero de ellos, a partir de las productividades del fac- tor z en la elaboración de cada uno de los bienes: Puesto que la RMT toma un valor constante, se trata de una FPP lineal con pendiente El segundo método requiere el cálculo de la función de transformación T(q 1 , q 2 ), es decir, de la expresión matemática de la FPP. Para este cálculo se parte de la tecnología que se utiliza para pro- ducir cada uno de los bienes: − β α . RMT f f f z f f f z = = 2 2 1 1 β α RMS u u x x = = 1 2 2 1 RMS p p RMT = = 1 2 2 [ ] u x x x x ( , ) 1 2 1 2 = ( ) z q z q z 1 1 2 2 = = α β 9.3. z z z z 2 1 1 1 2 2 1 2 = z z z z z z z z 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 = = = = ; ; 162 Microeconomía avanzada Se tiene en cuenta, además, que la cantidad total del factor z está dada: donde T(q 1 , q 2 ) ϭ0 es la expresión de la función de transformación en su forma implícita. A partir de ella, la RMT se obtiene del modo siguiente: Sustituyendo los valores de la RMS y la RMT en la expresión [2] del equilibrio, se tiene: Para hallar la asignación de equilibrio se ha de tener en cuenta que debe ser alguna perteneciente a la FPP y en la que el consumidor esté maximizando su bienestar, dados los precios. Esto sucede en el punto E del Gráfico 9.3. Gráfico 9.3 Se observa, pues, que la asignación de equilibrio viene dada por la tangencia entre la FPP y una curva de indiferencia del consumidor: x x z q q 2 1 1 2 = = ÷ β α α β ? ? x x p p p p 2 1 1 2 1 2 = = ⇒ = β α β α RMT f T f q f T f q = = = / / / / 1 2 1 1 α β β α z z z q q q q z T q q = ÷ = ÷ ÷ − = = 1 2 1 2 1 2 1 2 0 α β α β ( , ) z q z q 1 1 2 2 = = α β Economías con producción 163 Debe tenerse en cuenta, además, que en equilibrio las cantidades consumidas deben coincidir con las producidas (x 1 ϭq 1 y x 2 ϭq 2 ), por lo que el sistema de ecuaciones a resolver es el siguiente: De la resolución del sistema resultan las siguientes asignaciones de equilibrio walrasiano: La RMS del consumidor, de acuerdo con este resultado, toma el siguiente valor: x Este valor de la RMS coincide con el de la RMT (RMS ϭRMT), que es la condición de eficiencia en una economía con producción y un único consumidor. En consecuencia, el equilibrio hallado con anterioridad es eficiente. Suponga una economía en la que se producen dos bienes con un único input z, cuyas existencias totales están dadas. Las funciones de producción de los bienes son: q 1 ϭ(z 1 ) α q 1 ϭ(z 1 ) α Ͼ 0 donde z 1 y z 2 son las cantidades del factor empleadas en la producción del bien 1 y del bien 2, respectiva- mente. a) Halle la expresión de la Frontera de Posibilidades de Producción (FPP) o Curva de Transformación de esta economía. b) Imponiendo las condiciones adecuadas sobre los parámetros α y β, demuestre que si ambas fun- ciones de producción son estrictamente cóncavas, entonces la FPP será también estrictamente cón- cava. Solución a) La FPP de esta economía se halla de un modo similar al Ejercicio 9.3. Se parte de la tecnología que se utiliza para producir cada uno de los bienes: Se tiene en cuenta, además, que la cantidad total del factor z está dada: donde T(q 1 ,q 2 ) ϭ0 es la expresión de la función de transformación en su forma implícita. z z z q q q q z T q q = ÷ = ÷ ÷ − = = 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 0 / / / / ( , ) α β α β z q z q 1 1 1 2 2 1 = = / / ; α β ( ) z 9.4. x z x z 1 2 2 2 = = α β ; x x z x x 2 1 1 2 = = ÷ β α α β ? ? 164 Microeconomía avanzada b) Para que la FPP de la economía sea estrictamente cóncava se necesita que la RMT sea creciente: . Se precisa, por tanto, hallar el valor de la RMT, lo cual se lleva a cabo a partir de la función de transformación calculada en el apartado anterior: lo que indica que la FPP presenta pendiente negativa, ya que: Se comprueba ahora el crecimiento de esta RMT: Esta expresión debe ser positiva para que se verifique la estricta concavidad de la FPP. De acuer- do con el enunciado, las funciones de producción son estrictamente cóncavas lo que equivale a lo siguiente: Volviendo a la expresión [3] y teniendo en cuenta estos valores de α y β y el signo de , se comprueba que, tanto el signo del numerador como el del denominador son positivos. Es decir: , como queríamos demostrar. dRMT dq 1 0 dq dq 2 1 dq dz z d q d z z 1 1 1 1 2 1 1 2 1 2 0 1 0 1 = = − < ⇒ < − − α α α α α α ( ) ( ) ddq dz z d q d z z 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 0 1 0 = = − < ⇒ < − − β β β β β β ( ) ( ) 1 1 dRMT dq q q 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 = − í ( · · · 1 ) − − í − − β α α β α β (( · · · 1 ) í ( · · · · 1 ) − − − q dq dq q q 2 1 2 2 1 1 1 1 2 1 1 β α β = = − í ( · · · 1 ) − − − − 2 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 β α α β α β q q íí ( · · · 1 ) − í ( · · · · · · · 1 − − − q q q 2 1 2 1 1 1 2 1 1 β α β β α )) í ( · · · · 1 ) − − q q 1 1 1 2 1 1 2 3 α β [ ] RMT dq dq dq dq =− ⇒ < 2 1 2 1 0 0 RMT f T f q f T f q q q q = = = − − / / ( / ) ( / ) 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 α β β α α β 11 1 1 2 1 1 0 α β − − q dRMT dq 1 0 Economías con producción 165 Resumen teórico 10.1. INTRODUCCIÓN Se trata de situaciones en las que los mercados competitivos no consiguen asignar eficientemente los recursos, bien porque no exista el equilibrio walrasiano, bien porque aun existiendo no se logre un óptimo de Pareto. Esto es, se trata del incumplimiento del Primer Teorema de la Economía del Bie- nestar. Nos centraremos en el estudio de dos tipos de fallos: las externalidades y los bienes públicos. Equilibrio Walrasiano Óptimo de Pareto FALLO DE MERCADO Resumen teórico 10.1. Introducción 10.2. Externalidades 10.3. Posibles soluciones a las externalidades 10.4. Los Bienes Públicos 10.5 Posibles soluciones a la asignación de bienes públicos Cuestiones y problemas 10 TEMA 10 FALLOS DE MERCADO: EXTERNALIDADES Y BIENES PÚBLICOS 10.2. EXTERNALIDADES En general hablamos de una externalidad cuando el bienestar de un consumidor o las posibilidades de producción de una empresa o ambas a la vez, se ven directamente afectadas (de manera positiva o negativa) por el comportamiento de otro agente (empresa o consumidor) de la economía. Así pues, pode- mos encontrarnos con externalidades generadas por un consumidor y sufridas por otro, de un consu- midor a una empresa, de una empresa a otra o de una empresa a un consumidor. A continuación vamos a analizar el efecto de una externalidad a través de un modelo de equilibrio general con producción del tipo 1 x 2 x 2 x 2. Primeramente plantearemos el modelo sin externalidad. En segundo lugar introduciremos ésta. Y, por último propondremos algunos remedios para corregir los efectos perniciosos de la misma. UN MODELO DE EQUILIBRIO GENERAL CON UNA EXTERNALIDAD NEGATIVA DE EMPRESA A EMPRESA Consideremos una economía con un solo consumidor que deriva utilidad de dos bienes según una fun- ción de utilidad regular u(x 1 , x 2 ) y que posee las dotaciones no consumibles de los factores ( – z 1 , – z 2 ). Hay dos empresas de propiedad privada con sendas funciones de producción, regulares y depen- dientes de ambos inputs. En el caso del primer bien, la producción depende únicamente de los inputs contratados por la empresa: q 1 ϭf 1 (z 1 1 , z 2 1 ). En el caso del segundo bien, la tecnología se describe por la siguiente función: En este caso estamos suponiendo que la empresa 1 genera un externalidad negativa a la 2 y que ésta última no puede controlar. Esto es, la empresa 1, con su actividad productiva, merma la capacidad de la segunda empresa. Por ello, la función de producción de 2 depende negativamente del output de la 1. Para simplificar, supondremos que el efecto de la externalidad es proporcional, esto es, que cada unidad producida por 1 reduce la producción de 2 en δ Ͼ 0 unidades: Analizaremos las condiciones de eficiencia paretiana del modelo, las de equilibrio walrasiano y vere- mos que no coinciden: 1. Óptimo paretiano (solución del planificador) Las condiciones necesarias serían: ( ) ( ) 1 0 2 0 1 1 1 2 2 2 2 ∂ ∂ = ÷ ÷ = ∂ ∂ = ÷ = ' L q u L q u λ δλ λ !! 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ ≡ = ÷ A : ( ) / ( ) 1 2 1 2 1 2 RMS u u λ λ δ max ( , ) ( , ) ( , . . : u x x q f z z q f z z s a 1 2 1 1 1 1 2 1 2 2 1 2 2 2 ≤ ≤ ) ) − ≤ ≤ ÷ ≤ ÷ ≤ ' ! 1 1 1 1 1 δq x q x q z z z z z z 1 1 1 2 2 1 1 1 2 1 2 1 2 2 2 11 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇔ = max ( , , , ) ( , L q q z z u q 1 2 1 1 2 1 1 q q q f z z q f z z 2 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 1 1 1 ) ( , ) ( , ÷ ÷ − l l ÷ ÷ − − λ λ zz z q 2 2 1 1 − ÷ l l ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ) δ q f z z q f z z q q q 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 1 = ≡ − ⇒ ∂ ∂ =− ( , , ) ( , ) δ δ <<0 q f z z q q q 2 2 1 2 2 2 1 2 1 0 = ∂ ∂ < ( , , ); con 168 Microeconomía avanzada ¿Qué implican estas condiciones? • La condición de eficiencia en el consumo en este modelo de un consumidor se cumple de forma inmediata para las asignaciones factibles no derrochadoras. • La condición garantiza la eficiencia en la producción. • La condición de eficiencia conjunta puede obtenerse operando con De ellas obtene- mos que: Nótese que ahora la magnitud relevante es RMT SOC , la relación marginal de transformación social. Se trata de una medida que nos informa sobre la cantidad total de bien 2 a la que la sociedad ha de renunciar si desea producirse una unidad más del bien 1. Esta magnitud es la suma de otras dos: (i) RMT, que podemos denominar relación de transforma- ción privada o tecnológica (que mide lo que cae el output 2 al desviar de su producción los factores necesarios para obtener una unidad más de bien 1), y (ii) δ, la externalidad (que mide la reducción en el output 2 asociada al efecto pernicioso de producir una unidad extra de bien 1). 2. Equilibrio walrasiano (soluciones individuales) Suponemos un sistema paramétrico de precios de los bienes (p 1 , p 2 ) y de los factores (w 1 , w 2 ), con los que cada agente de la economía resuelve su problema de optimización individual: La empresa 1 no es responsable socialmente de la externalidad que produce, por lo que su proble- ma de optimización incorpora únicamente elementos internos. • Empresa 1: En el caso de la Empresa 2, su función de beneficios incorpora la externalidad que sufre, pero como un dato completamente fuera del control de dicha empresa ( – q 1 ). Así pues, su condición marginal de equi- librio no varía: max ( , ) ( , B z z p f z z 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 = ) ) − − ∂ ∂ = ∂ ∂ − = ∂ ∂ w z w z B z p f z w B z 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 0 == ∂ ∂ − = ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ = ∂ ∂ p f z w w w f z 1 1 2 1 2 1 2 1 1 0 11 1 2 1 1 ∂ ∂ ≡ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 f z RMST - Consumidor: max ( , ) . . : u x x p x p x s a 1 2 1 1 2 2 ÷ ≤≤ ¦ ⇒ = ' ! 1 1 + 1 1 ≡ ÷ ÷ m p p RMS m w z w z 1 2 1 1 2 2 1 (Donde: Π ÷÷Π 2 ) RMS RMT RMS RMT RMT SOC − = = ⇒ = ÷ δ λ λ δ 1 2 ¸_ ¸ ¸ ¸ A C y . B ( ) 3 ( ) ∂ ∂ =− ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = ∂ ∂ 1 L z f z f z L z 1 1 1 1 1 2 2 1 2 0 4 λ λ 22 1 1 2 1 2 2 2 2 0 =− ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ 1 λ λ f z f z B :: ( ) / ( ) : ( ),( ) 3 4 3 4 1 2 1 2 2 1 2 ⇒ = ⇒ = ∂ ∂ RMST RMST f z C λ λ ∂ ∂ ∂ = = ∂ ∂ ∂ ∂ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 f z f z f z RMT 1 1 1 2 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 169 • Empresa 2: • Trabajando con las condiciones de ambas empresas: ¿Qué ocurre en términos de eficiencia? • Hay eficiencia en el consumo, dado que en equilibrio walrasiano el mercado de bienes se vacía, esto es, la cesta consumida es factible y no derrochadora. • Hay eficiencia en la producción, dado que de las condiciones de las empresas se deduce que: . • Se incumple la condición de eficiencia conjunta, dado que de las anteriores condiciones de equi- librio se deduce que: Esto es, el equilibrio walrasiano iguala la RMS a la RMT privada, no a la social. → Así pues, el equilibrio walrasiano NO es eficiente. ¿Qué implica esta ineficiencia? En la asignación de equilibrio walrasiano, la valoración marginal social relativa del bien 1 (A) es menor que el coste marginal social relativo de dicho bien (B). El mercado provee un exceso relativo de bien 1 con respecto a lo que sería necesario para maximizar el bienestar social. El problema radica en que la empresa 1 no es consciente (no «internaliza») el coste social de sus acciones, sólo el privado. Y el coste social es mayor, pues incorpora la externalidad que esta empre- sa genera. 10.3. POSIBLES SOLUCIONES A LAS EXTERNALIDADES 10.3.1. IMPOSICIÓN-SUBVENCIÓN ÓPTIMA Es el mecanismo tradicional de corrección de las externalidades. Fue apuntado por Marshall y anali- zado en profundidad por Pigou (1912, 1920). Se trata de la adecuada utilización de la imposición y la subvención (ingeniería fiscal) de for- ma que se obligue a los precios de equilibrio walrasiano a adecuarse a la asignación Pareto-eficien- te deseada. RMS RMT RMT A SOC B ( ) ( ) ¸ ¸_ ¸ ¸ ¸ = < RMS p p RMT = = 1 2 RMST w w RMST 1 1 2 2 = = p f z w p f z p f z w p f z 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2 2 2 ∂ ∂ = = ∂ ∂ ∂ ∂ = = ∂ ∂ 22 1 2 2 1 2 1 1 1 2 ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ p p f z f z f z 22 2 1 2 1 ∂ ∂ ≡ f z RMT max ( , ) ( , ) B z z p f z z 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 = −δ δq w z w z B z p f z w 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 2 2 1 2 1 0 l l − − ∂ ∂ = ∂ ∂ − = ∂B B z p f z w w w 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 0 ∂ = ∂ ∂ − = ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ = ∂∂ ∂ ∂ ∂ ≡ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 f z f z RMST 2 1 2 2 2 2 2 170 Microeconomía avanzada Vamos a continuar con el caso de la anterior externalidad negativa empresa-empresa. Tomaremos como referencia la consecución de la asignación Pareto-eficiente. Sea la razón de precios asociada a dicha asignación eficiente. Se trata de forzar a los mercados a que determinen dicha razón eficiente de precios mediante un sistema adecuado de impuestos-subvenciones. → Imposición a la empresa generadora de la externalidad Dado que la empresa 1 produciría en un mercado no regulado más cantidad relativa que la social- mente deseables se trata de aplicarle un impuesto que reduzca convenientemente el precio percibido por la empresa. Por ejemplo un unitario sobre las ventas de cuantía «t», ¿Cuál debería ser la cuantía óptima del impuesto? • Consumidor: • Empresa 1 (generadora de la externalidad): • Empresa 2: • Trabajando con las condiciones de ambas empresas: Es fácil comprobar el cumplimiento de las condiciones de eficiencia en el consumo y en la pro- ducción. En cuanto a la condición de eficiencia conjunta: Pero sabemos que en un óptimo de Pareto: Así pues, para que se garantice la eficiencia conjunta es preciso que: Por lo tanto, la tarifa impositiva óptima (t*) sería: t p * ˆ = 2 δ t pˆ 2 =δ RMS RMT RMT SOC = ÷δ ¸_ ¸ ¸ ¸ RMS p p RMT t p = = ÷ ˆ ˆ ˆ 1 2 2 ( ˆ ) ˆ ˆ ˆ p t f z w p f z p p f f f 1 1 1 2 2 2 1 2 − ∂ ∂ = = ∂ ∂ ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ − tt p f z f z RMT f f f ˆ ; , 2 2 2 1 1 1 2 = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ = max ( , ) ˆ ( , ) B z z p f z z q w z 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 = − l l l − δ 11 2 2 2 2 2 2 2 1 2 − ⇒ ⇒ ∂ ∂ = ' ! 1 1 + 1 1 = w z p f z w f f f ˆ ; , max ( , ) ( ˆ ) ( , ) B z z p t f z z w z w z 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 = − − − 22 1 1 1 1 1 2 ⇒ ⇒ − ∂ ∂ = ' ! 1 1 + 1 1 = ( ˆ ) ; , p t f z w f f f max ( , ) ˆ ˆ ˆ ˆ . . : u x x p x p x m p p s a 1 2 1 1 2 2 1 2 ÷ ≤ ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ == RMS ˆ ˆ p p 1 2 Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 171 • Aplicando el anterior impuesto óptimo a la empresa 1 el mercado conseguiría la asignación Pare- to-eficiente. • Mediante dicha imposición se consigue que la empresa internalice todo el efecto pernicioso que genera en la sociedad con su producción. • Nótese que la empresa 1 debe pagar en concepto de impuesto por cada unidad de bien 1 que pro- duce exactamente la pérdida de valor que genera su externalidad en términos del bien 2. • Téngase en cuenta que en este caso la empresa 2 (que soporta la externalidad) no es compensa- da directamente por el perjuicio sufrido. Esto es, la recaudación impositiva no se entrega a la empresa 2. 10.3.2. CORRECTA DEFINICIÓN DE LOS DERECHOS DE PROPIEDAD R. Coase (1960) propuso una solución al problema de las externalidades distinta a la ingeniería fiscal que daba pie a una exagerada intervención pública y a posibles fallos del gobierno. Se trata de la correcta definición de los derechos de propiedad. Si estos derechos están bien defi- nidos, la asignación de mercado será eficiente incluso en presencia de externalidades, independiente- mente de qué grupo de individuos sea el titular inicial de dichos derechos de propiedad. Imaginemos que la externalidad negativa que provoca la empresa 1 es la contaminación. Supon- gamos que el Estado asigna a la empresa 2 el derecho a un entorno limpio así como la libre posibi- lidad de negociar con este derecho en forma de títulos perfectamente divisibles. Sea «T» la variable que designa la cantidad de títulos. Supongamos que si la empresa 1 desea producir una unidad más de su output (y, por tanto, con- taminar) debe comprar al titular del derecho al entorno limpio (la empresa 2) un título sobre el entor- no, a un precio negociable de «s» unidades monetarias. De esta forma, surge un nuevo mercado en el que se compran y se venden «T» títulos sobre el entor- no y en el que se determina su precio unitario «s». Incorporemos los nuevos datos a las funciones de comportamiento: • El problema del consumidor no varía: • Para la empresa 1, los títulos sobre el entorno serán un nuevo input a adquirir. Así pues, la varia- ble T d debe incorporarse a su función de comportamiento. La empresa incorporará una nueva restricción: si decide producir unidades, deberá demandar a la empresa 2 un montante de títu- los T d Նq 1 : y soportará un nuevo coste asociado a la adquisición de dichos títulos: «s · T d ». Por tanto: Dado que en el óptimo la restricción ha de saturarse y que q 1 ϭf 1 (z 1 1 , z 2 1 ), el anterior problema equi- vale a: max ( , ) ( ) ( , ) B z z p s f z z w z w z 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 = − − − 11 max ( , , ) ( , ) B z z T p f z z w z w z d 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 = − − −− ≥ sT T q d d s a . . : 1 max ( , ) . . : u x x p x p x m p p RMS s a 1 2 1 1 2 2 1 2 ÷ ≤ ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ = (Nota: una formulación más general exigiría un montante de σ Ͼ0 títulos por cada unidad de output; nosotros estamos suponiendo, simplemente, que σ ϭ 1) 172 Microeconomía avanzada Cuyas condiciones necesarias implican: Una vez conocida la oferta de output q 1 (p 1 ,w,s): , se determina la demanda de títulos: T d (p 1 ,w,s) ϭ q 1 (p 1 ,w,s). • Para la empresa 2, los títulos sobre el entorno serán un nuevo producto para vender. Así pues, la variable T s debe incorporarse a su función de comportamiento. La empresa percibirá un ingreso extra por la venta de los títulos que asciende a «s · T S » unidades monetarias. Además, la empresa 2 incorpora una nueva restricción, dado que es consciente de que con cada título que vende a la empresa 1 le está autorizando a producir hasta una unidad de su output, lo que reper- cute, a su vez, en una merma de hasta δ unidades en el output de la empresa 2, por causa de la externalidad negativa. Por tanto: Dado que en el óptimo la restricción ha de saturarse: Cuyas condiciones necesarias implican: La segunda de estas condiciones nos permite determinar el precio de los derechos sobre el entor- no: s ϭ p 2 · δ Esto es, el derecho a producir una unidad de output contaminante se transacciona en equilibrio a un precio constantemente igual al valor del output contaminado que se pierde a causa de la externa- lidad. • Resulta sencillo comprobar que la asignación alcanzada con la transacción de los derechos sobre el entorno es eficiente: Trabajando con las condiciones de ambas empresas: Además, del problema del consumidor: luego: RMS p p RMT RMT SOC = = ÷ 1 2 δ ¸_ ¸ ¸ ¸ p p RMS 1 2 = , ( ) p s f z w p f z w s p f f f f 1 1 1 2 2 2 2 − ∂ ∂ = ∂ ∂ = = ⋅ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 δ 11 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ − ⋅ ∂ ∂ = ∂ ∂ ⇒ ⇒ ( ) p p f z p f z p f f 1 2 1 1 2 2 2 δ 11 2 2 2 1 1 p f z f z RMT f f − = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 δ ∂ ∂ = ∂ ∂ − = = ∂ ∂ =− ÷ = B z p f z w f B T p s f f f s 2 2 2 2 2 2 2 0 1 2 0 ; , δ '' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 max ( , , ) [ ( , ) ] B z z T p f z z T w z s s 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 = − − δ −− ÷ w z sT s 2 2 2 max ( , , ) [ ( , ) ] B z z T p f z z q w z s 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2 = − − δ −− ÷ ≥ w z sT T q s s s a 2 2 2 1 . . : ( ) ; , p s f z w f f f 1 1 1 1 2 − ∂ ∂ = = Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 173 Puede demostrarse que la eficiencia también se habría alcanzado asignado inicialmente los dere- chos sobre el entorno a la empresa contaminante y la posibilidad de compra de los mismos a la con- taminada (Teorema de Coase). Evidentemente, el equilibrio obtenido sería diferente (aunque eficiente) así como los niveles de bienestar y beneficios obtenidos por los diferentes agentes. Nótese que el teorema deja en manos del poder público la política redistributiva, pero devuelve la consecución de la eficiencia al mercado. 10.4. LOS BIENES PÚBLICOS En general, los bienes privados (digamos una manzana) cumplen dos propiedades: 1. Son de consumo rival, esto es, si un agente los consume impide que los demás lo hagan, y 2. Existe una fácil posibilidad de exclusión, es decir, de impedir el consumo a quien no satisfa- ga su precio. Los bienes públicos puros (digamos un faro marítimo) incumplen ambas condiciones. Por último, aque- llos que incumplen una de las dos condiciones se denominan bienes mixtos. Vamos a considerar un modelo 2 x 2 x 2 x 1, esto es: 2 consumidores, 2 bienes (x 1 público y x 2 pri- vado), 2 empresas y 1 input. Los consumidores derivan utilidad de ambos bienes de acuerdo con fun- ciones de utilidad regulares, poseen el input (que no es directamente consumible) y que venden a las empresas. Estas son de propiedad privada y producen una el bien público y la otra el privado, usando el input y con tecnologías regulares. Veremos cuál sería la asignación eficiente, cuál la competitiva y la discrepancia entre ambas que genera un fallo de mercado. 1. Óptimo paretiano (solución del planificador) Condiciones necesarias: Operando: ( ),( ) : ( ) : 2 3 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 1 1 2 − = =− ⇒ − = − λ µ µ µ u u u u u u ==− =− ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ − λ λ µ 1 2 1 2 1 1 2 1 1 2 2 1 2 ( ) : ( ) / ( ) u u u u u 22 1 1 2 = ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ⇒ λ λ ( ) ( ) ( ) 1 0 2 0 3 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 ∂ ∂ = − ÷ = ∂ ∂ = ÷ = L x u u L x u µ λ λ ∂ ∂ ∂ =− ÷ = ∂ ∂ =− ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ 1 L x u L z f z f 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 0 4 µ λ λ λ ( ) zz 2 0 = max ( , ) . . : ( , ) ( ) u x x s a u u x x q f z q 1 1 2 1 2 2 1 2 2 1 1 1 2 ≤ ≤ ≤ ff z x q x x q z z z 2 2 1 1 2 1 2 2 2 1 2 ( ) ≤ ÷ ≤ ÷ ≤ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 11 1 1 1 1 ⇔ = ÷ ÷ max ( , , , ) ( , ) [ L x x x z u x x u 1 2 1 2 2 1 1 1 2 1 2 µ −− ÷ ÷ − l l ÷ ÷ − u x x x f z x x 2 1 2 2 1 1 1 1 2 2 1 2 2 ( , )] ( ) ( ) λ λ ff z z 2 1 ( ) − l l ' ! 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 174 Microeconomía avanzada 2. Equilibrio walrasiano (provisión privada por «suscripción») Suponemos un sistema paramétrico de precios de los bienes y del factor . Los consumidores deman- dan individualmente tanto el bien privado como el público. • Consumidor 1: El consumidor 1 sólo paga la cantidad de bien público que él mismo decida comprar (x 1 1 ) pero dis- fruta de todo el bien público provisto, lo haya comprado él o el otro consumidor (x 1 ϭx 1 1 ϩ – x 1 2 ). Dado que, en principio, el consumidor 1 no conoce la cantidad que el agente 2 va a comprar de bien públi- co, la supondremos como un parámetro o dato en el problema ( – x 1 2 ). Las condiciones necesarias de óptimo serían: Cuya solución supone: • Consumidor 2: Resuelve un problema similar cuya solución es: Así pues, cada consumidor demanda bienes hasta que la RMS entre el bien privado y la totalidad del bien público (lo haya comprado él o no) se iguale al ratio de precios de mercado. En el caso de las empresas (independientemente de que fabriquen un bien público o privado) las condiciones de equilibrio son las habituales: • Empresa 1: (elabora el bien público) max ( ) ( ) B z p f z wz p f z w 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = − ⇒ ∂ ∂ = p p u u RMS 1 2 1 2 2 2 2 = ≡ p p u u RMS 1 2 1 1 2 1 1 = ≡ ( ) ( , ) 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ∂ ∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ − = − L x u x x x x x p u p φ φ == ∂ ∂ = − = 0 2 0 2 1 2 1 2 ( ) L x u p φ max ( , ) . . : u x x s a p x p x m x x x 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 ÷ ≤ ≤ ÷ ' !! 1 1 1 + 1 1 1 ⇒ = ÷ ÷ ÷ max ( , ) ( , ) ( L x x u x x x 1 1 2 1 1 1 1 1 2 2 1 φ mm p x p x 1 1 1 1 2 2 1 − − ' ! 1 1 + 1 1 ) Conocida como Condición de Samuelson para la eficiencia en la asignación de bienes públicos. Con lo que: λ λ 1 2 1 2 = ÷ ≡ RMS RMS RMT RMS SOC ¸ _ ¸¸ ¸ ¸¸ 1 2 1 1 2 1 1 2 2 2 ⇒ = ÷ λ λ u u u u ≡≡ ÷ = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ RMS RMS f z f z RMT 1 2 1 2 2 1 4 ( ) : λ λ Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 175 • Empresa 2: (elabora el bien privado) Trabajando con las condiciones de las empresas: → Así pues, las condiciones de eficiencia y de equilibrio NO coinciden: el equilibrio walrasia- no NO es eficiente. ¿Qué ocurre en el equilibrio walrasiano? Dado que las RMS son positivas, RMS 1 ϭRMS 2 ϽRMS 1 ϩRMS 2 lo que supone que en equilibrio wal- rasiano: RMT Ͻ RMS SOCIAL Esto es, el mercado infra-provee el bien 1 (el público). Problema adicional: «free rider»: los consumidores tienen claros incentivos para ocultar sus ver- daderas preferencias hacia el bien público con la esperanza de que sean otros los que lo provean y así poder disfrutarlo gratuitamente. (Podría modelizarse el problema mediante un juego no cooperativo tipo dilema del prisionero que cuenta con un equilibrio de Nash en la estrategia «no cooperar» en la provisión del bien público.) 10.5. POSIBLES SOLUCIONES A LA ASIGNACIÓN DE BIENES PÚBLICOS EL EQUILIBRIO DE LINDAHL El nombre se asocia con Erik Lindahl (1919) miembro de la Escuela de Estocolmo a partir de las ide- as de Knut Wicksell (padre de la Escuela Sueca). La propuesta surge al observar las similitudes existentes entre los bienes públicos y las externali- dades: se trata de crear nuevos precios para que el mercado internalice los efectos externos. En el caso de los bienes públicos exigiremos a cada consumidor pagar un precio diferente por el total del bien público provisto (cantidad que será, necesariamente, igual para todos). Este «pre- cio personalizado» se asocia con las preferencias (el «uso personal») que el individuo hará del bien público. Así pues, se trata de encontrar un vector de precios personalizados para el bien público un precio común de equilibrio para el privado y una asignación de bienes público y privado ( ~ x 2 1 , ~ x 2 2 ) que cumplan: ( ~ x 2 1 , ~ x 2 2 ) a) Que la asignación de bienes sea solución del problema de maximización condicionada de la utilidad del consumidor i ϭ 1,2. (Nótese que es común para todos.) b) Que la empresa productora del bien privado maximice beneficios produciendo al precio ɶ p 2 . ɶ ɶ ɶ q x x 2 2 1 2 2 = ÷ ɶ x 1 ( , ) ɶ ɶ x x i 1 2 ( ) ɶ x 1 ( ) ɶ p 2 ( , ), ɶ ɶ p p 1 1 1 2 ( ) ɶ p i 1 Por lo tanto: RMS RMS p p RMT 1 2 1 2 = = = p p f z f z RMT 1 2 2 2 1 1 = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ max ( ) ( ) B z p f z wz p f z w 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = − ⇒ ∂ ∂ = 176 Microeconomía avanzada c) Que la empresa productora del bien público maximice beneficios produciendo al pre- cio d) Que se cumplan las restricciones de recursos de la economía. En estas circunstancias, el eventual equilibrio es un óptimo paretiano: • Consumidor 1: • Consumidor 2: resuelve un problema similar cuya solución es: • Empresa 1: (elabora el bien público) • Empresa 2: (elabora el bien privado) Trabajando con las condiciones de las empresas: Y, en conjunción con las condiciones de los consumidores: ❖ Con lo que la asignación de equilibrio es eficiente. FUNCIONES DE PSEUDO-DEMANDA DE BIEN PÚBLICO Para poder alcanzar un Equilibrio de Lindahl es preciso que los consumidores revelen sus preferen- cias sobre el uso del bien público a través de las llamadas funciones de pseudo-demanda. De esta for- ma se establece un pseudo-mercado para dicho bien en el que se determinan los precios personalizados. Problema El Equilibrio de Lindahl exigiría la formación de un pseudo mercado para el bien público. En él, de nue- vo, los consumidores tienen claros incentivos para ocultar sus verdaderas preferencias, esto es, para no reve- lar sus funciones de pseudo-demanda. Esto es, en la medida en que los sujetos son conscientes de que la no exclusión en el consumo del bien público, tenderán a revelar pseudo-demandas inferiores a las reales, con lo que también se infra-proveerá el bien público. RMS RMS p p p RMT RMS SOC 1 2 1 1 1 2 2 ÷ = ÷ = ¸ _ ¸¸ ¸ ¸¸ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ p p p f z f z RMT 1 1 1 2 2 2 2 1 1 ÷ = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ max ( ) ( ) B z p f z wz p f z w 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = − ⇒ ∂ ∂ = ɶ ɶ max ( ) ( ) ( ) ( ) B z p p f z wz p p 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 = ÷ − ⇒ ÷ ɶ ɶ ɶ ɶ ∂ ∂ ∂ = f z w 1 1 ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ p p u x x u x x RMS x 1 2 2 1 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 1 = ≡ ( , ) ( , ) ( , , ) ɶ x 2 2 max ( , ) . . : u x x s a p x p x m x x x 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 ɶ ɶ ÷ ≤ ≤ ÷ ' ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ⇒ = ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ p p u x x u x x 1 1 2 1 1 1 2 1 2 1 1 2 ( , ) ( , 11 1 1 2 1 ) ( , ) ≡ RMS x x ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ p p p 1 1 1 1 2 = ÷ . ɶ ɶ q x 1 1 = Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 177 Posibles soluciones: • Ingeniería fiscal: provisión del bien público por el gobierno y financiación con impuestos. El problema ahora estaría en averiguar la tarifa impositiva justa que cada usuario debería pagar. Esta tarifa dependerá de la valoración que cada sujeto haga del bien público provisto, esto es, sería igual a . Para ello sería preciso contar con las funciones de pseudo-demanda de nuevo, con los problemas que ello acarrea. La alternativa es determinar los impuestos mediante crite- rios objetivos: renta personal del sujeto, patrimonio, etc. • Diseño de mecanismos de incentivos compatibles con el interés individual, a través de los que se revelen las verdaderas preferencias individuales. Cuestiones y problemas Considere una economía con dos empresas. La empresa A produce energía nuclear (bien q 1 ) y por cada unidad de energía producida se generan a unidades de contaminación (bien q 2 ). La función de costes de la empresa A viene dada por la siguiente expresión: El producto contaminante es vertido en un río, donde ejerce su actividad una piscifactoría (empresa B) que cría truchas (bien q 3 ). Esta empresa sufre una externalidad, de modo que su función de costes es la siguiente: a) Halle la cantidad de energía nuclear y de truchas que produce cada empresa en el equilibrio compe- titivo. b) Halle las condiciones de eficiencia de esta economía y comente si es eficiente el equilibrio hallado en el apartado anterior. c) Como consecuencia de la aplicación del Protocolo de Kyoto se define el derecho a un río limpio para la empresa B, que también puede comercializar ese derecho. En esta nueva situación la empresa A debe adquirir un derecho por cada unidad de contaminación que vaya a generar. Calcule a qué precio ven- derá B el derecho a contaminar y verifique si ahora la economía alcanza la eficiencia. Solución Nótese que en este ejercicio la externalidad se refleja en la función de costes y no en la función de pro- ducción. De acuerdo con el enunciado q 2 ϭαq 1 por lo que las funciones de costes pueden reescribirse como: C q q q C q q q q A B 1 1 2 1 2 1 3 1 3 2 3 2 ( )= ÷ − ( ) ( )= ÷ α α , C q q q q B 2 3 2 3 2 2 , ( )= ÷ C q q q q A 1 2 1 2 2 2 3 , ( )= ÷ − ( ) 10.1. t p x i i = ɶ ɶ 1 1 ( ) ɶ x 1 178 Microeconomía avanzada a) Solución de equilibrio walrasiano: Empresa A: Empresa B: Para la empresa B, q 1 es un dato, por lo que su decisión se reduce a q 3 : b) Solución de eficiencia: Para internalizar el efecto de la externalidad se resuelve un problema en el cual la economía debe maxi- mizar el beneficio conjunto de las dos empresas: Estas son las cantidades de eficiencia, que no coinciden con la asignación de equilibrio del apar- tado anterior, por lo que el equilibrio no es eficiente. Apréciese que en el equilibrio la producción de energía nuclear (q 1 ) es demasiado grande, ya que la eficiencia se alcanzaría produciendo en lugar de q 1 *. c) La empresa Adebe comprar un derecho de propiedad por cada unidad de contaminación (q 2 ) que genere. Sus costes se incrementan por la adquisición de los derechos, por lo que su decisión de equilibrio es ahora: donde s es el precio del derecho y q 2 ϭαq 1 La empresa B, que ahora vende derechos, obtiene un ingreso extra. Su nuevo equilibrio se halla a partir de la siguiente expresión de beneficios: Max B p q C q q p q q q sq B B s q = − = − − ÷ 3 3 1 3 3 3 3 2 1 2 2 1 ( , ) α α ¸ ∂ ∂ = − − − − = ⇒ = − − B q p q q s q p s A 1 1 1 1 1 1 2 2 3 0 6 2 α α α α ( ) ( ) ɶ ÷÷2 2 α (*) Max B p q C q p q q q sq A A s q = − = − − − ( ) − 1 1 1 1 1 1 2 1 2 2 3 1 ( ) α α ¸¸ ˆ q 1 Max B B B p q p q q q q q A B = ÷ = ÷ − − − ( ) − − ∂ 1 1 3 3 1 2 1 2 3 2 1 3 2 α α B B q p q q q p ∂ = − − − − = ⇒ = ÷ ÷ ∂ 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 2 0 4 2 2 α α α α α ( ) ˆ B B q p q q p ∂ = − = ⇒ = 3 3 3 3 3 2 0 2 ˆ ∂ ∂ = − = ⇒ = B q p q q p B 3 3 3 3 3 2 0 2 * Max B p q C q q p q q q B B = − = − − 3 3 1 3 3 3 3 2 1 2 ( , ) α Max B p q C q p q q q B q p A A A = − = − − − ( ) ∂ ∂ = 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 3 ( ) α 11 1 1 1 1 2 2 2 3 0 6 2 2 − − − = ⇒ = ÷ ÷ q q q p α α α α ( ) * Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 179 Ahora la empresa B sí decide sobre q 1 , pues tiene control sobre la producción de la empresa A mediante la utilización de los derechos de propiedad. Por tanto, la expresión de B B ha de maximizar- se respecto a q 1 y q 3 : Sustituyendo el valor s * ϭ 2 en (*) queda: producción de equilibrio de A. Al comparar estas nuevas soluciones de equilibrio con las condiciones de eficiencia del apartado b, se comprueba que coinciden. Es decir, el equilibrio ahora sí es eficiente. Suponga un polígono industrial en el que operan tres únicas empresas: A, B y C. Dados los precios de los factores, sus funciones de costes son: Donde q A , q B , q C son los outputs de las empresas α, β y parámetros distintos de cero. ¿Para qué valores de los parámetros α y β el equilibrio competitivo es eficiente? Solución a) Equilibrio competitivo: b) Eficiencia: para internalizar el efecto de las externalidades que genera la empresa A, vamos a elabo- rar un problema de maximización del beneficio conjunto de las tres empresas. Sea BϭB A ϩB B ϩB C : max ( , , ) B q q q p q p q p q q q q q A B C A A B B C C A B A = ÷ ÷ − − − − 2 2 α C C A A A A A A B q B q p q q p B q 2 2 0 2 − ∂ ∂ = − − − = ⇒ = − − ∂ ∂ = β α β α β ˆ pp q q p B q p q q p B B B B C C C C C − = ⇒ = ∂ ∂ = − = ⇒ = 2 0 2 2 0 2 ˆ ˆ A B q p q q dB dq p q q p A A A A A A A A A A A ) max ( ) = − ⇒ = − = ⇒ = ∗ 2 2 0 2 2 2 0 2 B B q p q q q dB dq p q B B B B B A B B B B ) max ( ) = − − ⇒ = − = ⇒ α q q p C B q p q q q dB dq p B B C C C C C A C C C ∗ = = − − ⇒ = − 2 2 ) max ( ) β 2 2 0 2 q q p C C C = ⇒ = ∗ C q C q q A A B B A = = ÷ 2 2 α C q q C C A = ÷ 2 β 10.2. ɶ q p 1 1 2 4 2 2 = ÷ ÷ α α ∂ ∂ = − = ⇒ = B q p q q p B 3 3 3 3 3 2 0 2 ɶ producción de equilibriio de B ∂ ∂ =− ÷ = ⇒ = B q s s B 1 2 0 2 α α * 180 Microeconomía avanzada Por tanto, se observa cómo las producciones de los bienes B y C son eficientes: y para que sea eficiente la producción de bien A debe cumplirse que: Suponga una economía formada por un consumidor, dos bienes, dos empresas y un factor productivo. La función de utilidad del consumidor adopta la siguiente expresión: Esto es, el consumidor aumenta su nivel de utilidad con el consumo de los bienes 1 y 2, pero lo reduce con la externalidad E que debe soportar y sobre la que no tiene control alguno. El bien 1 es producido por la empresa 1 utilizando un único factor productivo, de acuerdo con la siguien- te función de producción bien comportada: q 1 ϭ f 1 (z 1 ). Cada unidad producida del bien 1 por la empresa conlleva consigo, de forma automática, la producción de una unidad de externalidad (E ϭ q 1 ) sobre la que la empresa carece de responsabilidad y que, como hemos visto, perjudica al consumidor. El bien 2 es producido por la empresa 2 utilizando un único factor productivo, de acuerdo con la siguien- te función de producción bien comportada: q 2 ϭ f 2 (z 2 ). La totalidad del factor productivo ( – z ϭz 1 ϩz 2 ), así como las dos empresas son propiedad del consumidor. Se pide: a) Determine las condiciones que debe cumplir la asignación de bienes eficiente desde el punto de vis- ta de Pareto. b) Suponga que tanto los dos bienes como el factor productivo se transaccionan en mercados perfecta- mente competitivos a los precios: p 1 , p 2 , w, respectivamente. Determine las condiciones de equilibrio walrasiano. c) ¿Es el equilibrio walrasiano eficiente desde el punto de vista de Pareto?, ¿por qué? Solución a) Condiciones de eficiencia paretiana: max ( , , ) ( ) ( ) u x x E q f z q f z q x q 1 2 1 1 1 2 2 2 1 1 2 s.a. = = = = xx z z z E q 2 1 2 1 ÷ = = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇔⇔ u u x x E u x u u x u = ∂ ∂ ≡ ∂ ∂ ≡ ( , , ); , , 1 2 1 1 2 2 0 0 donde: ∂ ∂ ∂ ≡ < u E u E 0 10.3. p p A A q A A q 2 2 ∗ = − − ⇔ =− ¸ ¸ _ ¸ ¸ ¸ ´ α β α β q q p q q p B B B C C C ∗ ∗ = = = = ˆ ; ˆ 2 2 Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 181 Así pues, la asignación eficiente de los bienes debe cumplir que: ¿Qué significa? RMT Ͼ0: es el coste relativo asociado a producir una unidad marginal de bien 1 (en términos del bien 2). RMS SOCIAL : que tiene dos componentes: • RMS Ͼ 0: es lo que aprecia el sujeto poder consumir una unidad marginal de bien 1 (en térmi- nos del bien 2). • es lo que «disgusta» al sujeto el hecho de que se produzca una unidad marginal de bien 1 y, por tanto, se genere una unidad de externalidad, (en términos del bien 2). Así pues, desde el punto de vista social debe tenerse en cuenta que la apreciación relevante de una uni- dad marginal de bien 1 (en términos del bien 2) es RMS SOCIAL , que tiene en cuenta tanto la satisfacción extra que genera su consumo (RMS) como la insatisfacción adicional (en términos del bien 2) que supo- ne su producción, a causa de la externalidad asociada a la misma. b) Equilibrio walrasiano: Dividiendo las condiciones de la empresa 1 entre la de la 2: c) Por tanto: RMS ϭRMT, esto es, el mercado no tiene en cuenta el efecto de la externalidad sobre la utili- dad del consumidor y solamente computa en la asignación de equilibrio la RMS de tipo «privado». p p f z f z RMT 1 2 2 2 1 1 = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ Empresas: max ( ) ( ) ; , B z p f z wz j B z j j j j j j j j = − = ∂ ∂ 1 2 == ∂ ∂ − = = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 p f z w j j j j 0 1 2 ; , Consumidor: max ( , , ) . . : u x x E s a p x p x m 1 2 1 1 2 2 ÷ ≤ ¦ ⇒ p p p RMS 1 2 = ' ! 1 1 + 1 1 u u E 2 0 í ( · · · 1 ) < : RMS u u RMT E RMS SOCIAL ÷ í ( · · · · 1 ) = 2 ¸ _ ¸ ¸ ¸ max ( , , , ) ( , , ) ( L q q z E u q q E q f z x x 1 2 1 1 2 1 1 1 1 2 = ÷ − ¸ ¸ λ 11 2 2 2 1 3 2 ) ( ) l l ÷ − − l l l l l ÷ − λ λ q f z z E z ¸_ ¸ ¸ ¸ q q L q u 1 1 1 1 3 1 ( ) ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ∂ ∂ = ÷ − = ( ) λ λ 00 2 0 3 2 2 2 1 1 1 1 2 ( ) ( ) ∂ ∂ = ÷ = ∂ ∂ =− ∂ ∂ ÷ L q u L z f z λ λ λ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ = ÷ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 f z L E u E 2 2 3 0 4 0 ( ) λ 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ÷ = ( ) ( ) 4 1 1 2 1 2 en y (1)/(2) u u u E λ λ dde (3) ∂ ∂ ∂ ∂ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 f z f z 2 2 1 1 1 2 λ λ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ÷ í ( · · · · 1 ) = RMS u u RMT u u E 1 2 2 ¸ 182 Microeconomía avanzada Como u E Ͻ 0, entonces, RMS SOCIAL Ͻ RMS, por lo que: esto es, el libre mercado lleva a una asignación en la que el bienestar aumentaría si se redujera mar- ginalmente la producción de bien 1. O sea, el mercado sobre-provee el bien que genera la externali- dad negativa. Considere una economía en la que existen dos bienes ( x 1 y x 2 ), dos consumidores y una empresa. Cada consumidor tiene como dotación inicial cuatro unidades del bien 1 y nada del bien 2. El bien x 1 no es pro- ducible y el bien x 2 se produce por la empresa utilizando el bien 1 como input (usa las cantidades del bien 1 no consumidas directamente por los individuos), a partir de la siguiente función de producción: donde q 2 es la cantidad del bien 2 producida y z 1 es la cantidad del bien 1 utilizada como input. Los beneficios que la empresa obtiene se reparten a partes iguales entre los dos consumidores. Ambos consumidores obtienen bienestar del consumo de los dos bienes. No obstante, la producción del bien 2 genera ruido y contaminación lo que perjudica su bienestar. Como consecuencia, la función de uti- lidad de los consumidores viene dada por la siguiente expresión: donde el superíndice hace referencia al consumidor. a) Calcule las cantidades del bien 2 producidas y consumidas por los dos individuos en el equilibrio, su- poniendo el precio del bien 1 como numerario, ya se utilice como bien de consumo o como input (p 1 ϭ w 1 ϭ 1). b) Calcule las cantidades del bien 2 producidas y consumidas por los dos individuos en la situación de eficiencia y comente los resultados en comparación con los del apartado anterior. Solución a) Equilibrio competitivo (w 1 ϭ p 1 ϭ 1) • Demandas: RMS x x p x p i i i i i = = = ⇒ = = 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 ( ) , , P u x q x x q i i i i externalidad ( ,, ) ln ln 1 2 1 2 2 1 2 = ÷ − ¸_ ¸ ¸¸ ¸ ; , ; / i w w q z z = = = = 1 2 4 1 1 1 2 2 1 1 2 1 es bien 1 no cconsumido ⇒ = − − z x x 1 1 1 1 2 8 u x x q x x q i i i i i i ( , , ) ln ln , 1 2 2 1 2 2 1 2 1 2 = ÷ − = q z 2 1 1 2 = / 10.4. RMS RMS RMT SOCIAL < = Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 183 • Oferta de bien 2: Vaciado del mercado del bien 2: b) Eficiencia: Resolviendo el problema: ( ) ( ) ( ) 1 1 0 2 1 1 2 2 2 2 2 2 ∂ ∂ =− − = ∂ ∂ = − − − L x L x q x x λ λ 22 2 2 2 2 2 2 2 0 3 1 1 2 2 0 4 = ∂ ∂ = − − ÷ ÷ = ( ) ( ) ( ) L q q x q q λ µ / ∂ ∂ =− − = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 L z z 1 1 1 2 1 1 2 0 µ 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ =− ⇒ = ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ ) ) 1 1 2 2 2 2 2 λ q x en 3) −− = = ⇒ = = µ 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 q z q x Operando: ˆ / ˆ / ˆ / ; ˆ xx 2 1 1 2 1 2 = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 / max ln ln ) ln u x x q u x x 1 1 1 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 1 1 2 = ÷ − = ÷ − s.a. lln ) ) ) / q q z z x x q x x 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 3 8 4 = = ÷ ÷ = ÷ ' ! ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ ⇒max ( , , L x x z 1 2 2 2 11 2 1 1 2 2 2 2 8 1 1 2 1 , ( ) ln( ) q z x q x x x = − − ÷÷ − ¸ _ ¸ ¸ ¸ ¸_ ¸ ¸ ¸¸ − ÷ ÷ − − ÷ ÷ − 1 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 1 ln ( ln ln ) ( / q u x x q q z λ µ 22 ) ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 x x q w p p p p 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 0 1 1 2 0 ( ) ( ) ( , ) ( ) P P P ÷ − = ÷ − = ⇒ =4 4 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1 ⇒ = = = = = ' ! 1 1 1 1 1 1 + p x i q z i * * * * ( ) , , ; 1 1 1 1 1 1 1 max ( ) / / B z p z w z dB dz p z 2 1 2 1 1 2 1 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 0 = − = − = ⇒ p p z z w p q w 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 = ⇒ = í ( · · · · 1 ) = / ( , ) ( , ) P P p p d B dz 2 2 2 1 2 2 0 ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 < ( ) 184 Microeconomía avanzada En resumen: La producción socialmente eficiente del bien 2 (generador de la externalidad) es menor de la que produce el libre mercado. Suponga una economía con un consumidor, dos bienes, dos empresas privadas y dos factores productivos. Imagine que la empresa 1 genera una externalidad proporcional sobre la 2, al estilo de lo descrito en el resu- men teórico de este tema. Imagine que la autoridad asigna los derechos sobre el entorno a la empresa con- taminante y la posibilidad de compra de los mismos a la contaminada. Compruebe que el equilibrio walrasiano que se consiga es también eficiente. Solución En equilibrio walrasiano, las condiciones marginales que se cumplen serían: • Consumidor: • Empresa 1: contaminante y dueña de los derechos. Supongamos que tiene asignados – T derechos, que son los necesarios para producir la cantidad que maximizaría su beneficio si no tuviera asignados los derechos sobre el entorno. Puede mantenerlos o venderlos en todo o en parte a un precio «s», de forma que su producción nunca puede superar los derechos restantes – T Ϫ T S . O bien: Cuyas condiciones necesarias implican: • Empresa 2: contaminada. Puede comprar derechos a la empresa 1: max ( , , ) [ ( , ) ] B z z T p f z z q w z d 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2 = − − δ −− − ≤ − w z sT s a q T T d d 2 2 2 1 . . : ( ) ( ) ; , p s f z w f f f 1 1 1 1 2 − ∂ ∂ = = max ( , ) ( , ) ( B z z p f z z w z w z s 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 = − − ÷ TT q p s f z z w z w z sT − = = − − − ÷ 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 ) ( ) ( , ) max ( , , ) ( , ) B z z T p f z z w z w z s 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 = − − ÷÷ ≤ − sT q T T s s s a . . : ( ) 1 max ( , ) . . : u x x p x p x m p p RMS s a 1 2 1 1 2 2 1 2 ÷ ≤ ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ = 10.5. - ( ) * / ( ) * / Equilibrio: q x x 2 2 1 2 2 1 1 2 1 2 * = → = = ' ! 1 1 ++ 1 1 = ≈ → = - ˆ , ( ˆ ) / Eficiencia: q x 2 2 1 1 2 0 7071 1 2 1 2 ≈≈ = ≈ ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 0 35 1 2 1 2 0 35 2 2 , ( ˆ ) / , x Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 185 De donde: Cuyas condiciones necesarias implican: La segunda de estas condiciones nos permite determinar el precio de los derechos sobre el entor- no: s ϭ p 2 · δ De nuevo, la asignación alcanzada con la transacción de los derechos sobre el entorno es efi- ciente: Trabajando con las condiciones de ambas empresas: Además, del problema del consumidor: , luego: Suponga una economía formada por un consumidor, dos bienes, dos empresas y un factor productivo. La totalidad del factor productivo ( – z), así como las dos empresas, son propiedad del consumidor. Su función de utilidad es regular y adopta la forma u ϭ u(x 1 , x 2 ). El bien 1 es producido en exclusiva por la empresa 1 utilizando el único factor productivo, de acuerdo con la siguiente función de producción bien comportada: q 1 ϭ f 1 (z 1 ). Por su parte, el bien 2 es producido en exclusiva por la empresa 2 utilizando el único factor productivo, de acuerdo con la función de producción bien comportada: q 2 ϭf 2 (z 2 ) Ϫδ – E. En donde δ es un parámetro positivo y – E una externalidad que sopor- ta la empresa y sobre la que no tiene control alguno. La externalidad es provocada por el consumidor dado que, al consumir unidades de bien 1, genera un residuo que perjudica a la empresa, esto es: – E ϭ x 1 . a) Obtenga las condiciones marginales que deberían darse para que la asignación de bienes fuera Pare- to-eficiente. ¿Es eficiente el equilibrio walrasiano?, ¿por qué? b) Suponga que el gobierno asigna a la empresa 2 el derecho, en forma de títulos de propiedad, a no ver- se dañada por los residuos que genera el consumidor, así como la posibilidad de vender esos títulos. Imagine que cada título da derecho a consumir una unidad de bien 1. Compruebe si en estas circuns- tancias el equilibrio walrasiano es o no eficiente. 10.6. RMS p p RMT RMT SOC = = ÷ 1 2 δ ¸_ ¸ ¸ ¸ p p RMS 1 2 = ( ) p s f z w p f z w s p f f f f 1 1 1 2 2 2 2 − ∂ ∂ = ∂ ∂ = = ⋅ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 δ 11 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ − ⋅ ∂ ∂ = ∂ ∂ ⇒ ⇒ ( ) p p f z p f z p f f 1 2 1 1 2 2 2 δ 11 2 2 2 1 1 p f z f z RMT f f − = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ ' ! 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 δ ∂ ∂ = ∂ ∂ − = = ∂ ∂ = − = ' B z p f z w f B T p s f f f s 2 2 2 2 2 2 2 0 1 2 0 ; , δ !! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 max ( , , ) [ ( , ) ( )] B z z T p f z z T T w d d 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 2 = − − − δ 11 1 2 2 2 2 z w z sT d − − 186 Microeconomía avanzada Solución a) Condiciones de eficiencia paretiana: Así pues, la asignación eficiente de los bienes debe cumplir que: Equilibrio walrasiano: Dividiendo las condiciones de las empresas, tenemos: p p f z f z RMT 1 2 2 2 1 1 = ∂ ∂ ∂ ∂ ≡ 2 B Empresa 2: max (( ) ( ) z p f z E wz B z p f z 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 = − l l l − ∂ ∂ = ∂ ∂ − δ ww p f z w = ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ⇒ ∂ ∂ = 0 2 2 2 Empreesa 1: max ( ) ( ) B z p f z wz B z p f z 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = − ∂ ∂ = ∂ ∂ 11 1 1 1 0 − = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ⇒ ∂ ∂ = w p f z w Consumidor: max ( , ) . . : u x x s a p x p x wz 1 2 1 1 2 2 1 ÷ ≤ ÷Π ÷÷ ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ⇒ = ' ! 1 1 1 + 1 1 1 Π 2 1 2 m p p RMS ¸ _ ¸¸ ¸ ¸¸ RMS RMT RMTsocial = ÷δ ¸_ ¸ ¸ ¸ ∂ ∂ ( ) 1 1 L q == ÷ ÷ = ∂ ∂ = ÷ = ∂ ∂ =− u L q u L z 1 1 2 2 2 2 1 0 2 0 3 λ λ δ λ ( ) ( ) λλ λ 1 1 1 2 2 2 0 ∂ ∂ ÷ ∂ ∂ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 f z f z (( ) / ( ) 1 2 1 2 1 2 2 2 1 RMS u u RMT f z f ≡ = ÷ ≡ ∂ ∂ ∂ ∂ λ λ δ de (3) zz RMS RMT 1 1 2 = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = ÷ λ λ δ δ ⇔ = ÷ − max ( , , ) ( , ) L q q z u q q q f x x 1 2 1 1 2 1 1 1 2 ¸ ¸ λ 11 1 2 2 2 1 1 2 1 ( ) ( ) z q f z z q z x E l l ÷ − − ÷ = = λ δ ¸_ ¸ ¸ ¸ ¸ l l l l l l ' ! 1 1 11 + 1 1 1 1 ' ! 1 1 11 + 1 1 1 1 max ( , ) ( ) ( ) u x x q f z q f z E q x q 1 2 1 1 1 2 2 2 1 1 s.a. = = − = δ 22 2 1 2 1 = ÷ = = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x z z z E x 1 1 1 1 1 ⇔ Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 187 Lo que, junto a los resultados del consumidor, nos da: Así pues, el equilibrio no es eficiente, pues en él: . Esto es, se produce más cantidad de bien 1 que lo socialmente deseable. b) Asignamos a la empresa 2 los derechos a no verse dañada por los residuos del consumidor: Consumidor, debe comprar los derechos para poder generar el residuo asociado a su consumo, luego: Resolviendo el Lagrangiano: Empresa 1: su problema es el mismo que cuando no hay mercado de derechos, por tanto: Empresa 2: puede vender los derechos que se le han asignado, por lo que incorpora una nueva par- tida de ingresos: Operando con las condiciones enmarcadas: Con lo cual el nuevo equilibrio, incorporando el mercado de derechos, es eficiente. A D RMS p p p p p B C RMT p s ) ) ) ) y y ⇒ = ÷ = ÷ ⇒ = = 1 2 2 1 2 δ δ ¸ 11 2 p RMS RMT ' ! 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ = ÷δ max ( ) ( ) . . : B z p f z E wz sT s a T E s s 2 2 2 2 2 2 = − l l − ÷ = ' δ ! ! 1 1 + 1 1 ⇔ ⇔ = − l l l l − = max ( ) ( ) B z p f z T S E 2 2 2 2 2 δ ¸ wwz sT B z p f z w C p f z w B s 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 ÷ ∂ ∂ = ∂ ∂ − = ⇒ ∂ ∂ = ∂ ( ) 22 2 2 0 ∂ =− ÷ = ⇒ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 T p s D s p S δ δ ( ) 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 max ( ) ( ) B z p f z wz B z p f z w 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 = − ∂ ∂ = ∂ ∂ − = ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ⇒ ∂ ∂ = ( ) B p f z w 1 1 1 ( ) ( ) 1 0 2 0 1 1 1 2 2 2 ∂ ∂ = − − = ∂ ∂ = − = ' ! L x u p s L q u p λ λ λ 1 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 ≡ = ÷ ' ! 1 1 ( ) / ( ) ( ) 1 2 1 2 1 2 A RMS u u p s p 1 1 11 + 1 1 1 1 1 max ( , ) . . : u x x s a p x p x sT m T x d d 1 2 1 1 2 2 1 ÷ ÷ ≤ = ' ! 1 1 1 + 1 11 1 ⇔ ' ! 1 1 1 + 1 1 1 = ÷ − − max ( , ) ( , ) ( L x x u x x m p x 1 2 1 2 1 1 λ p p x s x T d 2 2 1 − ' ! 1 1 1 + 1 1 1 = ¸ ) RMS RMT RMT social = < RMS RMT = 188 Microeconomía avanzada Considere una economía de intercambio puro con dos bienes y dos consumidores que poseen dotaciones iniciales positivas de los mismos. Las funciones de utilidad son regulares. Suponga que el sujeto 1 expe- rimenta una externalidad negativa asociada al hecho de que el sujeto 2 consuma el bien 1, de forma que: a) Compruebe que la asignación de equilibrio walrasiano no es Pareto-eficiente. b) Suponga que la externalidad que sufre el sujeto 1 es el ruido que el otro consumidor produce al con- sumir el bien 1. Suponga que se le asigna al sujeto 1 el derecho pleno a no sufrir contaminación sono- ra. Compruebe cómo la asignación competitiva que incorpora este mercado de derechos es eficiente. Solución a.1) Eficiencia Paretiana: Se trata de un modelo de intercambio puro (sin producción), así pues, el problema del Planificador sería En donde – w 1 y – w 2 denotan las existencias iniciales totales de ambos bienes. Resolviendo: ¿Qué significa la anterior condición? La valoración que «socialmente» hace el consumidor una de una unidad marginal de bien 1 tiene dos componentes: • Lo que aumenta su propia satisfacción al consumir una unidad marginal de bien 1 (u 1 1 ). • Pero, además, cuando el sujeto 1 consume una unidad marginal de bien 1 impide (si la asigna- ción del bien 1 es factible y no-derrochadora) que la consuma el sujeto 2. Esto es fácil de com- probar diferenciando en la restricción de factibilidad: x 1 1 ϩx 1 2 ϭ – w 1 , dado que si la dotación del bien ( – w 1 ) no varía, ha de cumplirse que: x 1 1 ϭ – w 1 Ϫ x 1 2 y, por tanto que, dx 1 1 ϭ Ϫ dx 1 2 . ( ) ( ) 1 0 2 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 2 ∂ ∂ = ÷ ÷ = ∂ ∂ = ÷ L x u u L x u u δ λ λ 22 1 1 2 1 1 2 2 2 0 1 2 = ' ! 1 1 1 1 11 + 1 1 1 1 1 1 ÷ = ' ! ( ) / ( ) u u u u δ 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ÷ = u u u u u RMS RMS SOC 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 ¸ ¸_ ¸ ¸ ¸ δ 22 2 1 2 2 RMS SOC RMS RMS ¸ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ = max ( , , ) ( , ) u x x x u u x x x x 1 1 1 2 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 2 s.a. = ÷ == ÷ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇔ ⇔ w w 1 2 1 2 2 2 1 1 x x L x max ( ,, ) ( , , ) ( x u x x x u u x 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 2 = − ÷ − w w ¸_ ¸ ¸ ¸ λ −− − l l l l l l l x x x x 1 1 2 2 1 1 2 2 2 ¸_ ¸ ¸ ¸ ¸_ ¸ ¸ ¸ , ) w '' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ∂ ∂ ≡− u x x x x 1 1 1 2 1 1 2 1 2 0 ( , , ) , δ δ con 10.7. Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 189 Así pues, al dejar de consumir el sujeto 2 una unidad de bien 1, la satisfacción del sujeto 1 aumen- ta en δ, que es la magnitud de la externalidad que dejaría de soportar. • En resumen: Que son los componentes del numerador de la RMS 1 SOC . Así pues, desde el punto de vista social, debe tenerse en cuenta que el sujeto 1 disfrutaría de una uni- dad extra de bien 1 a través de esas dos vías (mayor satisfacción directa y menor externalidad sufrida). a.2) Equilibrio walrasiano: Consumidor 1: A pesar de que sufre la externalidad, esta es para el consumidor, incontrolable, por lo que actúa como un parámetro en su función de utilidad ( – x 1 2 ). Por tanto, la condición marginal de óptimo de este con- sumidor sería la misma que en ausencia de externalidad: Consumidor 2: Dado que el consumidor 2 no es responsable socialmente de su externalidad, se trata de un pro- blema habitual de maximización condicionada de la utilidad en el que la condición marginal de ópti- mo es: Así pues, el libre mercado consigue que, a través de los precios, se igualen las RMS privadas, esto es, no tiene en cuenta la externalidad a la hora de asignar los bienes: Así pues, el equilibrio walrasiano no es eficiente, dado que: Esto es, en equilibrio walrasiano, la apreciación total (social) del sujeto 1 de una unidad marginal de bien 1, en términos de bien 2 (esto es, RMS 1 SOC ) es mayor que la apreciación que del sujeto 2 hace de una unidad marginal de bien 1, en términos de bien 2 (esto es, RMS 2 ). Por tanto, podría aumentar- se el bienestar social en una asignación en la que aumentara x 1 1 y, consecuentemente, disminuyera x 1 2 . En otras palabras, en el equilibrio walrasiano el sujeto dos consume más cantidad de bien 1 de lo socialmente deseable. pues en él: . Esto es, se produce más cantidad de bien 1 que lo socialmente deseable. RMS RMT RMT social = < RMS RMS RMS SOC 1 1 2 = RMS p p RMS 1 1 2 2 = = p p RMS 1 2 2 = u x x s a p 1 2 2 2 max ( , ) . . : 11 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 x p x p w p w ÷ = ÷ ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 p p RMS 1 2 1 = max ( , , ) . . : u x x x s a p x 1 1 2 1 1 2 1 1 1 ÷ pp x p w p w 2 2 1 1 1 1 2 2 1 = ÷ ' ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ∂ ∂ ≡ ↑ ↓ u x u x x 1 1 1 1 1 1 1 1 22 1 1 2 ÷ → ÷ − ∂ ∂ ≡ u x δ 190 Microeconomía avanzada b) Asignación correcta de derechos de propiedad: La Administración asigna al sujeto 1 (el sufridor del ruido) una cartera de derechos sobre un entorno sin ruido (T S ), que el sujeto podrá vender a un precio por derecho s. Así pues, el sujeto 1 cuenta con una nueva partida en el lado de sus ingresos (renta). Además, el sujeto 1 puede controlar la cantidad de bien 1 que consume el sujeto 2 a través de la venta de derechos a este consumidor. Supondremos, por simplicidad, que con cada derecho vendido se capacita al otro sujeto a consumir una unidad más de bien contaminante. El nuevo problema de optimización de 1 es: Consumidor 1(posee los derechos): El sujeto 2 (el provocador del ruido) debe demandar y comprar derechos (T D ) para poder produ- cir legalmente el bien contaminante. Así pues, esta será para él una nueva partida de gasto en su res- tricción presupuestaria. Consumidor 2 (compra los derechos): Ahora bien, la condición (3) del consumidor 1 nos informaba sobre el precio del derecho (s), en concreto, para nuestra solución, que: s p u = δ 2 2 1 L x x ⇔ 1 2 2 2 max ( , ) == ÷ ÷ − ÷ − u x x p w p w p x p x s x 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 ( , ) λ TT D L x ¸ l l l l l ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ∂ ∂ ( ) 1 1 2 == − ÷ = ∂ ∂ = − = ' ! 1 1 1 1 1 u p s L x u p 1 2 1 2 1 2 2 2 0 2 0 λ λ ( ) ( ) 1 1 + 1 1 1 1 1 1 → = ÷ ' ! 1 1 1 1 ( ) / ( ) 1 2 1 2 2 2 1 2 2 2 u u p p s p RMS ¸ 1 1 + 1 1 1 1 1 max u 2 (( , ) . . : x x s a p x p x sT p w p w T D 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 ÷ ÷ = ÷ DD x = ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ⇔ 1 2 L x ⇔ max ( 11 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 2 , , ) ( , , ) x T u x x T p w p w S S x = ÷ ÷ ¸ λ ÷÷ − ÷ l l ' ! 1 1 1 + 1 1 1 ' ! 1 1 1 + 1 1 1 sT p x p x S 1 1 1 2 2 1 1 ( ) ( ) ( ) ∂ ∂ = − = ∂ ∂ = − = L x u p L x u p 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 0 2 0 3 λ λ ( ) / ( ∂ ∂ =− ÷ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 L T s S δ λ 0 1 2 2 1 2 3 1 1 2 1 1 1 2 1 2 ) ( ),( ) ( ) → = → = = → = = RMS p p u p u p s λ δ λ δ δ δ p u p u 1 1 1 2 2 1 = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 max ( u 1 xx x x s a p x p x p w p w s 1 1 2 1 1 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 1 , , ) . . : ÷ = ÷ ÷ TT T x S S = ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 ⇔ 1 2 Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 191 Sustituyendo este valor de s en la condición marginal del sujeto 2, tendremos: Esto es, en el nuevo equilibrio se cumple la condición de eficiencia. Suponga una economía con dos consumidores y dos bienes, el primero público y el segundo privado. Las funciones de utilidad de los consumidores son: Se sabe, además que la Curva de Transformación de la Economía es: a) Obtenga la asignación eficiente en el sentido de Pareto. b) Obtenga la asignación que surgiría del mercado perfectamente competitivo y compárela con la ante- rior. ¿Qué problema detecta? Solución a) Eficiencia Paretiana: Se trata de resolver el siguiente problema del Planificador: Resolviendo: ( ) ( ) ( 1 2 0 2 0 1 2 1 2 2 2 1 1 ∂ ∂ = − − = ∂ ∂ = − = L x x x L x x λ µ µ 33 0 4 90 2 2 2 1 2 1 2 2 ) ( ) ∂ ∂ =− − = ∂ ∂ = − − − L x x L x x x λ µ µ 11 0 2 3 = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇒ → = ( ),( ) µ x 11 2 1 2 2 1 1 1 2 2 λ =− ' ! 1 1 + 1 1 → ÷ = → = En (1) En (4) x x x xˆ 2 2 5 45 2 1 2 2 , ˆ ˆ x x ÷ = ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇔ = L x x 1 2 1 max ( , ) xx x u x x x x x q 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 90 2 2 ÷ − ( )÷ − ÷ ( )− λ µ ¸_ ¸ ¸ ¸ qq 1 ¸ í ( · · · · · · · · 1 ) ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 maxu x x u x x q q q x q x 1 1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 2 2 1 2 90 = = ÷ = = = s.a. ÷÷ ' ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ⇔ x 2 2 q q 2 1 2 90 ÷ = u x x i i i = = 1 2 1 2 con , 10.8. u u p p s p p p p u RMS 1 2 2 2 1 2 2 1 2 2 2 1 2 ¸ = ÷ = ÷ í ( · · · · 1 ) δ = ÷ p p p u RMS RMS SOC 2 1 2 2 1 1 1 ¸ ¸_ ¸ ¸ ¸ δ 192 Microeconomía avanzada Podríamos haber llegado a esos resultados aplicando directamente la Condición de Samuelson para la asignación eficiente de bienes públicos: Lo que, junto a la Curva de Transformación: Y las restricciones de factibilidad no-derrochadora de las asignaciones: No llevarían a los anteriores resultados. La situación puede representarse gráficamente mediante el siguiente mecanismo gráfico, denomi- nado Triángulo de Kolm: La altura del mismo (45) denota la cantidad máxima de bien público de la que es posible disponer en el supuesto de que no se produzca nada de bien privado. Ese valor se obtiene a partir de la Curva de Transformación, imponiendo que q 2 ϭ 0. Idénticamente, la base informa sobre la cantidad máxima de bien privado (90) de la que es posi- ble disponer en el supuesto de que no se produzca nada de bien público. Ese valor se obtiene a partir de la Curva de Transformación, imponiendo que q 1 ϭ 0. Un punto sobre la base del triángulo indica una asignación de consumo de bien privado entre los dos consumidores (en el supuesto de que se produzca cero de bien público). Si la totalidad del bien privado la consumiera el sujeto 1, nos encontraríamos en O 2 . Si lo hiciera el sujeto 1, estarí- amos en O 1 . A medida que se vaya produciendo más cantidad de bien público, iremos ascendiendo en el trián- gulo. La base (y por tanto la disponibilidad total de bien privado) se reducirán. En O 3 ambos consu- midores disfrutan conjuntamente de la cantidad máxima viable de bien público y de nada de bien privado. q x q x x 1 1 2 2 1 2 2 = = ÷ ' ! 1 1 + 1 1 q q 2 1 2 90 ÷ = RMS RMS RMT x x x x 1 2 2 1 1 2 2 1 2 ÷ = ⇒ ÷ = Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 193 Aplicándolo al presente problema, hemos obtenido que, en condiciones de eficiencia, debe produ- cirse unidades de bien público, lo que significaría que la cantidad máxima de bien privado producible ascendería a unidades. El Conjunto de Pareto sería, por tanto, la línea b) Equilibrio walrasiano: Sabemos que el libre mercado asignará los bienes hasta que se satisfaga la siguiente condición mar- ginal: Operando: Esto es, en el mercado la cantidad total provista de bien privado es cuatro veces mayor que la del público. Vimos previamente que, en eficiencia, la cantidad total provista de bien privado debería ser dos veces mayor que la del público. Esto es, el mercado infra-provee el bien público. Si juntamos el anterior resultado con la Curva de Transformación: Y las restricciones de factibilidad no-derrochadora de las asignaciones: Tendremos que en el mercado: Así pues, en equilibrio de mercado la economía se situaría en la línea , por debajo de la socialmente deseable Considere una economía con dos consumidores y dos bienes, el primero público y el segundo privado. Las funciones de utilidad de los dos agentes son: El bien privado está disponible en forma de dotaciones iniciales positivas en manos de ambos agentes: Por su parte, el bien público se puede producir a partir del privado de acuerdo con la siguiente función de producción: Donde representa la cantidad total consumida del bien 2: q x x 2 2 1 2 2 ≡ ÷ . q w q 1 2 2 1 2 = − ( ) w w w 2 1 2 2 2 ÷ ≡ u x x u x x 1 1 2 1 2 1 2 2 2 = =( ) 10.9. O O ´ ´ 1 2 . ( ) ( ) O O 1 2 * * x x x 1 2 1 2 2 15 60 * * = ÷ = ( ) q x q x x 1 1 2 2 1 2 2 = = ÷ ' ! 1 1 + 1 1 q q 2 1 2 90 ÷ = x x x x x x x x x x 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 4 = = ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ ÷ = ⇒ ÷ ==4 RMS RMS RMT x x x x 1 2 2 1 1 2 2 1 2 = = ⇒ = = O O ´ ´ 1 2 . ɶ q 2 45 = ɶ q 1 22 5 = , 194 Microeconomía avanzada a) Obtenga la asignación eficiente en el sentido de Pareto. b) Obtenga la asignación que surgiría del mercado perfectamente competitivo y compárela con la anterior. Solución a) Eficiencia paretiana: La RMT se obtiene derivando en la función de producción que, en este caso, es también la Curva de Transformación: Aplicando directamente la Condición de Samuelson para la asignación eficiente de bienes públicos: Considerando la Curva de Transformación y las restricciones de factibilidad no-derrochadora de las asignaciones, tenemos: Vamos a operar con las dos condiciones recuadradas intentando obtener una expresión que rela- cione x 1 con x 2 1 : Que puede representarse gráficamente en forma de triángulo de Kolm mediante la línea O O ´ ´ 1 2 : x x x x x x x 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 2 2 ÷ = ÷ ( ) = − ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ⇒ + ˆ xx w x 1 2 2 1 1 3 1 6 = − ˆ q w q x x w x 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 2 = − ⇒ ÷ ( ) = − RMS RMS RMT x x x 1 2 2 1 2 2 1 2 2 ÷ = ⇒ ÷ = q w q q w q CT 1 2 2 2 2 1 1 2 2 = − ⇒ = − ( ) que es la Fallos de mercado: Externalidades y Bienes Públicos 195 b) Equilibrio walrasiano En este caso, la asignación de equilibrio de mercado cumple que: Operando: Considerando la Curva de Transformación y las restricciones de factibilidad no-derrochadora de las asignaciones, y la anterior condición tenemos: Que puede representarse gráficamente en el anterior triángulo de Kolmmediante la línea . De nuevo observamos cómo el mercado infra-provee el bien público con respecto del privado. ( ) ( ) O O 1 2 * * x x x x x x w x x 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 2 1 2 4 2 ÷ = ÷ ( ) = − ' ! 1 1 1 1 + 1 1 1 1 ⇒ 11 2 2 1 1 4 1 8 * * = − ( ) w x x x x x x x x 2 1 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 2 2 2 4 = = ' ! 1 1 + 1 1 ⇒ ÷ = RMS RMS RMT x x x x 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 = = ⇒ = = 196 Microeconomía avanzada IV PARTE IV ELECCIÓN INDIVIDUAL CON INCERTIDUMBRE 11. La Teoría de la Utilidad Esperada Resumen teórico 11.1. ELECCIÓN EN CONDICIONES DE INCERTIDUMBRE: LAS LOTERÍAS • Así pues, en condiciones de incertidumbre el sujeto debe elegir (y ordenar) entre diferentes accio- nes cuyo resultado no conoce con certeza, antes de que se resuelva esa incertidumbre. Perfecta certidumbre } : Riesgo o incertidumbre } : Resultado aleatorio } Resultado conocido y seguro ACTO ⇒ ACTO ⇒ Resumen teórico 11.1. Elección en condiciones de incertidumbre: las loterías 11.2. Génesis de la Utilidad Esperada: La «Paradoja de San Petersburgo» 11.3. El enfoque axiomático de von Neumann y Morgenstern 11.4. Actidudes frente al riesgo 11.5. Coeficientes de aversión al riesgo de Arrow y Pratt 11.6. Dominancia estocástica Cuestiones y problemas 11 TEMA 11 LA TEORÍA DE LA UTILIDAD ESPERADA • Objetos a elegir: Loterías o prospectos • Cada lotería arroja un abanico de posibles resultados o premios (x 1 , x 2 , ..., x S ) excluyentes entre sí. Cada premio se realizará sólo si acontece el estado de la naturaleza correspondiente. • El agente es capaz de asignar una probabilidad a cada estado de la naturaleza (p 1 , p 2 , ..., p S ), donde: • Representación de las loterías: 11.2. GÉNESIS DE LA UTILIDAD ESPERADA: LA «PARADOJA DE SAN PETERSBURGO» Durante el desarrollo de la moderna teoría de la probabilidad (en el siglo XVII), algunos matemáticos como Blaise Pascal o Pierre de Fermat se preocuparon por las condiciones en que un cierto juego de azar resultaba más o menos atractivo, a través del estudio del valor esperado del mismo. El valor esperado o actuarial de un juego de azar no es más que la esperanza matemática del mis- mo, esto es, el resultado de sumar los premios que ofrece dicho juego multiplicados por sus probabi- lidades respectivas. El valor esperado nos indica, por lo tanto, la magnitud del premio que, como promedio, puede esperarse obtener del juego. Fundamentándonos en la idea de valor esperado podemos acuñar un criterio normativo que nos per- mita evaluar el atractivo de un cierto juego de azar: se trata del criterio de juego justo. Un juego es justo cuando su valor esperado es igual al precio que ha de pagarse por participar en el mismo. Si el valor esperado fuera mayor (menor) que el precio, entonces se trataría de una apuesta o juego favo- rable (desfavorable). En este estado se encontraban las cosas a comienzos del siglo XVIII. Por aquel entonces el jurista suizo «aficionado» a la matemática Nicholas Bernoulli remitió (en una de sus cartas) cinco problemas o divertimentos matemáticos al entonces distinguido matemático Rémond de Montmort, el cual los publicó en un apéndice de la segunda edición de su obra «Ensayo de Análisis sobre los juegos de azar» salida a la luz en 1713. Entre estos problemas figuraba uno que posteriormente pasaría a la historia con el nombre de la Paradoja de San Petersburgo, por motivos que veremos inmediatamente. La «Paradoja» decía —más o menos— lo siguiente: Alguien nos ofrece participar en un juego consistente en lanzar reiteradamente al aire una mone- da no trucada en tanto en cuanto el resultado del lanzamiento sea cara. En el momento en que sal- ga la primera cruz cesan los lanzamientos y se satisface el premio. El premio consiste en dos ducados si la cruz sale en la primera tirada, cuatro ducados si la cruz sale en la segunda tirada, ocho duca- dos si sale en la tercera, y así el premio se irá duplicando a medida que se retrase la primera cruz. ¿Cuál es el valor actuarial de este juego?, y por tanto ¿cual sería su precio justo? . p s s S 1 1 = ∑ = ( ). ɶ y 200 Microeconomía avanzada En la tabla siguiente se resumen los premios y las correspondientes probabilidades: 1.ª cruz en: Tirada 1 Tirada 2 ... Tirada n ... Premio 2 1 ϭ 2 2 2 ϭ 4 ... 2 n ... Probabilidad (1/2) 1 ϭ 1/2 (1/2) 2 ϭ 1/4 ... (1/2) n ϭ 1/2 n ... Por tanto, el juego presenta un valor esperado infinito: Pero, ¿cómo puede nadie estar dispuesto a pagar una cantidad ilimitada de dinero por participar en un juego como éste? El juego propuesto por Nicholas Bernoulli puso de manifiesto cómo los individuos debían tener en cuenta algo más que el valor esperado del juego a la hora de aproximar el atractivo del mismo. Se propusieron varias soluciones, aunque la que más trascendió fue la propuesta, de forma independien- te, por Daniel Bernoulli (1738) en su trabajo «Specimen theoriae novae de mensura sortis» y, previa- mente, por Gabriel Cramer (1728), según el cual: La solución propuesta por estos autores radica en incorporar las preferencias individuales como determinante de la elección personal de cada agente a través de una función de utilidad definida sobre los premios monetarios (Función de Bernoulli). Se trata, por tanto, de calcular la media probabilística, no de los premios directamente, sino de la utilidad personal que reportan dichos premios: En el caso de la Paradoja de San Petersburgo: El valor obtenido será una esperanza de la utilidad o utilidad esperada, e imponiendo determina- das condiciones a la función de utilidad u(x) su valor puede ser, perfectamente, finito... y reducido. D. Bernoulli adoptó una variante de la función u(x) ϭ ln(x) y Cramer la función Ambos autores percibieron la necesidad de que la utilidad marginal fuera decreciente (aunque, de hecho, no es una condición suficiente si la función no está acotada). Si adoptamos la función u(x) ϭln(x) la Paradoja de San Petersburgo resulta: Por tanto, la cantidad máxima de dinero o equivalente cierto que un sujeto con esa función de utilidad estará dispuesto a pagar por participar en ese juego se obtendría como: u u y ( ) ( ( ) . ln ξ ξ ξ = ⇒ = ⇒ = = ɶ) ln Ducados 2 2 2 4 2 ( ) ξ u y n n n ( ln( ) . ln ɶ) = = = ∞ ∑ 2 2 2 2 1 u x x ( ) . = u y u y u u u ( )] ( ) ( ) ( ) ... ɶ ɶ ) E[ ( ≡ = ÷ ÷ ÷ 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 3 3 == = ∞ ∑ u n n n ( ) 2 2 1 «(...) los matemáticos, en su teoría, valoran el dinero en proporción a la cantidad del mismo; la gente con sentido común, en la práctica, lo valora en proporción a la utilidad que puede obtener de él.» x E y n ≡ = ÷ ÷ ÷ = →∞ = ∞ ∑ ( ) ... ɶ 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 3 3 1 La Teoría de la Utilidad Esperada 201 11.3. EL ENFOQUE AXIOMÁTICO DE VON NEUMANN Y MORGENSTERN Más de doscientos años después (en 1947), John von Neumann y Oskar Morgenstern en la segunda edición de su Theory of games and economic behavior «rescataron» este supuesto de trabajo derivan- do su validez en función de un conjunto de axiomas de comportamiento racional. Espacio de loterías: conjunto de todas las loterías sobre las que se establece la elección. Las loterías pueden ser simples (esto es, con premios que son ciertos), compuestas (esto es, loterías cuyos premios son, a su vez, loterías) y degeneradas (que ofrecen un solo premio con proba- bilidad unitaria). Establecemos una relación binaria sobre los elementos de Y, la relación binaria«ser al menos tan preferida a...» y la dotamos de un conjunto de axiomas: 1. Preorden completo: la relación binaria es completa, reflexiva y transitiva. 2. Continuidad: tales que: ha de existir una probabilidad tal que [Objeción de Alchian (1953) y respuesta de Green (1971)]. Como en la teoría del consumo. Estos axiomas garantizan la existencia de una función de utilidad definida sobre loterías y llamada función de utilidad esperada que preserva el orden: Los siguientes axiomas son específicos de la utilidad esperada: 3. Reducción (de loterías compuestas): al sujeto sólo le importa la magnitud y probabilidades de los premios, no el mecanismo aleatorio que los genera. [Objeción de Alchian (1953): Juegos orientados al placer.] 4. Independencia (de alternativas irrelevantes): el orden de preferencias entre dos loterías no se altera al mezclarlas con otras terceras si no cambia la estructura de probabilidades. TEOREMA DE LA UTILIDAD ESPERADA: • De acuerdo con el axioma de reducción, toda lotería del espacio de loterías puede redu- cirse, hasta acabar siendo formulada en términos de un conjunto dado de premios ciertos con unas determinadas probabilidades asociadas a cada uno de esos premios ciertos donde • El teorema demuestra que existe un función de utilidad llamada de Bernoulli y definida sobre los premios ciertos u(x) que permite calcular las utilidades esperadas de acuerdo con una expresión lineal (independencia) en las probabilidades: u y u y u x r r r R ( ) E ( ) ( ) ɶ ɶ ≡ l l = = ∑ π 1 π r r R = ∑ = 1 1. Π≡¦ ¦ π π π 1 2 , ,..., , R X ≡¦ ¦ x x x R 1 2 , ,..., ( ) ∀ ∈ ɶ y Y ∀ ∈ ∀ ∈ ∀ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ y y y y p y 1 2 1 2 0 1 , ; ( , ); Y tales que: ≿ ∈∈ ≡ ≡ Y ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ y p y y p y y y 3 1 2 4 ( ; , ) ( ; , ) ≿ ∀ ∈ ⇔ ≥ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ y y y y u y u y 1 2 1 2 1 2 , : ( ) ( ) ( ) Y ≿ u y ( ) ɶ ( ; , ) . p y y y ɶ ɶ ∼ ɶ 1 3 2 p∈( , ) 0 1 ɶ ≻ ɶ ≻ ɶ y y y 1 2 3 ∀ ∈ ɶ ɶ ɶ y y y 1 2 3 , , Y ( ) ≿ Y ≡¦ ¦ ɶ ɶ ɶ y y y S 1 2 , ,..., 202 Microeconomía avanzada • Las utilidades esperadas así calculadas preservan el orden: Ejemplo: sujeto con una función de utilidad de Bernoulli u(x) creciente y cóncava, una riqueza total formada por una cantidad cierta x 0 y una lotería con Calcule la utili- dad esperada de su riqueza total. PROPIEDADES CUASI-CARDINALES DE LA FUNCIÓN DE UTILIDAD ESPERADA Los axiomas 1) preorden completo y 2) continuidad confieren a la utilidad esperada un carácter ordi- nal en el sentido de que preserva el orden de preferencias. Los axiomas 3) reducción y 4) independen- cia le confieren un carácter cardinal, en el sentido de que dicha función no va a soportar toda transformación monótona creciente, sino solamente las lineales crecientes: ¿Qué supone esto? Todas las derivadas de la función de Bernoulli se preservan, por tanto, tienen sentido económico (recuer- de que no ocurría lo mismo en la teoría del consumo habitual): 11.4. ACTITUDES FRENTE AL RIESGO La segunda derivada de la función de Bernoulli nos informa sobre la actitud frente al riesgo del agente. i ɶ Sea: y sea: con y x x x x u x ≡ ′ ( ; , ), ( ), π 1 2 2 1 u u x x y x x u u y ( ) E( ) ( ) E ( ) ≡ = ⋅ ÷ − ⋅ ≡ l l = ⋅ 0 1 1 2 ɶ ɶ π π π uu x u x ( ) ( ) ( ) 1 2 1 ÷ − ⋅ π d v x dx b d u x dx n n n n ( ) ( ) = u x v x a bu x b ( ) ( ) ( ), ≈ = ÷ 0 x x h x h x u x u x h F = ⋅ ÷ ÷ ÷ − ⋅ ÷ = ≡ ⋅ ÷ π π π ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 1 ɶ ÷÷ ÷ − ⋅ ÷ ( ) ( ) 1 0 π u x h π = 1 2 . ɶ y h h ≡ − ( ; , ), π ɶ x F ∀ ∈ ⇔ l l ≥ l ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ y y y y u y u y 1 2 1 2 1 2 , : ( ) E ( ) E ( ) Y ≿ l l La Teoría de la Utilidad Esperada 203 1. NEUTRAL AL RIEGO (RISK-NEUTRAL) Le es indiferente percibir con certeza la media de la lotería que enfrentarse al riesgo que implica la lotería . 2. AVERSO AL RIEGO (RISK-AVERSE) Prefiere la certeza de la media de la lotería a enfrentarse al riesgo que implica la lotería en sí. Supuesto habitual de comportamiento económico. 3. AMANTE DEL RIEGO (RISK-LOVER) Prefiere enfrentarse el riesgo que implica la lotería , a tener con certeza su media . EQUIVALENTE CIERTO DE UNA LOTERÍA Y PRIMA DE RIESGO • Equivalente cierto de una lotería cantidad cierta de dinero que reporta al sujeto idéntico nivel de utilidad que la lotería. • Prima de riesgo (ρ): máxima cantidad de dinero que el sujeto está dispuesto a pagar por recibir con certeza la media de una lotería en vez de enfrentarse al riesgo que dicha lotería supone. 1. Neutral al riesgo (risk-neutral) u x u x u x ( ) ; ( ) = = = ′′ = ξ ρ 0 0 ρ ξ = − x u u y ( ) ( ) ξ = ɶ ( ) ξ : u x u ( ) < ( ) x ɶ y u x u ( ) (Desigualdad de Jensen) ɶ y ( ) x u x u ( ) = ɶ y ( ) x 204 Microeconomía avanzada 2. Averso al riesgo (risk-averse) 3. Amante del riego (risk-lover) 11.5. COEFICIENTES DE AVERSIÓN AL RIESGO DE ARROW Y PRATT COEFICIENTE DE AVERSIÓN ABSOLUTA AL RIESGO ¿Qué se esconde detrás de la prima de riesgo (ρ)? ➢ ➢ Individuo averso al riesgo: Riquez ′′ < u x ( ) 0 aa total: ɶ ɶ x x y F ≡ ÷ 0 u x u x u x ( ) ; ( ) < < ′′ ξ ρ 0 0 u x u x u x ( ) ; ( ) < = ′′ < ξ ρ 0 0 La Teoría de la Utilidad Esperada 205 Por definición de equivalente cierto y sabiendo que: Vamos aproximar mediante desarrollos en serie de Taylor esas tres expresiones: Sustituyendo estas aproximaciones: Simplificando: Expresión que incorpora dos variables relevantes: : Varianza de la lotería. Nos da una medida objetiva del riesgo que la lotería acarrea. : Coeficiente de aversión absoluta al riesgo de Arrow-Pratt. Nos informa sobre la manera subjetiva en que un individuo concreto valora un cierto riesgo. Propiedades de R a : 1. R a no se altera con las transformaciones lineales de la función de Bernoulli. 2. Es sensible a la unidad en que se mida la riqueza (x) (cuasi-elasticidad): R u u du dx u d u dx a =− ′′ ′ =− ′ ′ =− ′ 1 ln ➢ R x u x u x α ( ) ( ) ( ) 0 0 0 ≡− ′′ ′ ➢ σ 2 ρ σ ( ) ( ) ( ) x u x u x 0 2 0 0 1 2 ≅ ( ) − ′′ ′ í ( · · · · 1 ) u x u x u x h u x h u x ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 2 0 1 2 2 − ′ ≅ ÷ ′ ÷ ′′ ' ! ρ 11 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 ÷ − ′ ÷ ′′ ' 1 2 2 0 0 2 0 u x h u x h u x ( ) ( ) ( ) ! ! 1 1 + 1 1 ' ! 1 1 + 1 1 (1): (2): u x u x u x u x h u x ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 0 0 0 0 − ≅ − ′ ÷ ≅ ρ ρ ÷÷ ′ ÷ ′′ − ≅ − ′ h u x h u x u x h u x h (3): ( ) ( ) ( ) ( ) 0 2 0 0 0 2 u u x h u x ( ) ( ) 0 2 0 2 ÷ ′′ u u x u u x h ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ξ ρ ≡ − = ≡ ÷ ÷ 0 0 1 1 2 2 1 2 u u x h ( ) ( ) 0 3 − ρ ξ ≡ − x Donde: M ɶ i y h h = − ( ) 1 2 ➢ ; , : eedia de la lotería: Varianza de µ E x F ≡ = [ ] ɶ i 0 la lotería: var Esper σ σ ≡ ≡ − = [ ] ( ) [ ] ɶ ɶ x E y h F 2 2 ➢ aanza de la riqueza: V ɶ ɶ ɶ x E x x E y x F ≡ = ÷ = [ ] [ ] 0 0 ➢ aarianza de la riqueza: Var x E x x F F ( ) [ ] ɶ ɶ ≡ − 2 0 2 == ≡ = ÷ h u E u x u x h F 2 0 1 2 ➢ Utilidad Esperada: { } ( ) ( ɶ )) ( ) ÷ − 1 2 0 u x h 206 Microeconomía avanzada Hipótesis Supondremos AVERSIÓN ABSOLUTA AL RIESGO DECRECIENTE: ¿Qué significa? • Económicamente: la percepción que un agente tiene sobre un riesgo determinado es menor al cre- cer su riqueza. • Matemáticamente: (Kimball (1990): UٞϾ0 se interpreta como un comportamiento «prudente») COEFICIENTE DE AVERSIÓN RELATIVA AL RIESGO Propiedades de R r : 1. R r no se altera con las tranformaciones lineales de la función de Bernoulli. 2. NO DEPENDE de la unidad en que se mida la riqueza (x) (elasticidad): Hipótesis Vamos a suponer AVERSIÓN RELATIVA AL RIESGO CRECIENTE: ¿Qué significa? • Significado económico: aversión relativa al riesgo creciente significa que: — Al aumentar la riqueza (x) en un cierto porcentaje, la aversión absoluta al riesgo decrece, pero en un porcentaje menor que el aumento de la riqueza. — En palabras de Arrow (1970): «Si tanto la riqueza como el tamaño de la apuesta (riesgo) crecen en la misma proporción, la predisposición del agente para aceptar la apuesta se reduce.» ′ ≡ R d R dx r r 0 R x u u du dx x u d u d x r =− ′′ ′ =− ′ ′ =− ′ ln ln R x x u x u x x R x r a ( ) ( ) ( ) ( ) : 0 0 0 0 0 0 ≡− ′′ ′ ≡ ′ ≡ − ′′ ′ í ( · · ·· 1 ) = − ′ ′′′ ÷ ′ R d dx u x u x u u a ( ) ( ) ( ′ ′ ′ < ⇒ ′′′ u u u y gran ) ( ) ( 2 2 0 0 d de) ′ ≡ < R dR dx a a 0 La Teoría de la Utilidad Esperada 207 11.6. DOMINANCIA ESTOCÁSTICA Sabemos que una cierta riqueza aleatoria es más preferida que otra, si la utilidad esperada que un suje- to asigna a la 1.ª es mayor que la que asigna a la 2ª. Pero, ¿existe alguna forma objetiva (sin necesidad de utilizar funciones de utilidad) de comparar situaciones inciertas? DOMINANCIA ESTOCÁSTICA DE PRIMER ORDEN (FSD) (Ͼ 1 ) Observemos las tres siguientes loterías: • se ha obtenido a partir de aumentando la probabilidad de los mejores premios y reduciendo la de los peores. Todo «amante de la riqueza» preferirá la nueva lotería a la inicial. • se ha obtenido a partir de aumentando la cuantía monetaria de todos los premios. Todo «aman- te de la riqueza» preferirá la nueva lotería a la inicial. Para hacer las anteriores afirmaciones sólo ha sido preciso suponer funciones de Bernoulli crecien- tes (UЈϾ0), por lo que (aparte de eso) la FSD tendrá que ver, tan sólo, con la DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD de las loterías (criterio objetivo). • Se define F(y) (Función de Distribución de Probabilidad de ) como: • Idénticamente se definen G(yЈ) y H(yЈЈ) (Funciones de Distribución de Probabilidad de e , respectivamente). ɶ y′′ ɶ y′ F y p y y : , ℝ ℝ ℝ ɶ → ∈ → ≤ l l ∈ l l 0 1 ɶ y ɶ ɶ ɶ ′′ ′′ y y y : domina estocásticam 1 eente (en el sentido de FSD) a ɶ y ( ) ′ u 0 ɶ y ɶ y′′ ɶ ɶ ɶ ′ ′ y y y : domina estocásticamen 1 tte (en el sentido de FSD) a ɶ y ( ) ′ u 0 ɶ y ɶ y′ ɶ ɶ ɶ y y y p y p y p y ′ ′′ ′ ′′ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ 0 2 6 0 1 6 0 2 7 0 5 10 0 4 . . . . . 1 10 0 5 13 0 3 14 0 5 14 0 3 16 . . . . ÷ ÷ ÷ ÷ 208 Microeconomía avanzada Las distribuciones de probabilidad de las loterías «dominantes» (G y H) coinciden o van por debajo de la distribución de probabilidad de la lotería «dominada» (F): Donde: y se da la desigualdad estricta al menos en un valor de t ¿Qué significa? Es decir, la probabilidad de recibir más de una cantidad dada (t) es mayor con la lotería que con la . • Una condición necesaria (pero no suficiente) para que domine estocásticamente (en el sen- tido de FSD) a es que la media de la primera lotería sea mayor que la de la segunda: DOMINANCIA ESTOCÁSTICA DE SEGUNDO ORDEN (SSD) (Ͼ 2 ) Consideremos la siguiente lotería ( ): Vamos a introducir «ruido blanco» a los premios extremos (obtenemos ): ɶ y′ ɶ y En los ejemplos: E y E ( ) . ( ɶ ɶ =10 4 ′ ′ = ′′ = y E y ) . ( ) . 11 6 12 7 ɶ ɶ ɶ ɶ ɶ ′ ′ ⇒ ′ y y E y E y 1 ( ) ( ) ɶ y ɶ y′ ɶ y′ ɶ y 0 1 1 1 ( ) ( ) ( ) [ ] [ ≤ ≤ ≤ ⇒ − ≤ − G t F t F t GG t p y t p y t ( )] [ ] [ ] ⇒ ≥ ≤ ′ ≥ ɶ ɶ t ∈ℝ, G t F t H t F t ( ) ( ) ( ) ( ) ≤ ≤ La Teoría de la Utilidad Esperada 209 Evidentemente (por definición de ruido blanco): Ahora (en los tramos en que no coinciden) una de las funciones ya no va sistemáticamente por deba- jo de la otra; ya no todos los amantes de la riqueza prefieren siempre la una a la otra. No obstante, aún es posible afirmar que todos los aversos al riesgo preferirán la lotería a la , dado que ambas tienen la misma media pero la segunda está más dispersa que la primera. Esto es: ¿Cómo distinguimos este tipo de dominancia estocástica? • Mediante la condición integral: el área bajo la distribución «dominada» ( ) es siempre mayor (o a lo sumo igual) que el área bajo la «dominante» ( ): Donde a y b son los valores mínimo y máximo (respectivamente) que adopta las variables aleato- rias e . • Además, (dado que ambas variables tienen la misma media) debe cumplirse que: En resumen G t F t dt a s b ( ) - ( ) l l ≤ ≥ ∫ 0 G t dt a b F t dt a b ( ) ( ) = ∫ ∫ ɶ y′ ɶ y G t dt F t dt a s b a s b ( ) ( ) ≥ < < ∫ ∫ ɶ y ɶ y′ ɶ ɶ ɶ y y y domina estocásticame ′ 2 : nnte (en el sentido de SSD) a ɶ′ y ɶ y′ ɶ y′ ( ) ′′ < u 0 ( ) ′ u 0 E y E y ( ) ( ) ɶ ɶ = ′ =0 210 Microeconomía avanzada En el gráfico del ejemplo: Intervalo y ~ Ј ⇒G(t) y ~ Ј ⇒F(t) G(t)–F(t) [G(t)–F(y)] Ն0 (aϵϪ10, Ϫ6) 4.(1/8) ϭ 0,5 0 0,5 0,5 (Ϫ6, Ϫ2) 4.(1/8) ϭ 0,5 4.(1/4) ϭ 1 Ϫ0,5 0 (Ϫ2, 0) 2.(1/4) ϭ 0,5 2.(1/4) ϭ 0,5 0 0 (0, 5) 5.(3/4) ϭ4,75 5.(3/4) ϭ 4,75 0 0 (5, 6) 1.(7/8) ϭ0,875 1.(3/4) ϭ 0,75 0,125 0,125 (6, 7ϵb) 1.(7/8) ϭ 0,875 1.1 ϭ 1 Ϫ0,125 0 Cuestiones y problemas Un individuo posee una riqueza cierta de 1.000 . Se plantea participar en un juego consistente en tirar una moneda no trucada al aire. Si sale cara gana otros 1.000 , en caso contrario los pierde. La función de utilidad de Bernoulli es del tipo: ¿Jugaría el individuo a dicha lotería? Solución Si el sujeto decide no jugar, disfrutaría de la riqueza cierta de x 0 ϭ 1.000 , lo que le reportaría una satisfacción, de acuerdo con su función de Bernoulli de: Si el sujeto decide jugar, se enfrenta a una lotería, que podemos representar como: En forma de árbol: O bien, en forma lineal: El valor medio de esta lotería es: x E x x x F ≡ = ÷ = ( ) . ɶ 1 2 1 2 1 000 1 2 € ɶ x F =( , ; , ) 0 5 2000 0 u x ( ) , 0 1000 31 62 = ≈ u x x ( ) . = 11.1. La Teoría de la Utilidad Esperada 211 Que coincide con la riqueza inicial. Esto es, el valor esperado de la riqueza cierta x 0 y de la rique- za aleatoria es el mismo. No obstante, la utilidad esperada de la lotería sería: Así pues, el sujeto decidiría no jugar, dado que la satisfacción alcanzada en este caso sería mayor: Otra alternativa consiste en calcular el equivalente cierto de la lotería Esto es: Es decir, al sujeto le resulta indiferente disponer de una riqueza cierta de 500 a enfrentarse a la lotería Así pues, dado que en caso de no jugar, dispondría de una riqueza de x 0 ϭ 1.000 , deci- dirá no jugar. Gráfico 11.1 Dos comerciantes holandeses de Zaandam poseen —cada uno— mercancías por valor de 50.000 florines. Saben que en Moscú (descontando los costes de transporte) podrían venderlas por 75.000 florines. Pero el viaje a Rusia por el Mar del Norte en el siglo XVII es muy peligroso: tormentas, barcos de guerra fran- ceses y piratas. La experiencia les dice que sólo cuatro de cada cinco barcos fletados llegan al final del via- je. ¿Deberían ambos acometerlo? Suponga que la función de Bernoulli del primero es y la del segundo es . u x x ( ) = 2 u x x ( ) = 11.2. ɶ x F . ξ( ) ( , ) ɶ x F = = 22 36 500 2 u u x F ( ) ( ) , ξ ξ = ⇒ = ÷ ɶ ≃ 1 2 2000 1 2 0 22 36 ɶ x F : ( ) ξ u x u y ( ) , , E ( ) 0 31 62 22 36 ≅ ≅ l l ɶ u x u x F F ( ) E ( ) , ɶ ɶ ≡ l l = ⋅ ÷ ⋅ ≈ 1 2 2000 1 2 0 22 36 ɶ x F ɶ x F 212 Microeconomía avanzada Solución La riqueza inicial cierta sería en este caso: x 0 ϭ50.000 florines. Y la lotería a la que estarían someti- dos en el caso de acometer el viaje: O bien, en forma lineal: La media o valor esperado de la lotería es: Vamos a calcular los equivalentes ciertos para ambos comerciantes. En el caso del primero, la función de Bernoulli es del tipo luego: Esto es: Dado que es un valor menor que la riqueza inicial (50.000 Fl.) este comerciante no acometería el viaje. Gráfico 11.2.a ξ( ) ( , ) . ɶ x F = = 219 09 48 000 2 Fl. u u x F ( ) ( ) , . , , ξ ξ = ⇒ = ⋅ ÷ ⋅ ɶ ≃ 0 8 75 000 0 2 0 219 09 u x x ( ) , = x E x F ≡ = ⋅ ÷ ⋅ = ( ) , . , . ɶ 0 8 75 000 0 2 0 60 000 Fl. ɶ x F =( , ; . , ) 0 8 75 000 0 La Teoría de la Utilidad Esperada 213 Para el segundo comerciante, la función de Bernoulli es del tipo , luego: Esto es: Dado que es un valor mayor que la riqueza inicial (50.000 Fl.) este comerciante sí acometería el viaje. Gráfico 11.2.b Supongamos una urbanización formada por 10 vecinos. Cada uno de ellos posee una riqueza cierta de 200.000 y un chalet valorado en 100.000 . Suponga que un pirómano ronda la urbanización y que cada vecino sabe que el pirómano quemará uno solo de los chales y con el espectáculo le será suficiente sin ata- car a los otros. Imaginemos que los vecinos se plantean constituir un fondo de seguro privado, consisten- te en depositar cada uno 10.000 que irían a parar al propietario al que le quemen el chalet. Si fuera uno de estos vecinos y su función de Bernoulli fuera del tipo ¿se aseguraría? Solución Comencemos calculando las riquezas esperadas en el caso de no seguro y de seguro. En el caso de no asegurarse cada vecino está sujeto a una lotería del siguiente tipo, donde x 0 repre- senta la parte cierta de la riqueza: u x x ( ) , = 11.3. ξ( ) . . , ɶ x F = = 45 10 67 082 04 8 Fl. u u x F ( ) ( ) , . , . ξ ξ = ⇒ = ⋅( ) ÷ ⋅ ɶ ≃ 2 2 2 8 0 8 75 000 0 2 0 45 10 u x x ( ) = 2 214 Microeconomía avanzada O bien, en forma lineal: La riqueza media o valor esperado es: En el caso de asegurarse cada vecino está sujeto a una lotería del siguiente tipo: O bien, en forma lineal: En ambos estados de la naturaleza se satisface la prima de 10.000 , pero en el caso de acontecer el siniestro se cobra la cobertura de 100.000 . Nótese que, en el caso de asegurarse, la riqueza del sujeto se convierte en no-aleatoria, dado que en ambos estados de la naturaleza asciende a 290.000 . Evidentemente, esa será su media sin dis- persión alguna: Para averiguar la opción más conveniente vamos a calcular los equivalentes ciertos en el caso de no-seguro y de seguro: En el caso de no asegurarse: Esto es: En el caso de asegurarse el sujeto obtiene la riqueza cierta de 290.000 . Podemos comprobar que ese valor es, lógicamente, el equivalente cierto: Esto es: Así pues, asegurarse sería la mejor opción. Suponga un individuo con una función de utilidad de Bernoulli: que dispone de una riqueza total formada por un montante cierto de dinero de 1.000.000 u.m. y por el siguiente activo financiero: Calcule el equivalente cierto de la riqueza de este individuo, su prima de riesgo y el precio mínimo al que estaría dispuesto a vender su activo financiero (asking-price). ɶ y = − í ( · · ·· 1 ) 1 5 3 5 1 5 500 000 0 100 000 , , ; . , , . u x x ( ) , = 11.4. ξ( ) ( , ) . ɶ x F = = 538 52 290 000 2 € u u x F ( ) ( ) , . , . ′ = ′ ⇒ ′ = ⋅ ÷ ⋅ ξ ξ ɶ ≃ 0 9 290 000 0 1 290 000 5388 52 , ξ( ) ( , ) . , ɶ x F = = 219 09 289 090 81 2 € u u x F ( ) ( ) , . , . , ξ ξ = ⇒ = ⋅ ÷ ⋅ ɶ ≃ 0 9 300 000 0 1 200 000 537 67 7 ′ ≡ ′ = ⋅ ÷ ⋅ = x E x F ( ) , . , . . ɶ 0 9 290 000 0 1 290 000 290 000 € € ɶ x F = í ( · · ·· 1 ) = 9 10 290 000 290 000 290 000 ; . , . . x E x F ≡ = ⋅ ÷ ⋅ = ( ) , . , . . ɶ 0 9 300 000 0 1 200 000 290 000 € ɶ x F = í ( · · ·· 1 ) 9 10 300 000 200 000 ; . , . La Teoría de la Utilidad Esperada 215 Solución En este caso, aunque sigue siendo una lotería discreta, existen tres estados de la naturaleza. La rique- za final del sujeto sería aleatoria y se representaría de la forma siguiente. La riqueza media asciende a: Calculemos el equivalente cierto de la riqueza: Esto es: La prima de riesgo (ρ) es la máxima cantidad de dinero que el sujeto está dispuesto a pagar por recibir con certeza la media de una riqueza aleatoria en vez de enfrentarse al riesgo que dicha rique- za supone, esto es: Por su parte, el asking-price (α) o precio mínimo al que estaría dispuesto a vender su activo finan- ciero sería: Un individuo posee el siguiente activo financiero: a) ¿Lo vendería por 23 u.m. si, además, dispusiera de una riqueza cierta de 50 u.m. y su función de Bernoulli fuese: b) ¿Lo vendería por 23 u.m. si, además, dispusiera de una riqueza cierta de 100 u.m. y su función de Ber- noulli fuese: c) ¿Lo vendería por 23 u.m. si, además, dispusiera de una riqueza cierta de 100 u.m. y su función de Bernoulli fuese: u x x ( ) ln ? = u x x ( ) ? = u x x ( ) ? = ɶ y = í ( · · ·· 1 ) 1 2 50 0 ; , 11.5. α ξ ( ) ( ) . . , . . ɶ ɶ x x x F F ≡ − = − = 0 1 070 574 36 1 000 000 70.. , 574 36 u.m ρ ξ ( ) . . . . , ɶ x x F ≡ − = − = 1 080 000 1 070 574 36 9.425,64 u.m ξ( ) ( . , ) ɶ x F = = 1 034 69 2 1.070.574,36 u.m u u x F ( ) ( ) , . . , . . ξ ξ = ⇒ = ⋅ ÷ ⋅ ÷ ɶ 0 2 1 500 000 0 6 1 000 000 0,, . . , 2 900 000 1 034 69 ⋅ ≃ x E x F ≡ = ⋅ ÷ ⋅ ÷ ⋅ ( ) , . . , . . , ɶ 0 2 1 500 000 0 6 1 000 000 0 2 900 0 000 1 080 000 . . . = ɶ ɶ x x y F = ÷ = 0 1 5 3 5 1 5 1 500 000 1 000 000 900 , , ; . . , . . , .0000 í ( · · ·· 1 ) ( ) ɶ x F 216 Microeconomía avanzada Solución a) En este caso, la riqueza final sería: La riqueza media: El equivalente cierto de la riqueza: Luego: Así pues, el asking price ascendería a: Esa es la mínima cantidad de dinero que aceptaría para vender su activo. Dado que se le ofrece un precio de 23 u.m., en este caso vendería el activo. b) En este caso, la riqueza final sería: La riqueza media: El equivalente cierto de la riqueza: Luego: Así pues, el asking price ascendería a: Esa es la mínima cantidad de dinero que aceptaría para vender su activo. Dado que se le ofrece un precio de 23 u.m., en este caso no vendería el activo. c) En este caso, la riqueza final y la riqueza media serían las mismas que en el apartado anterior: El equivalente cierto de la riqueza es: u u x F ( ) ( ) ln , ln , ln . ξ ξ = ⇒ = ⋅ ÷ ⋅ ɶ ≃ 0 5 150 0 5 100 4 81 α ξ ( ) ( ) , , ɶ ɶ x x x F F ≡ − = − = 0 123 74 100 23 74 u.m ξ( ) ( , ) ɶ x F = = 11 12 2 123,74 u.m u u x F ( ) ( ) , , , ξ ξ = ⇒ = ⋅ ÷ ⋅ ɶ ≃ 0 5 150 0 5 100 11 12 x E x F ≡ = ⋅ ÷ ⋅ = ( ) , , ɶ 0 5 150 0 5 100 125 u.m ɶ x F = í ( · · ·· 1 ) 1 2 150 100 ; , α ξ ( ) ( ) , , ɶ ɶ x x x F F ≡ − = − = 0 72 86 50 22 86 u.m ξ( ) ( , ) ɶ x F = = 8 54 2 72,86 u.m u u x F ( ) ( ) , , , ξ ξ = ⇒ = ⋅ ÷ ⋅ ɶ ≃ 0 5 100 0 5 50 8 54 x E x F ≡ = ⋅ ÷ ⋅ = ( ) , , ɶ 0 5 100 0 5 50 75 u.m ɶ x F = í ( · · ·· 1 ) 1 2 100 50 ; , La Teoría de la Utilidad Esperada 217 Luego: Así pues, el asking price ascendería a: Dado que se le ofrece un precio de 23 u.m., en este caso vendería el activo. Un agente posee una riqueza inicial de 100 u.m. y una lotería definida por: La función de utilidad de este individuo es: Determine el equivalente cierto, la prima de riesgo y el asking-price. Solución La riqueza final aleatoria del sujeto sería: y la riqueza media: La figura representa el perfil de la función de Bernoulli. La utilidad asociada a los premios extremos es la siguiente: • por lo que estamos en el primer tramo de la función. • por lo que estamos en el segundo tramo de la función. Así pues, la utilidad esperada de la riqueza será: Para obtener el equivalente cierto fijémonos en el gráfico cómo el anterior valor se encuentra en el segundo tramo de la función de Bernoulli. Así pues: La prima de riesgo es: Por su parte, el asking price es: α ξ ≡ − = − = x 0 102 5 100 2 5 , , ρ ξ ≡ − = − = x 105 102 5 2 5 , , u u x F ( ) ( ) , , ξ ξ ξ = ⇒ ÷ = ⇒ = ɶ 100 202 5 102 5 u x u x F F ( ) E ( ) , ɶ ɶ ≡ l l = ⋅ ÷ ⋅ = 1 4 180 3 4 210 202 5 u( ) , 110 100 110 210 110 100 = ÷ = < , dado que u( ) , , 90 2 90 180 90 100 = ⋅ = < dado que x E x F ≡ = ⋅ ÷ ⋅ = ( ) , , ɶ 0 25 90 0 75 110 105 u.m ɶ x F = í ( · · ·· 1 ) 1 4 90 110 ; , u x x x x x ( ) = ≤ ÷ ' ! 1 1 + 1 1 2 100 100 100 ɶ y = − ÷ í ( · · ·· 1 ) 1 4 10 10 ; , 11.6. α ξ ( ) ( ) , , ɶ ɶ x x x F F ≡ − = − = 0 122 73 100 22 73 u.m ξ( ) exp( , ) ɶ x F = = 4 81 122,73 u.m 218 Microeconomía avanzada Gráfico 11.6 Un agente puede representar sus preferencias frente al riesgo mediante una función de Bernoulli exponen- cial negativa: Este agente posee una riqueza formada por 1 u.m. cierta y un activo que se distribuye de acuerdo a una función de densidad uniforme-continua definida en el intervalo [Ϫ0.4, ϩ0.6]. a) Calcule el equivalente cierto, la prima de riesgo y el asking-price. b) Calcule la prima de riesgo mediante el desarrollo de Arrow-Pratt y compárelo con el valor calcula- do previamente. Solución a) Comencemos obteniendo la forma de la función de densidad correspondiente al activo. Tiene la apariencia representada en la figura, en donde la abscisa de la función (k) se obtiene como: 1 0 6 0 4 0 4 0 6 0 4 0 6 = = l l = ÷ = − − ∫ k x k x k k k d , , , , , , u x e x ( ) =− −2 11.7. La Teoría de la Utilidad Esperada 219 La esperanza del activo será: Por tanto, la esperanza de la riqueza aleatoria total será: Calcularemos ahora la utilidad esperada: Así pues, el equivalente cierto será: La prima de riesgo es: Por su parte, el asking price es: Una alternativa consiste en encontrar la distribución de la riqueza aleatoria total, que es la suma de la riqueza cierta (1 u.m.) y del activo incierto Se distribuirá como una función uniforme conti- nua definida en el intervalo . Se sugiere al lector obtener los anterio- res resultados con esta nueva distribución. b) De acuerdo con el desarrollo de Arrow-Pratt: Calcularemos primero la varianza (σ 2 ) de la riqueza aleatoria total: En donde: El Coeficiente de Aversión Absoluta al Riesgo de Arrow-Pratt R a (x) será: Por tanto la aproximación de la prima de riesgo es: ρ σ ≅ = ⋅ ⋅ = 1 2 1 2 0 083 2 0 083 2 R x a ( ) , , R x u x u x e e a x x ( ) ( ) ( ) =− ′′ ′ =− − = − − 4 2 2 2 2 E( ) , ( ) , , , ɶ x x f x x x x x F 2 2 2 0 6 1 6 3 0 6 1 0 6 3 = = = l l l l ∫ d d ,, , , , 6 0 6 1 6 1 293 ∫ = σ 2 2 2 2 1 293 1 1 0 083 ≡ − = − = E( ) , ( , ) , ɶ x x F ρ σ ≅ 1 2 2 R x a ( ) − ÷ ÷ ÷ l l = ÷ l l 0 4 1 0 6 1 0 6 1 6 . , . , . ( ). ɶ y α ξ ≡ − = − = x 0 1 01928 1 0 01928 , , ρ ξ ≡ − = − = x 1 10 1 01928 0 08072 , , , u u x e F ( ) E ( ) , , , ξ ξ ξ = l l =− ⇒ − =− ⇒ = − ɶ 0 1302 0 1302 1 2 0 01928 E ( ) E ( ) ( ) ( ) u x u y e f x x e F x ɶ ɶ l l = ÷ l l = − = − − ÷ 1 2 1 d − − ÷ − − ÷ − − = l l l l ∫ ∫ 2 1 0 4 0 6 2 1 0 4 0 6 0 2 ( ) , , ( ) , , , x x x e d 44 0 6 0 1302 , , =− x x y y F ≡ ≡ ÷ = ÷ = E( ) E( ) E( ) , ɶ ɶ ɶ 1 1 1 10 ( ) ɶ ɶ x y F = ÷ 1 µ ≡ = = = l l l l − − ∫ ∫ E( ) ( ) , , , , ɶ y x f x x x x x d d 0 4 0 6 2 0 4 0 6 2 − − = − = 0 4 0 6 0 18 0 08 0 1 , , , , , 220 Microeconomía avanzada Suponga un individuo cuyas preferencias en condiciones de riesgo pueden representarse mediante una función de utilidad de Bernoulli con la siguiente expresión: Este individuo posee un activo valo- rado en x 0 u.m. Suponga que dicho activo está sujeto a un riesgo uniforme de perderse en parte o en su tota- lidad. Calcule la prima de riesgo de este sujeto como porcentaje del valor del activo. Solución La riqueza final del sujeto es aleatoria y se distribuye como: Gráfico 11.8 Calcularemos previamente el valor de k en la función de densidad de probabilidad de la riqueza: La media de la riqueza es: Y la utilidad esperada: Por tanto, el equivalente cierto: Y la prima de riesgo: ρ ξ ≡ − = − = x x x x 0 5 0 4 0 05 0 0 0 , , , u u x x x x F ( ) E ( ) , ξ ξ ξ = l l ⇒ = ⇒ = ɶ ≃ 1 2 0 1 2 0 0 2 3 4 9 0 4 E ( ) ( ) ( ) u x u x f x x x x x x F x x ɶ l l = = = ∫ ∫ 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 d d 2 2 3 2 3 2 3 3 2 0 0 3 2 0 0 1 2 0 x x x x x l l l = = x x x x x x x x F x x ≡ = = l l = ∫ E( ) ɶ 0 0 0 2 0 0 0 0 1 1 1 2 2 d k x k x ⋅ = ⇒ = 0 0 1 1 ɶ x x F → l l U 0 0 , ( ) ɶ x F u x x ( ) . = 11.8. La Teoría de la Utilidad Esperada 221 Suponga que Antonio posee una riqueza de 100 u.m y, además, una casa valorada en 80 u.m. La probabi- lidad de perder totalmente la casa (debido al fuego) es de 0,10 y se sabe que el agente no tiene acceso a ningún contrato de seguro; si no hay fuego, el valor de la casa permanece a su nivel original. Suponga que Benito posee la misma riqueza inicial y dos casas valoradas cada una en 40 u.m. La probabilidad de per- der totalmente por el fuego cada una de ellas es de 0,10 y los dos posibles fuegos son variables indepen- dientes (por ejemplo, porque una casa está en Vigo y la otra en Elche). a) Obtenga la distribución de probabilidad de la riqueza total de A y B, calcule su valor esperado y dibu- je sus correspondientes funciones de distribución de probabilidad. b) Compruebe, mediante criterios de dominancia estocástica, que la riqueza de A supone un mayor nivel de riesgo que la de B (por estar menos diversificada). Solución a) En el caso de A, la riqueza final y la media serán: En el caso de B, la riqueza final y la media serán: En este caso, los diferentes sucesos y sus probabilidades se han obtenido de la forma siguiente: Suceso 1: No perder ninguna de las dos casas. Riqueza total: 100 ϩ 40 ϩ 40 ϭ 180. Probabilidad: la de no perder la casa 1 y no perder la casa 2: 0,9 ϫ 0,9 ϭ 0,81 Suceso 2: Perder una de las casas. Riqueza total: 100 ϩ 40 ϭ 140 Probabilidad: la de perder la casa 1 y no perder la 2 o la de no perder la 1 y perder la 2 (0,1 ϫ 0,9) ϩ (0,9 ϫ 0,1) ϭ 0,18 Suceso 3: Perder ambas casas. Riqueza total: 100 Probabilidad: la de perder la 1 y perder la 2 0,1 ϫ 0,1 ϭ 0,01 Puede apreciarse cómo ambas riquezas aleatorias cuentan con idéntico valor esperado. Las funciones de distribución de probabilidad se representan en el gráfico. 11.9. 222 Microeconomía avanzada Gráfico 11.9.a b) Puede observarse cómo la distribución de probabilidad G, correspondiente al sujeto B presenta domi- nancia estocástica de segundo orden sobre la distribución de probabilidad F correspondiente a A. Pues se cumple que: Intervalo F(x) G(x) F(x)–G(x) [F(x)–G(x)] dx (100,140) 40.(0,1) ϭ 4 40.(0,01) ϭ 0,4 3,6 3,6 (100, 180) 40.(0,1) ϭ 4 40.(0,19) ϭ 7,6 Ϫ3,6 0 Una forma alternativa de verlo consiste en apreciar cómo la riqueza final del sujeto A puede obte- nerse a partir de la del B más un ruido blanco condicionado a una cierta realización de la riqueza de B. En concreto: Donde: E x F A ɶ ɶ ε / = l l = 140 0 ∫ 1.º E E , ɶ ɶ x x F A F B l l = = l l 172 esto es, cuen ntan con la misma media. 2.º ( ) ( ) F x G x − l l l ≥ ≤ ∫ 100 180 0 s x d , veámoslo con una tabla: ɶ ɶ x x F B F A 2 La Teoría de la Utilidad Esperada 223 Suponga un inversor averso al riesgo que se enfrenta a los tres siguientes activos financieros: a) Ordénelos de más a menos preferido, razonando su respuesta. b) Tome la función de Bernoulli que desee (siempre que contemple aversión al riesgo) y el valor para la riqueza inicial cierta de este sujeto que desee y compruebe la ordenación que hizo en el apartado anterior. Solución a) Representaremos las distribuciones de los diferentes activos: Gráfico 11.10.a ɶ ɶ y y ≡ í ( · · ·· 1 ) ≡ − í ( · · 1 2 0 10 1 4 1 4 1 1 10 ; , ' , ; , , ·· · 1 ) ≡ í ( · · ·· 1 ) ɶ y'' , ; , , 1 2 1 4 0 9 11 11.10. 224 Microeconomía avanzada • Como: • Por otra parte: , siendo la desigualdad estricta en los valores del intervalo (10,11), por lo tanto: Así pues: b) Por ejemplo, tomemos: En este caso: Por tanto: O bien calculando los equivales ciertos: Idénticamente: De nuevo: ′′ ′ ξ ξ ξ ′ = ′′ = ξ ξ 2 5589 2 9978 , , ln( ) , , , ξ ξ ÷ = ⇒ = − = 2 1 5890 2 2 8988 1 5890 e u y u y u y ( ) ( ) ( ) ɶ ɶ ɶ ′′ ′ u y u y ( ) , ln , ln , ( ) , ln ɶ ɶ = ⋅ ÷ ⋅ = ′ = ⋅ 0 5 2 0 5 12 1 5890 0 25 11 0 25 3 0 5 12 1 5171 0 5 2 ÷ ⋅ ÷ ⋅ = ′′ = ⋅ ÷ , ln , ln , ( ) , ln u yɶ 00 25 12 0 25 13 1 6090 , ln , ln , ⋅ ÷ ⋅ = u x x x ( ) ln( ) = ÷ = ' ! 1 1 + 1 1 2 0 0 ɶ ≻ ɶ ≻ ɶ y y y ′′ ′ ɶ ɶ y y ′′ 1 H x F x ( ) ( ) ′′ ≤ y y G x x F x x s s = ′ = ′ ≥ − ≤ − ∫ 5 1 10 1 y, además: d d ( ) ( ) ≤ ≤ ∫ ⇒ ′ 10 2 ɶ ɶ y y La Teoría de la Utilidad Esperada 225 www.pearsoneducacion.com Este título de la Colección PRENTICE PRÁCTICA recoge cuestiones prácticas que ayudan a asimilar los contenidos más habituales de un curso de Microeconomía Avanzada. El libro se estructura en once capítulos que abarcan los siguientes temas: Teoría del Consumo, Teoría de la Empresa, Equilibrio General y Economía del Bienestar y Elección Individual con Incertidumbre. Cada capítulo comienza con una reseña teórica sobre la que se fundamentan las cuestiones propuestas. Estas cuestiones se desarrollan en varios apartados que tratan de un modo práctico los conocimientos teóricos planteados y ayudan a acercarse a la realidad microeconómica. Para conseguir este fin, la resolución incluye una importante cantidad de gráficos que complementan los desarrollos algebraicos. El libro está dirigido, fundamentalmente, a estudiantes de segundo ciclo que ya cuentan con conocimientos suficientes de Microeconomía a nivel intermedio y que están cursando, a su vez, un grado avanzado de Microeconomía, o alguna otra asignatura en el campo del Análisis Microeconómico: Economía del Consumo y la Demanda, Equilibrio General, Economía de la Incertidumbre, etc. Asimismo, puede ser muy útil para estudiantes de Microeconomía Intermedia que deseen profundizar en los conocimientos adquiridos. PRENTICE PRÁCTICA es una colección de libros, cuyo texto es eminentemente práctico. La finalidad de esta colección es permitir al alumno comprender y afianzar la asimilación de la teoría a través de diversos ejercicios y ejemplos. PRENTICE PRÁCTICA es una colección amena, de carácter muy didáctico y que, de una forma sencilla, consigue que el alumno obtenga un perfecto manejo práctico de la asignatura. 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