Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Макаров, В. Л. Математическая теория экономической динамики и равновесия

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
11.97 Mб
Скачать

ЭК О Н О М И К О - М А Т Е М А Т И Ч Е С К А Я

БИ Б Л И О Т Е К А

В. Л. МАКАРОВ,

А. М. РУБИНОВ

Математическая теория экономической динамики и равновесия

Щ

Щ

ИЗ Д А Т Е Л Ь С Т ВО « Н А У К А »

ГЛ А В Н А Я Р Е Д А К Ц И Я

ФИЗИКО - МАТЕМАТИЧЕСКОЙ Л И Т Е Р А Т У Р Ы

М О С К В А 1 9 7 3

J)7

Математическая теория экономическое динамики п равновесия. В. Л . М а к а р о в, А. М. Р у б и н о в (Серия «Экономико-математическая библиотека»). Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», М., 1973.

С помощью моделей экономической динамики изу­ чают поведение экономической системы во времепп. В книге подробно исследуется одна из основных техно­ логических моделей динамики — модель Неймана — Гейла, а также некоторые ее обобщения. Особое вни­ мание уделено оптимальным (эффективным) траекто­ риям. В частности, изложены теоремы о магистрали, посвященные асимптотике этих траекторий, и теоремы о характеристике (о наличии двойственных оценок). Дается полное описание состояний равновесия модели Неймана — Гейла.

В книге исследуется также основная модель эко­ номического равновесия — модель Эрроу — Дебре. Приводятся ее обобщения, которые используются за­ тем для анализа динамических моделей, учитываю­ щих потребление в явном виде. Подробно изложена теория точечно-множественных отображений, служа­ щая аппаратом для исследования моделей.

Книга рассчитана на математиков: студентов, ас­ пирантов, научных работников, интересующихся ма­ тематической экономикой, математическим програм­ мированием и выпуклым анализом, а также на эконо­ мистов, анающих математику.

Вмонографии 27 рис., библ. 120 названий.

Издательство «Наука», 1973.

0224 — 1839

042 (02)-73 73-73

О Г Л А В Л Е Н ИЕ

Список обозначений

 

 

 

 

 

 

6

Предисловие . . . .

 

 

 

 

7

Введение

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г Л А В А

I

 

 

ТОЧЕЧНО - МНОЖЕСТВЕННЫЕ ОТОБРАЖЕНИ Я

 

§

1.

Предварительные сведения

 

 

 

 

19

2.

1. Выпуклые множества, конусы, аффинные

многообразия (19).

Гиперплоскости.

Отделимость

(19). Я.

Алгебраические

опера­

ции над выпуклыми

множествами

(22). 4-

Выпуклые конусы

и со­

пряженные им (23). 5. Отношение предпоряпка, порожденное кону­

сом

(24). В. Выпуклая и коническая оболочки

(25). 7. Многогран­

ные

конусы

(201. 8.

Выпуклые

функции

(27). 9.

Полунепрерыв­

ные

функции

(28).

 

 

 

 

 

 

 

§

2. Суперлпмейные функционалы и выпуклые

множества

30

1.Суперлппейньте функционалы (30). 2. Примеры (32). 3. Опор­

ные

линейные

функционалы (34). 4. К-опорние

множества (35).

5. Функционалы, опорные в точке (ЗУ). 6. Функционалы,

определен­

ные

на всем пространстве (41). 7. Сублинейные

функционалы (41).

8.

Монотонные

сублинейные

функционалы

(42). 9. Нормальные

множества

(44).

1(1.

Свойства

монотонных

сублинейных

функцио­

налов (47). 11. Полулинейные

пространства

выпуклых

множеств

(49).

12.

Мопотопные

нормы

(52). 13. Нормальные

множества

играни конуса (55).

§3. Элементы топологической теории точечно-множествен­

 

ных отображений

 

 

 

 

58

 

1.

Точечно-множественные

отображения (58). 2. Замкнутые ото­

 

бражения (60). 3.

Теорема

Какутани

(64). 4.

Полунепрерывные

 

снизу

и непрерывные (по Какутани)

отображения

(64). 5.

Метрика

 

Хаусдорфа (66). 6.

Непрерывность

по

Хаусдорфу (69).

 

 

§ 4.

Суперлинейяые отображения

и двойственные

к ним

71

1.Простейшие свойства точечно-множеотвенных отображений,

определенных

на

конусе (71). 2.

Монотонные

отображения

(75).

3. Свойства произведения отображений (77). 4.

Супер линейные

ото­

бражения

(77). 5.

Двойственные отображения (82). 6.

Второе

двой­

ственное

отображение

и нормальная

оболочка (87). 7.

Суперлиней­

ные

отображения

и

выпукло-вогнутые положительно однородные

функционалы

(89). 8.

Примеры (91).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г Л А В А

I I

 

 

 

 

 

МОДЕЛЬ Н Е Й М А Н А — Г Е Й Л А

§

5. Пострееиие

модели Неймана — Гейла

 

 

 

94

 

1. Определение

модели Неймана — Гсйла (94). 2. Теорема

о ка­

нонической форме

(99).

 

 

 

 

 

§

6. Темпы

роста

модели Неймана — Гейла

 

 

105

1. Состояния равновесия и темпы роста. Неймановский темп роста (105). 2. Примеры (109). 3. Неймановское состояние равновесия

1*

4

О Г Л А В Л Е Н И Е

(114). 4. Расположение состояний равновесия модели Неймана — Гейла. Конечность числа темпов роста модели (118). 5. Обобщенные темпы роста (124). 6. Экономический темп роста (125).

§7. Спектральная теория суперлинейиых отображений . . 1. Собственные числа и собственные множества (126). 2. Соб­

ственные числа

отображения о на П ^ (127).

3. Собственные числа

отображения а

на

(132). 4. Собственные

множества, отвечающие

темпам роста (135). 5. Собственные числа отображения а - 1 (138).

Г Л А В А I I I

О П Т И М А Л Ь Н Ы Е ТРАЕКТОРИ И И ИХ ХАРАКТЕРИСТИК А

§ 8. Общая технологическая модель экономической ди­

 

намики

 

 

 

 

 

 

 

1.

Введение

(141).

2. Определение модели. Траектории

(141).

3. Дискретные

модели

(146). 4.

Подмодели

(148). 5.

Оптимальные

траектории в моделях

первого

рода

(150).

6. Правильные

модели

(157).

7. Оптимальные

траектории в

моделях

второго

рода (158).

§9. Характеристика оптимальных траекторий

1.Двойственная модель (160). 2. е-характеристика слабо опти­ мальных траекторий (162). 3. Траектории, допускающие характери­ стику (163). 4. Теоремы о характеристике в моделях первого рода

(165).

 

5. Характеристика траекторий

модели второго

рода

(170).

6. Согласованные

траектории

(175).

 

 

 

 

§ 10

. Характеристика оптимальных траектории в некоторых

 

 

конкретных

моделях

 

 

 

 

 

 

1.

 

Модель

Неймана — Гейла

(179).

2. Д™-оптимальпыс

траек­

тории

(182).

3.

Правильная модель

Неймана — Гейла

(184).

4. Мо­

дель

 

типа

Неймана — Гейла

(185).

5.

Модель, функционирующая

внепрерывном времени (185).

§11. Обобщенная технологическая модель

1.Определение модели. Оптпмальпые траектории (192). 2. Прин­ цип оптимальности (194). 3. Суперлинейное расширение (198). 4. Ха­ рактеристика оптимальных траекторий (203). 5. Некоторые обобще­

ния (205).

§ 12. Характеристика траекторий бесконечномерных моде­ лей

1. Введение (211). 2. Суперлинейные функционалы и К-опорные множества; вполне положительные сублинейные функционалы и нор­ мальные множества (211). 3. Точечно-мпожественные отображения (213). 4. Определение регулярной модели. Теоремы о характеристи­ ке (219). 5. Модель, учитывающая различие фондов по сроку служ­ бы (221).

Г Л А В А I V

АСИМПТОТИКА О П Т И М А Л Ь Н Ы Х ТРАЕКТОРИ Й

§ 13. Теорема о магистрали в слабой форме

1.Введение (225). 2. Траектории, имеющие средний темп роста а

(226). 3. Асимптотика траекторий, имеющих средний темп роста а

(227) . 4. Асимптотика оптимальных

конечных

траекторий

(232).

5.

Асимптотика

при наличии

строгого

состояния

равновесия

(234).

6.

Асимптотика

траекторий

в произвольных моделях Неймана —

Гейла (238).

 

 

 

 

 

О Г Л А В Л Е Н И Е

 

 

 

 

5

§ 14. Теорема

о

магистрали

в сильной

форме

 

239

 

1. Положительная граница нормального множества

(230). 2. Фор­

 

мулировка теоремы о магистрали в

сильной

форме.

Леммы

(242).

 

3. Доказательство теоремы 14.1 (245).

4. Некоторые замечания

(248).

 

5.

Теорема Никайдо

(25П).

 

 

 

 

 

 

 

§ 15. Теорема

о

магистрали

в

сильнейшей форме . . . .

255

в

1.

Вспомогательные

предложения

(255). 2. Теорема

о магистрали

 

сильнейшей

форме

(2fil).

 

 

 

 

 

 

 

§ 16. Асимптотика траекторий общей технологической модели

263

 

1.

Асимптотика

траекторий,

допускающих

согласование

(2R3).

 

*!. Приложение

полученных результатов к модели Неймана — Гей-

 

па

(269).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г Л А В А V

 

 

 

МОДЕЛ И

ЭКОНОМИЧЕСКОГО

РАВНОВЕСИЯ

 

§ 17. Игры п. лиц

 

 

 

 

 

 

 

274

 

1.Определение игры (274). 2. Вспомогательные предложения

(276). 3. Существование состояния равновесия (278).

§ 18. Модели

экономического

равновесии на конечном вре­

менном

интервале

280

1.Модель Эрроу — Дебре (280). 2. Существование равногеспя

(283). 3. Замечания об экономическом смысле теоремы 18.1 (285).

§ 19. Конкурентное равновесие и оптимальность . . . . 286

1.Видоизменение первоначальной модели (286). 2. Оптималь­

ность состояния равновесия (289). 3. Замечание к теореме 19.1 (291).

 

 

 

 

 

 

 

 

Г Л А В А

V I

МОДЕЛ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ Д И Н А М И К И С УЧЕТО М

 

 

 

 

ПОТРЕБЛЕНИ Я В ЯВНОМ ВИДЕ

§ 20. Определение общей модели экономической динамики

Связь с технологическими

моделями

 

. 293

1. Определение модели; оптимальные траектории (293). 2. Суще­

ствование

[/-оптимальных

траекторий

(295).

3.

Характеристика

[/-оптимальных траекторий (300). 4. Необходимые и достаточные

условия

и-оптимальтостя

(304).

 

 

 

 

 

§ 21. Магистрали

 

 

 

 

 

 

 

306

1. Введение (306).

2. Магистрали для случая

=

1 (307). 3. Маги­

страли для случая

р. > 1

(310).

 

 

 

 

 

§ 22. Экономическое равновесие на

бесконечном временном

интервале

и

^/-оптимальные

траектории

314

1. Введение (314).

2. Модель

(315). 3.

Существование

сос­

тояния равновесия

(316).

4. Связь между равновесными, эффектив­

ными и

[/-оптимальными

траекториями

(320).

 

 

 

§ 23. Исторические и литературные комментарии

323

Литература

 

 

 

 

 

 

329

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

а 61

 

а-1

 

59

 

а'„ 8

2

 

"

Д % я

 

а ( й

5 °

0

^

°

«1 5

9

I « | 7 8

 

2

19S

 

Л „

 

127

 

Л

(JST,, if 2 ) 78

'1 ц № . ^а) 216

В(ЛГг, tf2) 198 coQ 25

CoQ 26

 

239

£ 141

 

f n t Q 2 0

К*

23

Lf

148

м ~3 1 5

Га

215

n'Q

42 75

пЖ 161

па 57

 

ЛГ

228

 

 

41

Рт

(К)

49

р шг 1 4

3

Rn

32

 

ЛП

on

U

34

 

m„\*

oa

(Up)x

 

53

Z' 82 уа 231

Шх 148

Зй' 160 §ГОв 147 9Л Т 158

5DJZ 179

g)i 203

(дд, U) 295

щ184

£аШ 242

жт (s) 241

а(а) 105

a (х, т/) 107 a ( Z ) 108 V (с) 294

T ( Q ) 5 6 r f 148

(Л) 195

?! iS§

я = 2 2 6 ' 2 3 8

П(О) 58

П(£3) 66

ПО (К) 36

(К)42

ПР » ( Я ) 4 9

П,1; 127 1Й 127

 

1

5

8

Q 22

 

 

;й>^4

 

>>

> i

32

< ,

> 25

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящая книга посвящена математическому анализу моделей экономической динамики и равновесия. Эти мо­ дели представляют собой важный раздел математической экономики.

Модели экономической динамики описывают поведение экономической системы во времени. Основным объектом изучения в этих моделях является траектория, т. е. по­ следовательность элементов фазового пространства, кото­ рая описывает допустимый (возможный) путь развития экономики. Среди всех траекторий выделяются «жела­ тельные», т. е. оптимальные в смысле некоторого критерия.

С помощью моделей экономического равновесия изуча­ ются траектории, порождаемые тем или иным экономиче­ ским механизмом.

Удобным математическим аппаратом для исследования моделей являются точечно-множественные отображения. При изучении моделей равновесия (так же, как и в тео­ рии игр) используется топологический аспект теории этих отображений (в частности, теорема Какутани). Для ис­ следования моделей динамики потребовалось рассмотреть специальный класс отображений, которые в этой книге названы суперлинейными. Теория суперлинейных точечномножественных отображений представляет, по-видимому, и самостоятельный интерес. Эта теория излагается в первой главе.

Главы I I — I V посвящены моделям экономической ди­ намики. Подробно изучены свойства оптимальных траек­ торий этих моделей. Эти свойства описываются теоремами о характеристике (наличии двойственных оценок) и теоре­ мами о магистрали (об асимптотике траекторий).

В главе V формулируются и исследуются модели рав­ новесия. Основное внимание уделено теореме о сущест­ вовании состояния равновесия в модели Эрроу — Дебре и некоторых ее обобщениях.

8

П Р Е Д И С Л О В И Е

Наконец,

в главе V I результаты, полученные ранее,

применяются для исследования модели экономической ди­ намики, в которой явно учтено потребление. Исследуются асимптотика и характеристика оптимальных траекторий и указывается связь этих траекторий с так называемыми рав­ новесными траекториями.

Некоторые разделы книги были прочитаны нами на спецкурсах в Новосибирском государственном универси­ тете.

При наппсании книги мы ориентировались на читателя,

владеющего

некоторой математической

культурой и хо­

рошо знающего теорию конечномерных

пространств, точ­

нее говоря,

конечномерный линейный

анализ. Заметим,

впрочем, что глубокие результаты теории линейных опе­ раторов (матриц) в кнпге, как правило, не используются. Необходимые для понимания книги и не общеизвестные сведения из конечномерного выпуклого анализа изложены без доказательств в § 1. При изложении некоторых во­ просов не удалось обойтись без привлечения сведений из функционального анализа. Соответствующие места в кни­ ге набраны петитом.

В книге принята автономная нумерация формул, тео­ рем, предложений и лемм. Они нумеруются с помощью двойного индекса, первая часть которого указывает номер параграфа, а вторая — номер формулы или соответствую­ щего утверждения в этом параграфе.

Многие результаты, вошедшие в эту книгу, неоднократ­ но обсуждались на семинаре по математической экономике Института математики СО А Н СССР. Эти обсуждения во многом способствовали улучшению книги. Мы признатель­ ны всем участникам этого семинара.

Мы глубоко благодарны Л . В. Канторовичу за постоян­ ную помощь и внимание к нашей работе.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

1. Место в разделах прикладной математики. В послед­ ние два десятилетия бурно развивается математический аппарат для изучения экономических и общественных яв­ лений. Линейное и нелинейное (и вообще математиче­ ское) программирование, теория игр, теория графов, тео­ рия процессов оптимального управления, моделирование и «симулирование» на ЭВМ и др. сформировались за эти два десятилетия в самостоятельные крупные разделы прик­ ладной математики. По каждому из них в настоящее время насчитывается по нескольку монографий, учебников и справочников, сотни научных статей. Таким образом, мож­ но говорить об определенной оформленности и зрелости этих разделов.

Развитие упомянутых направлений, кроме собственной проблематики, порожденной экономическими и другими общественными приложениями, привело к созданию осо­ бой, чисто математической проблематики, либо оживило некоторые традиционные области математики.

Упомянем в связи с этим теорию выпуклых множеств и функций, которая в последние годы усиленно развивается именно в связи с потребностями этих новых областей прикладной математики.

Настоящая книга полностью лежит в русле исследова­ ний общественных явлений математическими средствами. Однако она не может быть причислена без натяжки ни к одному из упоминавшихся разделов. Дело в том, что мате­ матический анализ моделей экономики требует привлече­ ния результатов и из математического программирования,

ииз теории игр, и из выпуклого анализа и т. д. Кроме того, возникла собственная математическая проблематика

икруг понятий, обладающие известной обособленностью.

Имеется ряд книг, в основном экономического харак­ тера, посвященных изучению и анализу математических моделей экономики. Содержание этих книг объединено

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ