background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

Systemy produkcji typu input-autput. Model von Neumanna  

Rozważamy  model  gospodarki,  w  którym  zużywa  się  lub 

wytwarza 

n  towarów  za  pomocą  skończonej  liczby  

procesów technologicznych nazywanych bazowymi

Oznaczenia 

Rozważmy j-ty bazowy proces technologiczny. 

a

j

= (a

j1

,a

j2

,...,a

jn

)----

wektor nakładów 

b

j

= (b

j1

,b

j2

,...,b

jn

)----

wektor wyników  

Interpretacja 

Zużywając a

j1

 jednostek towaru 1, a

j2

 jednostek towaru 2,....,a

jn

 

jednostek  towaru  n  otrzymamy  w  j-tym  bazowym  procesie 

produkcyjnym  b

j1

  jednostek  towaru  1,  b

j2

  jednostek  towaru 

2,...,b

jn

 jednostek towaru n. 

Uwaga 

W modelu ten sam towar może być zarówno nakładem jak i produktem np. stal, węgiel. . 

Wygodnie jest opisać wszystkie procesy bazowe za pomocą macierzy 

 

mn

2

m

1

m

n

2

22

21

n

1

12

11

m

2

1

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

a

A

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

 

 m

acierz nakładów

 

   

mn

2

m

1

m

n

2

22

21

n

1

12

11

m

2

1

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

B

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

 

macierz wyników (produkcji)

 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

  

Intensywności. Liniowość modelu 

 

 

Przypuśćmy  teraz,  że  poszczególne    technologie  zostały 

użyte z intensywnością odpowiednio x

1

 ,x

2

 ,...x

m

 . 

 

Model von Neumanna jest liniowy

. Oznacza to, że: przyjmując 

technologię  1  i  stosując  wielokrotność  x

1

 

nakładów  pierwszej 

technologii  tzn.  (x

1

a

11

,  x

1

a

12

,...,  x

1

a

1n

)    spodziewamy  się 

identycznej wielokrotności wyników tzn. (x

1

b

11

, x

1

b

12

,..., x

1

b

1n

),

 

.            .               . 

.             .               . 

.              .               . 

przyjmując technologię m i stosując wielokrotność x

m

 

nakładów 

tzn.  (x

m

a

m1

,  x

m

a

m2

,...,  x

m

a

mn

)  spodziewamy  się  identycznej 

wielokrotności wyników tzn. (x

m

b

m1

, x

m

b

m2

,..., x

m

b

mn

). 

 

Przy  intensywnościach  (x

1

,x

2

,...,x

m

)  łączne  nakłady  czynników 

wynoszą:  

(*)  (x

1

a

11

+...+ x

m

a

m1, 

x

1

a

12

+...+ x

m

a

m2

,..., x

1

a

1n

+...+ x

m

a

mn

)= x A 

  

nakład 1 czynnika, 

nakład 2 czynnika,    

,

nakład n-tego czynnika   

inny zapis

 

 

Łączne wyniki produkcji wynoszą: 

(**)  (x

1

b

11

+...+ x

m

b

m1, 

x

1

b

12

+...+ x

m

b

m2

,..., x

1

b

1n

+...+ x

m

b

mn

)= x B 

 

1 produkt,                    

2  produkt,                        

n-ty produkt,                   

inny zapis

 

 

Uwaga 

(*) i (**) jest właściwie formalną definicją lewostronnego 

mnożenia  wektora  wiersza  (x

1

  ,x

2

  ,...x

m

)  przez  macierze  A  i  B 

odpowiednio. (x A)

i

= x

1

a

1i

+...+ x

m

a

mi

, (x B)

i

= x

1

b

1i

+...+ x

m

b

mi

 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

Założenia o modelu 

Model  von  Neumanna  jest  jednoznacznie  opisany  parą 

macierzy A, B. Zakłada się, że 

Z1 

Każdy wiersz macierzy nakładów A zawiera element dodatni

 

Z2 

Każda kolumna macierzy wyników B zawiera element dodatni.

 

 

(W  każdej  technologii  jakiś  towar  jest  zużyty.  Każdy  towar  jest 

wytwarzany przynajmniej w jednym procesie technologicznym.) 

Przypominamy 

Przy  intensywności  produkcji  wyrażonej  wektorem  x=

(x

1

  ,x

2

  ,...,x

m

wielkość  zużycia  i-tego  towaru  wynosi  (x  A)

i

=  x

1

a

1i

+...+  x

m

a

mi 

natomiast wielkość produkcji (x B)

i

= x

1

b

1i

+...+ x

m

b

mi

  

(I)  Wskaźnikiem  technologicznej  efektywności  wytwarzania 

i-tego  towaru 

przy  intensywności  produkcji  x=(x

1

  ,x

2

  ,...,x

m

nazywamy liczbę 

 



0

xB

xA

gdy

na

nieokre

śie

0

xB

0

xA

gdy

0

xA

gdy

xA

xB

x

i

i

i

i

i

i

i

i

)

(

)

(

,

,

)

(

,

)

(

,

,

)

(

,

)

(

)

(

)

(

  

(II)  Wskaźnikiem  technologicznej  efektywności  procesu 

wytwarzania  (stopą  produkcji)  przy  intensywności 

produkcji x=(x

1

 ,x

2

 ,...,x

m

) nazywamy liczbę 

)

(

min

)

(

x

x

i

i

 

Można pokazać, że przy Założeniach 1,2 

          

.

0

x

gdy

okreslone

jest

nie

0

x

gdy

xB

xA

:

max{

)

x

(

                 (*) 

 

i=1,2,…,n. 

 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

(III) 

Optymal

nym 

wskaźnikiem 

technologicznej 

efektywności    w  modelu  (optymalną  stopą  produkcji) 

nazywamy liczbę 

)

x

(

max

0

x

,

0

x

opt

Zauważmy, że ( ze względu na  (*) ) 

opt

 

jest rozwiązaniem 

zadania: znaleźć         

                                        max 

  

przy ograniczeniach:  

xB

xA

x

 0, x     

 

Zadanie to mo

żna  zapisać dokładniej: 

                           max 

 

przy ograniczeniach 

                        

0

x

.

0

x

)

xB

(

)

xA

(

)

xB

(

)

xA

(

n

n

1

1

 

 

Problemy  a).  Rozwi

ązać  powyższe  zadanie    podając  optymalny 

wskaźnik 

technologicznej

 

efektywności 

(optymalną 

stop

ę 

produkcji) 

opt

  

b)    Wyznaczy

ć  intensywności  produkcji,  przy  której    wskaźnik  ten 

jest osiągany ? 

 

Można  wykazać  por.  ref.  [Panek.  str.247]  ,  że  przy  przyjętych 

założeniach  modelu,  optymalny  wskaźnik  technologicznej  efektywności 

(optymalna stopa produkcji) spełnia warunek 0 < 

opt

.  

 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

Wektor  intensywności 

x

dla  którego 

)

(x

opt

 

nazywa  się 

optymalnym 

wektorem  intensywności  w  modelu.  Zauważmy,  że 

o

ptymalny  wektor  intensywności  jest  określony  z  dokładnością  do 

struktury ( z dokładnością do mnożenia przez stałą dodatnią). 

 

Efektywność ekonomiczna. 

     Niech p

i

 

oznacza cenę rynkową i-tego towaru.                                                                

(x B)

1

p

+ (x B)

2

p

2

+...+(x B)

n

p

n

 = 

wartość produkcji przy intensywności 

x=

(x

1

  ,x

2

  ,...,x

m

).  W  zapisie  macierzowym,  przy  traktowaniu 

wektora  cen  jak  kolumnę,    wartość  tę  wyraża  się  krótko:  xBp, 

p

 wektor koluumniwy. 

 

(xA)

1

p

+  (xA)

2

p

2

+...+(x  A)

n

p

n

  = 

wartość  nakładu  przy  intensywności 

x=

(x

1

  ,x

2

  ,...,x

m

).  W  zapisie  macierzowym,  przy  traktowaniu 

wektora cen jak kolumnę, wartość tę wyraża się krótko: xAp. 

 

Wskaźnikiem  ekonomicznej  efektywności  (stopą  dochodu  ), 

przy wektorach 

intensywności x i cenach p, nazywamy liczbę 



.

,

.

,

,

,

)

,

(

0

xBp

0

xAp

gdy

nieokr

0

xBp

0

xAp

gdy

0

xAp

gdy

xAp

xBp

p

x

 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

Iloraz  liczb 

xAp

xBp

 

oznacza  stopę  dochodu  przy  intensywności 

wyrażonej wektorem x i wektorem cen p. 

Iloraz  liczb 

xBp

xAp

 

oznacza  stopę  wydatków  przy  intensywności 

wyrażonej wektorem x i wektorem cen p. 

 
Zauważmy,  że:  a)  Ap  -  wartości  jednostkowych  nakładów  poszczególnych 

technologii.  Bp  - 

wartości  jednostkowych  przychodów  poszczególnych 

technologii.  b)  Wskaźnik  ekonomicznej  efektywności  mówi  o  relacji  wartości 

przychodów do wartości nakładów  -- ile razy przy cenach p i intensywności x 

wartość produkcji przekracza wartość nakładów. 

Równowaga 

Pytanie: czy można znaleźć taki wektor intensywności produkcji 

i takie ceny, przy których ekonomiczna efektywność jest  równa 

efektywności technologicznej? 

 

 

Warunki  takie  podał  von  Neumann  i  Thompson.  Noszą  one 

nazwę warunków równowagi w modelu von Neumanna. 

 

Definicja. 

O  wektorze  intensywności  x 0,  x~

 

0

  i  wektorze 

cen 

p

~

 0, 

p

~

     oraz  liczbie 

0

 

mówimy,  że  charakteryzują 

gospodarkę  w  równowadze  von  Neumanna,  jeżeli  spełniają 

następujące warunki: 

    (I)  

,

~

~

B

x

A

x

 

(II) 

dla każdego x

0

,  

p

xA

p

xB

~

~

(III) 

0

p

B

x

~

~

.

 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

Wektor  x

  nazywamy  wektorem  intensywności  procesów 

technologicznych  w  równowadze,  wektor  cen 

p

~

 

nazywa  się 

wektorem  cen  w  równowadze.  Pokażemy,  że       wyraża 
wskaźnik  ekonomicznej  i  technologicznej  efektywności  przy      

x

,

p

~

Komentarze. 

  Warunki  (I)-(III)  okr

eślają  punkt  równowagi  w  pewnej  2-

osobowej grze. (por. 

Łoś. Linear Methods In the Theory of 

Economical Models,  Aarhus Universitet,1967 ).  

 

Warunek  (II)  można  zastąpić  (II)

:

p

A

p

B

~

~

.  (Wystarczy 

rozważyć intensywności postaci (0,0,..0,1,0,0,..0,) z 1 na różnych miejscach.)

 

 

Wnioski z definicji (por. Panek. ref.1) 

1. 

Prawdziwe  są  następujące  implikacje:  jeśli 

i

i

B

x

A

x

)

~

(

)

~

(

 

to 

i

p

~

=0, jeśli 

i

p

~

>0 to 

i

i

B

x

A

x

)

~

(

)

~

(

.  

Uzasadnienie.  Gdyby 

i

i

B

x

A

x

)

~

(

)

~

(

  i   

i

p

~

>0  to  mnożąc  obie 

strony  (I)  przez 

p

~

 

otrzymalibyśmy  :  

p

B

x

p

A

x

~

~

~

~

  co  jest 

sprzeczne z (II).  

2. Liczba 

 

w  definicji    jest  wskaźnikiem  technologicznym 

efektywności  procesu  przy  intensywności  x.  Zatem            

=

( x

). 

Uzasadnienie.  Gdyby 

 

( x

)  to  z  definicji  i  warunku  (I)         

<

( x

). Zatem dla każdego i byłoby 

i

i

B

x

A

x

)

~

(

)

~

(

 

a więc na 

mocy wniosku 1 

i

p

~

=0, co oznaczałoby 

0

p

B

x

~

~

i zaprzeczałoby 

warunkowi (III) definicji. 

3. 

Ekonomiczna  efektywność  przy  x,

p

~

  =  technologicznej 

efektywności przy  x. Innymi słowy 

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

)

~

(

)

~

,

~

(

x

p

x

(=

Uzasadnienie. 

Mnożąc  obie  strony  (I)    przez  wektor  cen  w 

równowadze mamy  

p

B

x

p

A

x

~

~

~

~

. Warunek (II) daje nierówność 

p

B

x

p

A

x

~

~

~

~

, Zatem 

p

A

x

p

B

x

~

~

~

~

=

)

~

,

~

p

x

4. 

Dla każdego x , 

)

p

~

,

x

(

)

p

~

,

x

~

(

 

jeśli tylko wskaźnik 

)

~

,

p

x

 

jest określony. 

Uzasadnienie.  Z  definicji 

)

~

,

p

x

  i  z  warunku  (II)  mamy:dla 

każdego x jeśli xA

p

~

>0 to  

)

~

,

p

x

=

p

xA

p

xB

~

~

 

 

p

A

x

p

B

x

~

~

~

~

=

)

~

,

~

p

x

 

Twierdzenie  (Panek.  Ekon.  Mat,  2003  str.250).  W  modelu 

von  Neumanna,   

(spełniającym  Założenia  1  i  2)  z 

p

rostokątnymi  macierzami A,B  o  wymiarach  (m

n),    istnieje 

stan  równowagi  z  optymalnym  wskaźnikiem  technologicznej 

efektywności 

opt

.  Liczba  stanów  równowagi  z  różnymi 

wskaźnikami  technologicznej  efektywności  nie  przekracza 

min{m,n}. 

 

Ćwiczenia. Zestaw 3. 

1.  Dlaczego model von Neumanna nazywany jest modelem liniowym.  

2. 

Opisz macierze nakładów i wyników. 

3.   

Co  to  jest  wskaźnik  technologicznej  efektywności  procesu 

wytwarzania  (stopa  produkcji)  przy  intensywności  produkcji  x=(x

1

 

,x

2

 ,...,x

m

).  Podaj d

efinicję optymalnej intensywności. 

4. 

Podaj 

definicję 

ekonomiczną 

interpretację 

wskaźnika 

ekonomicznej intensywności.  

background image

Ekonomia matematyczna. Wykład14a                 R. Rempała. Materiały dydaktyczne  
 

 

5. 

Czy  stan  równowagi  musi  być  jedyny?  Podaj  własności  stanów 

równowagi. 

6. 

Znajdź optymalny stan równowagi w modelu z macierzami: 

     

           A=

2

1

0

1

,    B= 

2

1

1

2