Дополнительные главы математики. Математические модели в экономике-1

5. Взаимодействие двух фирм на рынке одного товара

Случай, когда существует несколько производителей (продавцов), называется олигополией. Случай, когда имеются две фирмы, выпускающие однотипную про-

дукцию, называется дуополией.

Рассмотрим стратегию Курно взаимодействия двух фирм. Пусть xi – обозна-

чает количество выпускаемого товара i – ой фирмой, C0i – себестоимость произ-

водства одной единицы i-го товара. Произведенный обеими фирмами товар посту-

пает на общий рынок. Будем предполагать, что в соответствии с экономической теорией, цена на товар будет уменьшаться в зависимости от поступающего на ры-

нок общего количества товаров x = x1 + x2. Будем также предполагать, что цена то-

вара линейно зависит от x:

Вычислим прибыль i -ой фирмы:

Стратегия управления Курно заключается в том, что обе фирмы знают объем выпуска продукции каждой фирмы. Тогда каждая фирма можем максимизировать свою прибыль. Для этого необходимо решить два уравнения

dW1(x1,x2) 0, dW2(x1,x2) 0. dx1 dx2

Корни этих уравнений дадут нам оптимальный объем выпуска для каждой фирмы.

Выполнив соответствующие математические расчеты, получим:

31

Исследуем динамику процесса управления фирмами по Курно. Для этого до-

полнительно будем предполагать, что обе фирмы имеют одинаковую продолжи-

тельность цикла производства товара, кроме того, будем предполагать, что циклы производства товаров в обеих фирмах начинаются одновременно. Введем в рас-

смотрение дискретное время процесса t = 1,2, …, один такт которого соответствует одному полному циклу производства товара от начала до конца. Реально динамика стратегии Курно будет реализовываться не по уравнениям (5.3), а в соответствии со следующими уравнениями:

уравнения на устойчивость. Для этого преобразуем уравнения (5.4), (5.5) к виду

Вычислим собственные числа матрицы А, для этого определим корни уравнения:

det A E 0,

где E единичная, переменная. В результате получим.

В силу того, что оба собственных числа по модулю меньше 1, динамика стратегии Курно всегда устойчива и сходится в состояния устойчивого равновесия. Найдем

32

точку Курно – значения x1 и x2 , соответствующие равновесному состоянию. Для этого необходимо решить систему уравнений (5.3). В результате получим:

Здесь x1K и x2K координаты точки Курно. Осуществим анализ экономических по-

казателей стратегии Курно в устойчивом состоянии. Для упрощения будем счи-

тать, что d1 d2 d . Тогда координаты точки Курно будут следующие:

Вычислим прибыль в точке Курно W1K и W2K , в результате получим:

Суммарная прибыль для стратегии Курно равна

WK W1K W2K 2bd2 .

9

И наконец, установившаяся цена на товар равна:

CK a 2bd .

3

Рассмотрим случай когда одна из фирм зная, что конкурент выбрал стратегию Курно, действует не по стратегии Курно, а используюя эту информацию выбирает себе другую стратегию. Такая стратегия называется стратегией Стакельберга. Для простоты будем считать, что d1 d2 d . Пусть первая фирма дает возможность узнать свой ход x1, тогда вторая фирма выбирает стратегию

Но первая фирма будет действовать тайно по другому с учетом знания стратегии второй фирмы. Подставим в формулу для прибыли первой фирмы значение x2 ,

определяемое формулой (5.9), в результате получим:

W1 bx1(d (x1 x2)) bx1(d (x1 d x1 )) bx1(d x1).

2

Тогда решив уравнение:

dW1 0, dx1

33

Найдем оптимальное значение x1, соответствующее стратегии Стакельберга, в ре-

зультате получим:

x1S d .

2

Подставив это значение формулу (8) получим:

x2S d .

4

Общий выпуск товаров по стратегии Стакельберга равен:

xS x1S x2S 3d .

4

Вычислим прибыли фирм, в результате получим:

Суммарная прибыль по Стакельбергу равна:

WS 3bd .

16

Установившаяся цена на товар равна

CS a b(x1S x2S ) a 3bd .

4

Как видно, цена на товар в случае Стратегии Стакельберга меньше, чем в стратегии Курно, т.е. стратегия Стакельберга для потребителя выгодней, чем стра-

тегия Курно. Итак, мы видим, что прибыль первой фирмы возрастает. Но здесь обе фирмы могут попасть в ловушку, если обе начнут действовать по стратегии Ста-

кельберга. Тогда их прибыль будет уменьшаться. Эта стратегия опасна для фирм.

Фирмы могут объединиться в монополию или образовать картель (это тайный сговор двух фирм с целью поддержания заданной цены). Рассмотрим его подроб-

ней в предположении, что d1 d2 d . В этом случае суммарная прибыль двух фирм равна:

W W1 W2 bx1(d x) bx2(d x) bx(d x).

Максимум прибыли достигается при выпуске:

34

xM d .

2

Равновесная цена будет следующей:

CM a b(x1M x2M ) a bd .

2

Для объединения фирм в форме картеля имеем:

Итак, из расчетов видно, для потребителя наиболее выгодна стратегия Ста-

кельберга и наименее выгодной является стратегия монополии или картеля.

ЗАДАНИЕ

1. Для заданных значений параметров a, b, C01 , C02 , x1(0) , x2(0) получить графики динамики изменения объемов выпуска фирм, динамики изменения при-

былей фирм и динамики изменения цены для стратегии Курно. Построить фазо-

вый портрет, найти точку Курно, установившиеся значения прибылей фирм, объе-

мов выпуска и установившуюся цену. Исходные данные приведены в таблице 5.1.

35

Математическая модель динамики изменения количества товаров у потреби-

телей и на рынке, а также прибыли может быть записана в следующем виде:

z1(k 1) (1 k11)z1(k) s1(k) u1(k), v1(k 1) (1 k21)v1(k) s1(k),

z2(k 1) (1 k12)z2(k) s2(k) u2(k), v2(k 1) (1 k22)v2(k) s2(k),

………………….

………………….

zn(k 1) (1 k1n )zn(k) sn(k) un(k), vn(k 1) (1 k2n )vn(k) sn(k),

w(k 1) w(k) c1s1(k) c2s2(k) ... cnsn(k) k31z1(k) k32z2(k) ...

енты потерь; k2i коэффициенты потребления; k3i стоимость хранения единицы товаров; с0i себестоимости; si(k) количество проданных товаров i-го вида в один такт, i 1,n. Функции продаж определяются по формулам:

36

для i-го вида товара (объем рынка для i -го вида товара).

Модель (6.2), (6.3) может быть представлена в следующем векторно-

матричном виде:

v1(k)z1(k)

v2 (k)z2 (k)

Матрица динамики A для данного объекта имеет вид:

где элементы матрицы определяются по формулам:

a11 1 k11 n1 exp( c1),

a1,2n 2 n1 exp( c1),

Y1

a21 n1 exp( c1),

a22 1 k21,

a2,2n 2 n1 exp( c1),

Y1

a2n 1,2n 1 1 k1n nn exp( cn ),

37

Математическая модель динамики изменения количества товаров у потреби-

телей и на рынке, а также прибыли может быть записана в следующем виде:

38

z1(k 1) (1 k11)z1(k) s1(k) u1(k), v1(k 1) (1 k21)v1(k) s1(k),

z2(k 1) (1 k12)z2(k) s2(k) u2(k), v2(k 1) (1 k22)v2(k) s2(k),

w(k 1) w(k) c1s1(k) c2s2(k) k31z1(k) k32z2(k)

нения единицы товаров; с01, с02 себестоимости; s1(k), s2(k) количество продан-

ных товаров 1-го и 2-го вида в один такт (функции продаж). Формулы для s1(k), s2(k) имеют вид:

Матрица динамики А для данного объекта имеет вид:

39

Матрица В и вектор управления следующие:

ЗАДАНИЕ

1. Для модели фирмы, производящей два вида товаров (6.6) (6.8) выполнить

единицы товара за один день.

Моделирование выполнить на интервале времени от 0 до 140 (один такт соот-

ветствует 1 дню) для следующих начальных условий:

z1(0) 150, z2(0) 300, v1(0) 250, v2(0) 170, w(0) w0 у.е.

Построить графики процессов (величина w0 приведена в таблице 6.1).

2. Исследовать влияние различных стратегий управления фирмой на получен-

ную прибыль.

40