- •Министерство образования и науки рф
- •Национальный исследовательский
- •Томский государственный университет
- •В.И. Рюмкин
- •Матрицы и векторы в экономике
- •1. Матрицы
- •1.1. Определения
- •1.2. Операции над матрицами
- •1.3. Квадратичная форма матрицы. Определенность матрицы
- •1.4. Числовые функции от матриц
- •1.5. Задачи
- •2. Определители
- •2.1. Понятие определителя и его свойства
- •2.2. Алгебраическое дополнение и минор элемента матрицы. Разложение определителей по строке и столбцу
- •2.3. Задачи
- •3. Ранг матрицы
- •3.1. Основные понятия и примеры
- •3.2. Понятия линейной независимости строк и столбцов матрицы. Базис в системе строк (столбцов) матрицы
- •3.3. Методы поиска ранга матрицы
- •3.3.1. Метод окаймляющих миноров
- •3.3.2. Метод элементарных преобразований
- •3.4. Задачи
- •4. Обратная матрица
- •4.1. Основные сведения
- •4.2. Методы поиска обратной матрицы
- •4.2.1. Метод союзной матрицы
- •4.2.2. Метод элементарных преобразований
- •4.3. Задачи
- •5. Векторы
- •5.1. Операции над векторами
- •5.1.1. Алгебраические операции над векторами
- •5.2. Линейная независимость и базис векторов
- •5.3. Геометрическая интерпретация векторов
- •5.3.1. Одномерные, двумерные и трехмерные пространства
- •5.3.2. Многомерные пространства
- •5.4. Задачи
- •6. Линейные преобразования
- •6.1. Основные сведения
- •6.2. Преобразование базиса
- •6.3. Характеристические числа и векторы
- •6.4. Задачи
- •7. Применение векторов и матриц в экономике
- •7.1. Балансовая модель Леонтьева
- •7.2. Модель равновесных цен
- •7.3. Модель международной торговли (модель обмена)
- •7.4. Задачи
- •Литература
- •Оглавление
7.2. Модель равновесных цен
Модель равновесных цен является двойственной по отношению к модели Леонтьева балансовой моделью. Рассмотрим, как и разделе 7.1, экономику из n отраслей. Пусть S – структурная матрица, вектор валового выпуска. Обозначим через вектор цен, i-я компонента которого равна цене единицы продукции i-й отрасли. Для того чтобы выпустить единицу продукции в j-й отрасли, на закупку продукции других отраслей необходимо затратить сумму, равную
Следовательно, для обеспечения выпуска продукции в объеме требуются затраты Оставшаяся часть дохода отрасли называется добавленной стоимостью и расходуется на зарплату, налоги, инвестиции. Таким образом, имеет место равенство
Разделив это равенство на , получаем
где норма добавленной стоимости (величина добавленной стоимости на единицу выпускаемой продукции).
Полученные равенства удобно записывать в матричном виде:
где вектор норм добавленной стоимости.
Модель равновесных цен позволяет, зная величины норм добавленной стоимости, прогнозировать цены на продукцию отраслей. Она также позволяет прогнозировать изменение цен и инфляцию, являющиеся следствием изменения цены в некоторых из отраслей.
Пример 7.2. Пусть экономика состоит из трех отраслей, причем вектор норм добавленной стоимости известен: , а структурная матрица та же, что и в предыдущем примере:
.
Требуется определить равновесные цены.
Решение. Воспользуемся, как и в модели Леонтьева, формулой
(7.6)
где транспонированная матрица полных затрат. После необходимых вычислений имеем
, откуда .
Предположим теперь, что в первой отрасли произойдет увеличение нормы добавленной стоимости на 2. Определим равновесные цены при этом условии. Так как в новой ситуации , то, согласно (7.6), получим .
Таким образом, продукция первой отрасли подорожает на , второй – на 6,02%, третьей – на 7,52%.
Зная объемы выпуска, нетрудно также подсчитать вызванную этим повышением цен инфляцию.
7.3. Модель международной торговли (модель обмена)
Модель международной торговли (модель обмена) предназначена для ответа на следующий вопрос: какими должны быть соотношения между государственными бюджетами стран, торгующих между собой, чтобы торговля была взаимовыгодной, т.е. не было значительного дефицита торгового баланса для каждой из стран-участниц.
Проблема достаточно важна, так как дефицит в торговле между странами порождает такие явления, как лицензии, квоты, таможенные пошлины и даже торговые войны.
Рассмотрим ситуацию стран – участниц торговли с государственными бюджетами соответственно. Будем считать, что весь госбюджет каждой страны тратится на закупки товаров либо внутри страны, либо на импорт из других стран.
Введем в рассмотрение структурную матрицу торговли:
, где часть госбюджета, которую j-я страна тратит на покупку товаров i-й страны. Сумма элементов матрицы S в каждом столбце должна быть равна единице.
После подведения итогов за некоторый период страна получит выручку . Для того чтобы торговля была сбалансированной, необходимо потребовать бездефицитность торговли для каждой страны:
(7.7)
На самом деле все неравенства в (7.7) должны выполняться как точные равенства. Это следует из теоремы:
Теорема об условиях бездефицитной торговли [1]. Условием бездефицитной торговли являются равенства
(7.8)
В матричной форме соотношение (7.8) выглядит следующим образом:
, (7.9)
что является частным случаем уравнения
. (7.10)
Отсюда следует, что вектор бюджетов является собственным вектором структурной матрицы торговли , а соответствующее собственное значение этой матрицы равно 1.
Согласно (6.8) и (6.9), необходимым и достаточным условием существования решения уравнения (7.10) является условие существования решения уравнения
. (7.11)
Если раскрыть определитель, стоящий в левой части (7.11), то получится многочлен степени n относительно называемый характеристическим уравнением матрицы . Отсюда вытекает, что собственные значения матрицы являются корнями ее характеристического уравнения.
Таким образом, для того чтобы найти вектор бюджетов , необходимо и достаточно отыскать собственный вектор структурной матрицы торговли , соответствующий единичному собственному значению этой матрицы.
Пример 7.3. Пусть задана структурная матрица торговли трех стран есть . Это означает, в частности, что страна С1 тратит половину своего бюджета на закупку товаров внутри страны, ¼ бюджета – на товары из С2, оставшуюся часть бюджета – на товары из С3. Требуется найти вектор бюджетов стран, гарантирующий бездефицитную торговлю всех стран.
Решение. Уравнение для отыскания собственного вектора матрицы согласно (7.9) имеет вид
,
откуда получаем систему линейных уравнений
Эта система имеет бесконечное множество решений. Взяв за свободную переменную , нетрудно найти общее решение:
.
В качестве собственного вектора можно взять вектор . В частности, это означает, что сбалансированность торговли рассмотренных трех стран может быть достигнута только в том случае, когда госбюджеты находятся в отношении
.