從財經科系加重數學計分與數學家得諾貝爾
經濟學獎談起—以蛛網理論為例
淺論數學在經濟學的應用模式
陳昱成
高雄市立中山高級中學壹、前言
一 位 高 三 社 會 組 考 生,投 稿 2006 年 6 月18 日 自 由 時 報的 自 由 廣 場,抱怨「以 台 大 管 理 學 院 、 政 大 商 學 院 來 說 , 十 四 個 校 系 中 , 僅 採 計 國 英 數 乙 三 科 者 , 竟 高 達 十 二 個,並 且 全 部 對 數 乙 加 權 計 分」,讓 非 以 數 學 見 長 的 社 會 組 考 生 , 處 於 不 利 的 地 位 。 當 然 更 引 來 自 然 組 考 生 的 覬 覦 , 一 些 台 大 財 經 系 的 跨 組 考 生 高 達 七 、 八 成 , 也 難 怪 社 會 組 學 生 會 發 出 不 平 之 聲 。 但 商 學 院 真 的 是 要 刁 難 社 會 組 學 生 嗎 ? 就 課 程 而 言 , 一 些 數 學 高 度 相 關 的 科 目 如 財 務 管 理 、 財 務 分 析 , 以 及 一 些 分 析 工 具 的 課 程 如 時 間 序 列 、 迴 歸 分 析 和 管 理 數 學 等 等 , 佔 商 學 院 課 程 不 少 的 比 例 。 至 於 經 濟 學 更 是 商 管 學 院 的 重 要 基 礎 科 目 , 經 濟 學 與 數 學 的 關 係 , 早 在 一 九 四 七 年 薩 孟 遜 (Paul A.Samuelson, 1915~), 這位於 一 九 七0 年 榮 獲第 二 屆 諾 貝爾 經 濟 獎 的得 主 , 出 版 經 濟 學 的 經 典 教 科 書 「 經 濟 分 析 之 基 礎 」 (Foundations of Economic Analysis), 利 用 嚴 謹 的 數 學 方 程 式 來 解 釋 經 濟 學 的 原 理 , 兩 者 就 結 下 牢 不 可 分 的 關 係 。 這 本 經 典 著 作 奠 定 了 以 數 理 的 角 度 來 分 析 經 濟 活 動 的 基 礎 , 瑞 典 皇 家 科 學 院 所 提 出 其 獲 獎 的 原 因 就 強 調:「 對 經 濟 學 的 分 析 水 準 提 昇 有 顯 著 的 貢 獻 」。後 續 的 經 濟 學 者 , 步 其 後 塵 , 讓 許 多 經 濟 學 文 獻 , 及 教 科 書 充 滿 數 學 方 程 式 , 若 無 相 當 的 數 學 知 識 , 難 以 深 入 了 解 。 在 這 種 趨 勢 下 , 數 學 成 了 經 濟 學 分 析 問 題 的 重 要 工 具 , 因 此 以 對 局 論 (game theory) 見 長的 數 學 家 納許 (John Nash, 1928~ ),獲 一 九 九 四 年 諾 貝 爾 經 濟 學 桂 冠 , 就 不 足 為 奇 了 。 他 在 對 局 論 的 工 作 , 被 廣 泛 的 應 用 到 經 濟 學 中 , 這 門 學 問 現 在 已 被 認 為 是 經 濟 學 的 一 部 分 , 電 影 「 美 麗 境 界 」(A Beautiful Mind)中 , 羅 素 克 洛 (Russell Crowe)
所 扮 演 精 神 分 裂 的 主 人 翁 數 學 家 納 許 , 就 是 這 位 桂 冠 得 主 。 2005 另 一 位 數 學 家 Robert J. Aumann(1930~ ), 與 另 一 位經 濟 學 家 因為 「 經 由 對 對 局 論 的 分 析 , 增 強 了 我 們 對 衝 突 與 合 作 的 理 解 」 也 拿 下 諾 貝 爾 桂 冠 。 這 些 事 實 說 明 出 現 代 經 濟 學 與 數 學 的 密 切 關 係。1976 的 諾 貝爾 經 濟 學 獎得 主 傅 利 德曼 ( Milton Friedman, 1912~2006 ) 甚至 直 接 建 議 想 攻 讀 經 濟 學 的 年 輕 人 , 多 讀 一 些 數 學 與 統 計 的 課 程 , 商 學 院 加 重 數 學 乙 科 的計 分 , 有 其 立 足 點 。 了 解 數 學 與 經 濟 學 的 密 切 關 係 後 , 對 於 社 會 組 的 商 管 科 系 , 必 須 要 有 良 好 的 數 理 背 景 為 基 礎 , 應 該 會 有 一 些 概 念 。 但 就 現 行 的 教 育 制 度 下 , 數 學 在 經 濟 學 的 應 用 模 式 到 底 是 如 何 運 作 , 對 普 通 高 中 生 而 言 , 並 沒 有 一 個 清 晰 的 輪 廓 , 因 此 本 文 利 用 高 中 基 礎 數 學 所 學 習 到 的 線 性 方 程 式 , 模 擬 數 理 經 濟 學 的 解 析 方 法 , 讓 高 中 生 體 會 數 學 在 經 濟 學 的 應 用 模 式 , 進 而 理 解 未 來 想 從 事 財 經 領 域 的 職 業 , 數 學 的 學 習 不 可 偏 廢 , 也 供 教 師 輔 導 有 志 於 商 管 學 系 的 學 生 , 作 為 參 考 資 料 。
貳、線性函數在經濟學的角色
一、供給線、需求線與線性函數
高 中 基 礎 數 學 第 一 冊 提 到 線 性 方 程 式:y=mx+b,其 中 m 表 示 斜率(slope),代 表 直 線 的 傾 斜 程 度 , 而 方 程 式 可 以 用 來 表 示 兩 個 變 數 之 間 的 關 係 , 又 稱 為 線 性 函 數 (linear function)。 經 濟 學 便 利 用 線 性 函 數 的 特 性,來 說 明 數 量(quantity)和價 格(price) 兩 者 之 間 的 關 係 , 其 中 描 述 消 費 者 購 買 量 和 價 格 的 函 數 稱 為 需 求 函 數(demand function); 說 明 生 產 者 供 給 量 與 價 格 之 間 的 互 動 關 係 , 稱 為 供 給 函 數 (supply function)。 前 者 , 在 平 面 上 所 畫 出 來 的 線 就 稱 為 需 求 線(demand curve);根 據 後 者所 畫 出 來 的 圖 形 , 就 稱 為 供 給 線(supply curve)。 一 般 而 言 , 消 費 者 的 購 買 量 和 價 格 之 間 成 反 向 的 變 動 , 價 格 愈 高 , 需 求 量 愈 少 ; 而 價 格 越 高 , 供 給 者 的 供 給 量 會 越 多 , 兩 者 會 有 正 向 變 動 的 關 係 。 因 此 , 供 給 函 數 可 以 設 成 :P
=
m
1Q
+
b
…(1) 需 求 函 數 可 以 設 成 :P
=
-m
2Q
+
d
…(2) ( 其 中m1,m2>0,P 代 表 價格,Q 代 表 數 量 , 又 由 於 實 際 上 P、Q 均 為 正 , 因此 以 圖 形 討 論 時 , 可 以 僅 在 第 一 象 限 討 論 即 可 。 ) 當 購 買 量 和 供 給 量 相 等 時 所 決 定 出 來 的 價 格 , 剛 好 是 消 費 者 和 生 產 者 所 願 意 接 受 的 價 格 , 不 會 過 高 或 過 低 , 數 量 上 供 給 等 於 需 求 , 這 種 理 想 狀 況 , 我 們 就 稱 市 場 剛 好 均 衡 , 此 時 的 價 格 稱 為 均 衡 價 格 以 P*表 示,數 量 稱為 均 衡 數 量 以 Q*表 示。消 費 者 和 生 產 者 , 都 希 望 市 場 剛 好 均 衡 , 這 樣 價 格 、 數 量 恰 好 , 不 會 有 供 過 於 求 或 者 供 不 應 求 。 以 聯 立 方 程 式 來 講 , 均 衡 解 (P*, Q*) 是 (1)(2)聯 立 方 程 式 的 解 , 表 現 在 圖 形 上 , 剛 好 是 兩 條 直 線 的 交 點 E, 如 下 圖 一 所 示 。 圖 一 經 濟 學 假 設 人 的 行 為 是 自 利 的 (self-interest), 即 消 費 者 或 供 給 者 都 在 追 求 利 潤 最 大 , 供 給 者 希 望 以 最 高 的 價 格 賣b
Q
m
P
L
1:
=
1+
d
Q
m
P
L
2:
=
−
2+
(P*,Q*) E P Q 0出 , 但 消 費 者 卻 希 望 以 最 低 價 買 到 物 品 , 供 給 與 需 求 兩 方 面 的 拉 扯 , 決 定 市 場 的 數 量 與 價 格 , 讓 整 個 經 濟 體 獲 得 最 大 效 率 , 這 是 最 理 想 的 狀 態 。 但 是 社 會 並 非 總 是 維 持 靜 態 與 均 衡 狀 態 , 否 則 不 會 有 產 銷 失 調 , 農 民 走 上 街 頭 抗 議 的 事 件 發 生 。 經 濟 學 上 的 蛛 網 理 論(web theory)便 是 探 討 供 需 失 衡 的 一 種 理 論 , 而 其 背 後 的 數 理 分 析 基 礎 , 即 為 本 文 的 主 題 , 藉 以 闡 明 數 學 在 分 析 經 濟 學 原 理 中 的 角 色 。
二、均衡的動態分析
真 實 的 世 界 是 不 斷 的 在 作 調 整 , 均 衡 點 不 會 一 成 不 變 , 例 如 幾 年 前 蕃 茄 汁 突 然 引 起 狂 熱(原 因 不 在 本 文 的 探 討 範 圍 ), 需 求 大 增 , 原 本 的 均 衡 被 破 壞 , 供 給 線 與 新 需 求 線 產 生 新 的 均 衡 點 , 但 由 原 來 的 均 衡 點 , 移 向 另 一 個 均 衡 點 , 可 能 要 經 歷 迂 迴 的 過 程 , 甚 至 無 法 由 一 個 均 衡 點 移 向 另 一 個 均 衡 點 。 在 調 整 的 過 程 , 利 用 函 數 圖 形 的 說 明 , 可 以 讓 一 般 人 很 快 抓 到 問 題 的 重 心 , 比 文 字 的 描 述 更 加 精 簡 , 以 下 便 是 參 照 圖 二 , 對 均 衡 重 新 調 整 的 描 述 。 由 於 消 費 者 對 番 茄 汁 需 求 的 增 加 , 可 以 想 成 對 消 費 者 而 言 , 在 相 同 的 價 格 下 , 需 求 的 數 量 會 增 加 , 因 此 需 求 線 會 右 移 , 設 由 為 D 變 成 D1 。 如 果 供 給 線 仍 保 持 不 變,則 E1 為 新 的 均 衡 點,若 是 最 後 能 調 整 到 此 點 , 表 示 又 可 達 到 暫 時 的 均 衡 。 在 描 述 調 整 過 程 中 , 先 將 函 數 定 義 , 並 提 出 四 個 基 本 假 設 , 以 利 後 續 的 推 導 。 (一 ) 函 數 定 義 : S1: 供 給 線 : 可 以 寫 成 P=f( Q) 或 是 Q=g(P) 即 P 是 Q 的 線性 函 數 , 或 Q 是 P 的 線 性函 數,且 f 與 g 互 為 反 函 數 。 S1: 供 給 線 : 可 以 寫 成 P=f( Q) 或 是 Q=g( P) 即 P 是 Q 的 線 性 函 數, 或 Q 是 P 的 線 性 函 數,且 f 與 g 互 為 反 函 數 。 D: 原 需 求 線:可 以 寫 成 P=fD( )
Q
或 是 Q=gD( )
P
,fD與 gD互 為 反 函 數 。 D1: 新 需 求 線 : 寫 成 P=f1( )
Q
或 是 Q=g1( )
P
,f1與 g1互 為 反 函 數 。 如 圖 二 所 示 。 圖 二 (二 ) 基 本 假 設 : 1. 生 產者 從 著 手 生產 到 產 品 上市,會 有 一 段 時 間 落 差,一 般 農 作 物 皆 滿 足 這 個 要 求 。 2. 市 場消 息 不 靈 通,因此 生 產 者只 好 以 上 一 期 的 價 格 來 決 定 這 一 期 的 供 應 量。用 方 程 式 來 說,即 Qt=g( Pt-1), 其 中t 表 示 時 間。 0 G(Q1,P1) H(Q1,P2) E(Q0,P0) D1 D I S1 E1 Q Q1 F J Q0 P1 P03. 需 求量 的 變 動 不含 時 間 落 差,只要 價 格 一 有 變 動,需 求 量 馬 上 跟 著 變 動 ; 亦 即 :Qt=gD
( )
P
t 。 4. 產 品本 身 易 壞, 應 儘 早 出清 。 這 樣 的 前 提 假 設 , 很 像 數 學 上 的 公 設 或 定 義 , 接 著 當 然 利 用 公 設 或 定 義 推 論 定 理,經 濟 學 也 如 數 學 一 般,利 用 這 些 假 設, 論 證 定 理 。 (三 ) 調 整 過 程 : 在 原 來 的 情 況 下 , 市 場 的 均 衡 點 為 E,但 因 某 些 因 素,導 致 需 求 的 改 變,均 衡 產 生 變 動 , 而 能 否 調 整 至 供 需 平 衡 而 得 到 新 均 衡 點 E1 , 是 社 會 最 為 關 心 的 事 情 , 因 為 牽 涉 到 資 源 運 用 的 效 率 。 為 了 回 答 這 個 問 題 , 我 們 依 據 前 面 四 個 假 設 推 導 : 1. 原 來 均 衡 點 E( Q0, P0), 需 求 突 然 改 變,需 求 線 由 D 變 成 D 1 ,但 是 供 給 卻 無 法 馬 上 改 變( 假 設 1),根 據 假 設 3, 新 的 價 格 P1=f1( Q0)⇒
( Q0, P1)∈
D 1 , 設 為 F 點 , 此 為 市 場 的 交 易 數 量 和 價 格 。 2. 由 假 設 2 得 知 , 當 期 之 價 格 為 P1時 , 下 期 供 應 量 為 Q1=g( P1),( Q1, P1)∈
S1,設 為 G 點。此 時 供 過 於 求,又 依 據 假 設 4,產 品 不 易 貯 藏,必 須 儘 速 出 清,於 是 再 度 依 據 假 設 2:下 期 之 價 格 應 為 P2=f1( Q1)⇒
( Q1,P2)∈
D1, 設 為 H 點 , 為 下 期 之 交 易 量 和 價 格 。 3. 重 覆此 討 論 的模 式,我 們可 知 下 一 個供 給 線 上 的 點,設 為I,應 與 H 同 在 一 水 平 線 上 。 而 實 際 的 交 易 價 格 決 定 於 D1 線 上,設 此 點 為 J,因 此 我們 知 道 E 是 順 著 E F G H I J….這 蛛 網途 徑 在 調 整,最 後 能 不 能 調 整 到 新 均 衡 點,就 看 是 否 會 收 斂 到E1點 了 。 由 於 EFGHIJ 的 調 整 途 徑 就如 同 蜘 蛛 編 織 蛛 網 一 般 , 因 此 經 濟 學 就 稱 此 調 整 過 程 為 蛛 網 理 論 , 至 於 是 否 會 越 編 越 往 外 而 遠 離 E1點 , 或 是 越 接 近 E1點 , 下 一 節 將 藉 由 數 學 式 子 的 證 明 來 加 以 說 明 。參、數學證明與分析
一、聯立方程組與圖形的交點
在 直 角 坐 標 平 面 上 , 直 線 的 方 程 式 都 是 二 元 一 次 方 程 式 , 除 了 垂 直 線 之 外 , 均 可 以 表 示 成 y= mx+b 之 形 式, 其中 m 代 表 直 線 的 斜 率 ,b 為 y 截 距。 因 此 兩 條斜 率 異 號 的 直 線L
1,L
2 ( 設L
1之 斜 率 為 正 ), 便 可 將 其 方 程 式 設 成 : 1L
:y=m
1x+b …(3) 其 中m
1、m
2>0 2L
:y=-m
2x+d …(4) 而 兩 條 直 線 之 交 點 坐 標 便 是(3)、 (4) 兩 聯 立 方 程 組 之 解 , 為 ( 2 1m
m
b
d
+
−
, 2 1 2 1m
m
b
m
d
m
+
+
)。 如 圖 三 所 示。如 果L
1上 除 交 點 外 之 任 意 (X
1,Y
1), 經 由 如 圖 四 所 示 之 途 徑 , 在L
1、L
2上 跳 動 , 就 如 同 上 一 節 所 討 論 的 , 動 態 調 整 過 程 的 編 織 蛛 網 , 則 上 一 節 所 討 論 的 是 否 會 到 達 E1點,就 變 成 當 網 數 足 夠 多 時 ,P
1點 可 不 可 能 經 由 調 整 路 徑 , 最 後 抵 達 交 點E。Y
L
1:y=m
1x+ b E( 2 1m
m
b
d
+
−
, 2 1 2 1m
m
b
m
d
m
+
+
) 2L
: y= -m
2x+ d 0 X 圖 三 圖 四 Y 6 3 'P
P
4 2 5 E 1 3 0 X 4 2L
:y= -m
2x+ d 1L
:y=m
1x+ b ' 1P
(X
1',Y
1') 2P
(X
2,Y
2) 3P
(X
3,Y
3)P
1(X
1,Y
1)P
2'(X
'2,Y
2')二、數學證明
(一 ) 遞 迴 數 列 參 考 圖 四 , 已 知L
1:y=m
1x+b, 2L
:y= -m
2x+d 1P
(X
1,Y
1)在L
1上 , 所 循 的 第 一 條 路 徑 為 與 X 軸 垂直 之 直 線,設P
1的 第 一 個 中 繼 點 為P
1'(X
1',Y
1') 必 為 聯 立 方 程 組⎩
⎨
⎧
+
−
=
=
d
x
m
y
X
x
2 1 之解。續 設 第 二、三、四 … 中 繼 點 , 依 續 為P
2(X
2,Y
2), ' 2P
(X
'2,Y
2'),P
3(X
3,Y
3)……, nP
(X
n,Y
n), ' nP
( ' nX
, ' nY
), 其 中 iP
(X
i,Y
i)∈
L
1, ' iP
( ' iX
, ' iY
)∈
L
2, 如 圖 四 所 示 。 因 此,我 們 想 瞭 解P1點 是 否 會 經 蛛 網 到 E 點 的過 程,就 是 討 論 當n
→
∞
時,P
n (X
n,Y
n)或P
n'(X
'n,Y
n' )是 否 會 趨 近 E 點 。 進 一 步 分 析 , E ( 2 1m
m
b
d
+
−
, 2 1 2 1m
m
b
m
d
m
+
+
) 為L
1,L
2之 交 點 , 又 由 於⎩
⎨
⎧
+
−
=
+
=
d
X
m
Y
b
X
m
Y
' n 2 ' n n 1 n 如 果 知 道⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
+
−
→
+
−
→
2 1 ' n 2 1 nm
m
b
d
X
m
m
b
d
X
當 n→
∞
時 , 則⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
+
+
→
+
−
=
+
+
→
+
=
2 1 2 1 ' n 2 ' n 2 1 2 1 n 1 nm
m
b
m
d
m
d
X
m
Y
m
m
b
m
d
m
d
X
m
Y
所 以 我 們 可 以 把 重 點 放 在 數 列{
X
n}
上 。 又 知 (X
1',Y
1') 為 1 2x
y -m
X
x d
=
⎧
⎨ =
+
⎩
之解⎪⎩
⎪
⎨
⎧
+
−
=
=
⇒
d
X
m
Y
X
X
1 2 ' 1 1 ' 1 又(X
2,Y
2)為⎩
⎨
⎧
+
=
+
=
d
X
-m
y
b
x
m
y
' 1 2 1 之 交點 1 1 1 2 2m
b
d
X
m
m
X
=
−
+
−
⇒
(X
'2,Y
2') 為⎩
⎨
⎧
=
+
−
=
2 2X
x
d
x
m
y
之 交 點⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
+
−
=
−
+
−
=
=
⇒
d
X
m
Y
m
b
d
X
m
m
X
X
2 2 ' 2 1 1 1 2 2 ' 2 (X
3,Y
3) 為⎩
⎨
⎧
+
−
=
+
=
d
X
m
y
b
x
m
y
' 2 2 1 之 交 點 1 2 1 2 3m
b
d
X
m
m
X
=
−
+
−
⇒
依 此 類 推 求 下 去 數 列{
X
n}
應 該 為 遞 迴 數 列 , 且 此 數 列 應 有 下 列 的 遞 迴 關 係 : 1 k 1 2 1 km
b
d
X
m
m
X
+=
−
+
−
∀
k
∈
N
(二 ) 數 學 歸 納 法 我 們 可 利 用 數 學 歸 納 法 , 來 證 明 數 列
}
{
X
n 為 遞 迴 數 列 : 1. 當 k=1 時 1 1 1 2 2m
b
d
X
m
m
X
=
−
+
−
已 證 成 立 。 2. 設 k=n 時 該式 成 立 , 即 1 n 1 2 1 nm
b
d
X
m
m
X
+=
−
+
−
。 可 知 道 (X
n+1'
,Y
n+1'
) 為⎩
⎨
⎧
+
−
=
=
+d
x
m
y
X
x
2 1 n 之 交 點⎪⎩
⎪
⎨
⎧
+
−
=
=
⇒
+ + + +d
X
m
Y
X
X
1 n 2 ' 1 n 1 n ' 1 n (X
n+2,Y
n+2) 為⎩
⎨
⎧
+
−
=
=
+
=
+ +m
X
d
Y
y
b
x
m
y
1 n 2 ' 1 n 1 之交 點 1 1 n 1 2 2 nm
b
d
X
m
m
X
=
−
+
−
⇒
+ + 根 據 數 學 歸 納 法 得 知 , 對 於 數 列{ }
X
n , 1 n 1 2 1 nm
b
d
X
m
m
X
+=
−
+
−
的 遞 迴 關 係,對 所 有 的 自 然 數n 皆 成 立。Q.E.D. (三 ) 收 斂 的 討 論 根 據 遞 迴 數 列 的 性 質,{ }
X
n 之 任 一 項 可 以 以X
1來 表 示 , 其 推 導 過 程 如 下 : 1 1 n 1 2 nm
b
d
X
m
m
X
=
−
−+
−
1 1 2 n 1 2 1 2m
b
d
m
b
d
X
m
m
m
m
+
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
+
−
−
=
−⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
=
− 1 2 1 2 n 2 1 2m
m
1
m
b
d
X
m
m
2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 ... n n m m m m m d b X m m m m − − ⎡ ⎛− ⎞ ⎛− ⎞ ⎤ ⎢ +⎜ ⎟ ⎜+ ⎟ +⎥ ⎛− ⎞ − ⎢ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎥ =⎜ ⎟ + ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ ⎛− ⎞ ⎥ + ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ 1 2 1 n 1 2 1 1 1 n 1 2m
m
1
m
m
1
m
b
d
X
m
m
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
−
•
−
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
=
− −⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
−
+
−
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
=
− − n 1 1 2 2 1 1 1 n 1 2m
m
1
m
m
b
d
X
m
m
2 1 1 n 1 2 2 1 1m
m
b
d
m
m
m
m
b
d
X
+
−
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
−
=
− 其 中L
1:y=m
1x+ b 與L
2:y= - 2m
x+d 交 點 的 X 坐 標 即為 2 1m
m
b
d
+
−
。 當 n 足 夠 大 時 , Xn是 否 會 趨 近 於 2 1m
m
b
d
+
−
,就 完 全 掌 握 在 n 1 2m
m
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
的 條 件 上 。 1. 當 1 2m
m
−
> 1 時 , 即m
2 >m
1 時 1 n 1 2 nm
m
lim
− ∞ →⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
發 散,亦 即 隨 著 n 逐 漸 增 大 ,X
n會 漸 遠 離 2 1m
m
b
d
+
−
, 為 圖 a 的 情 況 , 是 為 發 散 蛛 網 。2. 當
1
m
m
1 2=
−
時 , 即m
2=m
1時 , 1 n 1 2 nm
m
lim
− ∞ →⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
雖 發 散 , 但 當 n=2k+1 時Xn=
X
1, 當n=2k 時 , Xn(
)
2 1 1m
m
b
d
2
X
+
−
+
−
=
為 圖 b 之 情 況, 稱 為 循 環 蛛 網。 3. 當 1 2m
m
−
<1 時 , 即m
2<m
1時 , 1 n 1 2 nm
m
lim
− ∞ →⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
=0, 即 2 1 n nm
m
b
d
X
lim
=
+
−
∞ → , 當n 足夠 大 時 ,P
1(X
1,Y
1) 循 著 蛛 網 途 徑 , 最 後 會 到 達 E 點, 為 圖 c 之 情況 , 是 為 收 斂 蛛 網 。Q.E.D.肆、討論與分析
從 第 三 節 收 斂 的 討 論 可 知 , 要 達 到 新 的 均 衡 , 數 學 的 分 析 提 出 了 必 須 要 滿 足 : 1 2m
m
−
<1 的 條件,即觀 察 兩 條 直線(L1與 Y X L1 0 E L2 P1 Pn漸 遠 離 交 點 E 圖 a: 蛛 網 愈 來 愈往 外,Pn點 遠 離 交 點 E, 我 們 這 樣 的 蛛 網為 發 散 的 蛛 網 。 E Y L1P
'2k−1 2P
2k 1 4 3 0P
2k−1P
'2k X 圖 b: 蛛 網 一 直 在循 環, 點 在四 點 跳 動,我 們 稱 為 循 環 蛛 網(圖 中 k 為 自 然 數)。 圖 c: 蛛 網 愈 來 愈往 內, 點 越來 越 接 近 交 點E,我 們 稱 為 收 斂蛛 網。 L1 Y 2 E 3 1 4 L2P
1 0 XL2)的 斜率,因 此數 學 家 就 理論 的 分 析,可 以 明 確 的 斷 言 , 只 要 確 定 供 給 線 的 斜 率 1
m
大 於 需 求 線 的 斜 率 絕 對 值m
2,最 後 一 定 會 到 新 的 均 衡 點 , 供 給 與 需 求 會 再 度 達 到 平 衡。但 如 何 確 定m
1與m
2兩 者 之 間 的 關 係 , 就 非 數 學 家 之 所 長 , 剩 下 的 工 作 便 由 經 濟 學 家 來 負 責 。 在 數 學 上 斜 率 衡 量 直 線 的 傾 斜 程 度 , 其 絕 對 值 愈 大 , 表 示 愈 傾 斜 。 而 供 給 函 數 與 需 求 函 數 的 斜 率 , 除 了 表 示 圖 形 在 直 角 坐 標 平 面 上 的 傾 斜 程 度 外 , 還 表 示 了 價 格 變 動 與 數 量 變 動 兩 者 之 間 的 敏 感 度。參 考 圖 一,L
1:P
=
m
1Q
+
b
2L
:P
=
−
m
2Q
+
d
, 斜 率 的 絕 對 值(i.e. 1m
與m
2 ) 為 價 格 變 動 對 數 量 變 動 的 比 值,即 為Q
P
Δ
Δ
(其 中Δ
P
表 示 價 格 的 變 動 ;P
Δ
表 示 數 量 的 變 動) 。 經 濟 學 家 依 其 專 業 , 分 析 供 給 函 數 與 需 求 函 數 價 量 變 動 之 間 的 比 值 , 亦 即 數 學 式 中 的 斜 率 , 當 其 確 認 兩 者 之 間 的 關 係 後 , 代 入 之 前 的 數 學 模 型 , 便 可 判 斷 新 均 衡 是 否 能 達 到(註 一)。 根 據 經 濟 分 析 , 農 作 物 的 產 品 , 尤 其 是 檳 榔 這 類 農 作 物 , 是 一 種 生 活 習 慣 , 既 然 成 習 慣 , 價 格 變 動 的 大 小 , 對 數 量 的 需 求 不 會 影 響 太 大 。 反 之 對 供 給 者 而 言 , 價 格 一 有 所 動 , 就 有 誘 因 來 作 調 整 , 價 格 好 時 , 搶 種--多 生 產 ; 價 格 低 迷 時 , 改 種 其 他 作 物--減 產 , 因 此 供 給 量 就 會 隨 著 有 較 大 的 變 動 。 從 斜 率 的 絕 對 值Q
P
Δ
Δ
來 觀 察 , 當Δ
P
相 同 時,需 求 者 之Δ
Q
小 於 供 給 者 之Δ
Q
,即 需 求 線 斜 率 的 絕 對 值 大 於 供 給 線 的 斜 率 , 因 此 在 蛛 網 模 式 的 預 測 下 , 農 產 品 如 檳 榔 的 價 格 容 易 長 期 波 動 , 無 法 趨 於 新 均 衡 點 , 供 需 失 調 , 因 此 經 濟 學 家 會 建 議 政 府 的 適 時 介 入 有 其 必 要 。 不 少 人 認 為 , 引 進 數 學 作 為 分 析 工 具 , 讓 分 析 過 程 更 為 嚴 謹 , 使 結 果 更 具 說 服 力 , 是 讓 經 濟 學 成 為 諾 貝 爾 獎 項 中 , 唯 一 的 社 會 學 科 的 重 要 原 因 之 一(註 二 )。 而 事 實 上 , 在 應 用 數 學 作 為 分 析 工 具 的 模 式 下 , 經 濟 理 論 的 應 用 非 常 廣 泛 , 像 本 研 究 的 蛛 網 理 論 , 除 了 可 以 解 釋 農 作 物 的 產 銷 失 調 外 , 像 檳 榔 價 格 的 長 期 波 動 , 就 非 常 符 合 理 論 的 預 測。連 科 技 產 品 如DRAM 價 格 的 波 動 也 符 合 蛛 網 模 式 的 預 期 , 雖 然 科 技 產 品 不 會 像 農 作 物 容 易 毀 損 , 必 須 儘 快 出 清 , 但 是 相 對 的 產 品 不 售 出 , 庫 存 成 本 的 壓 力 大 , 再 加 上 科 技 產 品 生 命 週 期 短 , 一 樣 會 有 儘 快 求 售 的 壓 力 , 一 如 農 產 品 , 因 此 本 文 的 模 型 , 對 科 技 產 品 的 預 測 仍 然 有 效 。 從 上 一 節 的 推 論 過 程 , 相 信 讀 者 應 該 可 以 發 現 , 數 學 公 設 化 邏 輯 演 繹 系 統 的 影 子 , 從 公 設 、 基 本 假 設 出 發 , 推 論 出 定 理 , 也 成 為 經 濟 學 獲 得 新 學 理 的 主 要 途 徑 。 而 與 數 學 最 大 的 差 異 , 在 於 經 濟 學 追 求 新 學 理 的 主 要 動 機 , 是 要 對 社 會 現 象 提 供 一 套 合 理 的 解 釋 理 論 , 並 能 提 出 適 當 的 建 議 , 使 得 資 源 的 分 配 更 為 適 切 。 而 數 學 號 稱 科 學 之 母 , 追 求 內 在 的 一 致 性 , 與 邏 輯 的 完 整 與 嚴 謹 性 , 能 否 直 接 應 用 於 真 實的 世 界,並 非 主 要 目 標。兩 個 學 門 的 結 合, 形 成 今 日 經 濟 學 數 理 化 的 結 果 , 不 管 是 偶 然 或 是 學 科 本 質 的 必 然 結 果 , 已 經 讓 經 濟 學 能 探 討 的 範 圍 從 傳 統 的 供 需 價 格 問 題 , 擴 展 到 選 舉 、 種 族 歧 視 等 原 本 屬 於 政 治 學 、 社 會 學 領 域 的 範 疇 , 數 理 化 經 濟 能 精 確 的 描 述 所 觀 察 到 的 世 界 , 絕 對 是 一 個 重 要 因 素 。 文 字 的 敘 述 可 以 很 細 膩 , 但 數 學 的 導 引 卻 最 為 簡 潔 有 力 , 沒 有 準 確 的 描 述 出 問 題 所 在 , 想 要 提 供 正 確 的 解 決 之 道 , 無 異 於 緣 木 求 魚 , 大 量 引 進 數 學 程 式 的 經 濟 學 , 在 這 方 面 確 實 有 極 大 的 優 勢 。
伍、結論
希 望 透 過 文 中 的 分 析 , 特 別 是 蛛 網 理 論 的 數 學 論 證 過 程 , 讀 者 對 現 代 經 濟 學 的 分 析 架 構 有 一 基 本 的 認 知 , 而 且 對 數 學 在 經 濟 學 分 析 中 所 扮 演 的 角 色 , 會 有 一 個 整 體 的 輪 廓 , 至 少 不 會 質 疑 為 何 屬 於 傳 統 社 會 組 的 科 系 , 會 要 求 數 學 加 重 計 分 。2007 年 諾 貝 爾 經 濟 學 獎 頒 給 三 位 對 於 「 機 制 設 計 理 論(mechanism design theory)」 有 貢 獻 的 學 者 , 其 中 兩 位 Eric S. Maskin(1950~ ) 和 Roger B. Myerson(1951~)都 是 於 1976 年 獲 得 哈 佛 大 學 應 用 數 學 博 士 。 從 2005 年 的 數 學 家 , 到 今 年 的 經 濟 學 桂 冠 得 主 的 例 子 , 數 學 在 經 濟 學 的 地 位 , 實 在 無 法 令 人 忽 略 。 所 以 Friedman 建 議 有 志 於 經 濟 學 發 展 的 青 年 學 子 , 多 讀 一 些 數 學 與 統 計 課 程 的 涵 義 , 應 該 是 不 難 明 瞭 才 對 。陸、註解
註 一 : 社 會 實 際 的 運 作 果 真 會 按 照 數 學 的 模 型 來 進 行 ? 這 是 一 般 利 用 模 型 來 預 測 社 會 現 象 容 易 引 起 的 質 疑 。 模 型 之 所 以 能 夠 建 立 , 是 把 問 題 的 一 些 條 件 抽 象 化 , 尋 找 其 共 通 性 , 以 解 釋 所 欲 討 論 的 現 象 或 做 預 測 。 就 社 會 科 學 而 言 , 所 討 論 的 問 題 經 過 抽 象 化 後 , 常 會 和 實 際 的 社 會 運 作 有 些 出 入 , 因 此 容 易 引 起 質 疑 實 際 的 社 會 情 境 , 不 可 能 完 全 照 模 型 的 程 式 來 運 作 , 作 者 並 不 否 認 , 本 文 的 蛛 網 模 型 也 不 例 外 , 但 並 不 能 就 此 否 定 模 型 解 釋 社 會 運 作 的 效 用 。 就 本 文 的 蛛 網 模 型 而 言 , 從 模 型 的 推 導 過 程 中 , 能 夠 清 楚 說 明 「 生 產 者 從 事 生 產 到 產 品 能 夠 上 市 的 時 間 落 差 , 如 何 造 成 價 格 與 產 量 的 波 動 , 並 進 而 透 視 整 個 歷 程 與 波 動 的 方向」。當然在基本假設的第三點, 假 設 市 場 消 息 不 靈 通 , 因 此 生 產 者 只 好 以 上 一 期 的 價 格 來 決 定 這 一 期 的 供 應 量 , 就 實 際 的 社 會 運 作 情 況 , 應 該 不 至 於 如 此 不 靈 通 , 而 一 味 地 根 據 當 期 的 價 格 , 決 定 下 一 期 的 產 量 。 應 該 是 會 做 機 動 的 調 整 , 如 此 會 縮 短 歷 程 與 波 動 的 幅 度 , 此 點 的 確 與 市 場 的 運 作 不 符 , 但 是 利 用 第 三 點 的 假 設 , 讓 生 產 函 數 的 變 數 只 有 一 個 , 無 形 中 讓 整 個 推 論 的 過 程 簡 化 甚 多 。 而 更 重 要 的 是 在 簡 化 的 過 程 , 並 不 會 犧 牲 蛛 網 模 型 在 波 動 方 向 的 預 測 , 用 來 解 釋 農 作 物的 價 格 與 產 量 的 波 動 常 趨 於 不 穩 , 十 分 符 合 。 調 整 的 細 節 是 很 複 雜 , 均 衡 的 到 達 也 不 一 定 會 如 模 型 的 推 導 過 程 一 樣 , 而 一 成 不 變 , 但 是 透 過 模 型 的 說 明 , 了 解 事 情 的 本 質 , 波 動 方 向 的 變 動 便 容 易 掌 握 , 預 測 結 果 自 然 會 跟 實 際 市 場 的 運 作 結 果 符 合 。 如 此 說 來 , 均 衡 的 過 程 是 是 否 一 定 按 照 所 述 的 數 學 過 程 達 到 , 便 非 要 點 , 能 點 出 問 題 的 本 質 , 並 解 釋 價 格 波 動 的 方 向 , 才 是 蛛 網 理 論的最大貢獻。 註 二 : 經 濟 學 也 引 進 了 許 多 學 門 來 增 強 其 本 身 的 內 容 , 諾 貝 爾 經 濟 學 獎 也 曾 頒 給 許 多 不 是 數 學 家 , 也 非 經 濟 學 家 的 人 。1978 經 濟 學 獎 Herbert A. Simon(1916~2001) 是 電 腦 科 學 家 , 在 決 策 理 論 有 顯 著 的 貢 獻 ; 又 如 2002 經 濟 學 得 主 Daniel Kahneman(1934~ ) 是心 理 學家,其 研 究 促 使 行 為 經 濟 學 的 興 起 ; 而 Ronald Coase(1910~ ) 是 法 律 學 者 , 獲 頒 1991 經濟 學 獎 , 表揚 在 法 律 經 濟 學 的 貢 獻 。
柒、參考文獻
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Thomas, G. B. (1996). Calculus and analytic geometry (9thed.). Addison-Wesley Publishing Company, Inc.
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