Solow Model

缺乏家庭最优决策是索洛模型和新古典增长模型的主要区别。

假设

生产函数的形式

  1. 劳动增强型(labor-augumenting/Harrod-neutral) :Y=F(K,AL)
  2. 资本增强型(capital-augumenting):Y=F(AK,L)
  3. 平衡增强型(Hicks-neutral): Y=AF(K,L)

Cobb-Douglas函数 的同时符合上述三种形式往往有解。

生产函数的特征

①规模报酬不变

F(cK,cAL)=cF(K,AL)∀c≥0

用途是将总量生产函数转化为个量生产函数

YAL=F(KAL,1)↔y=f(k)

②边际产量为正且递减

f(0)=0f′(k)>0f″(k)<0

③稻田条件(Inada condition)

limk→0f′(k)=∞limk→∞f′(k)=0

投入增速

假设劳动和知识匀速增长

L˙(t)=nL(t)A˙(t)=gA(t)
Note

命题: $$\frac{\dot{X}(t)}{X(t)}=g \leftrightarrow X(t)=e^{gt}X(0)$$
证明: $$\frac{\dot{X}(t)}{X(t)}=\frac{\mathrm{d}X(t)/X(t)}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}\ln X(t)}{\mathrm{d}t}=g \implies \ln X(t)=gt+C$$
令 t=0,解得 C=ln⁡X(0),即 ln⁡X(t)=gt+ln⁡X(0),取幂得 X(t)=egtX(0)

由此可见,需要 X˙ 时可以先找 ln⁡X

总量资本的动态方程为

K˙(t)≡I(t)−δK(t)=[Y(t)−C(t)]−δK(t)=sY(t)−δK(t)

动态

为了找到劳均资本 k˙ 的动态方程,可以先找 ln⁡k

k=KALln⁡k=ln⁡K−ln⁡A−ln⁡Ldln⁡kdt=dln⁡Kdt−dAdt−dLdtk˙k=K˙K−A˙A−L˙Lk˙k=K˙K−g−n

其中

K˙K=Y−C−δKK=YK−CK−δ=f(k)k−ck−δ=sY−δKK=sYK−δ=sf(k)k−δ

从而得到劳均资本的动态方程:

k˙=f(k)−c−(n+g+δ)k=sf(k)−(n+g+δ)k

其中:

Note

由劳均资本的动态方程可以直接得到劳均资本增长率的表达式:

gk≡k˙k=sf(k)k−(n+g+δ)

根据稻田条件可知

limk→0f(k)k=∞limk→∞f(k)k=0

结合零点定理和边际产出递减可知,函数 gk(k) 必定存在唯一零点,即稳态。

因此,内生增长模型往往通过放松稻田条件和边际产出递减假设避免稳态。

稳态

当 gk=0 即 k˙=0 时称为稳态,将稳态劳均资本 k∗ 代入动态方程可得稳态方程

sf(k∗)=(n+g+δ)k∗

这意味着均衡的储蓄率为常数

s∗=(n+g+δ)k∗f(k∗)$$稳态时总量资本增长率为$n+g$

\frac{\dot{k}}{k}=\frac{\dot{K}}{K}-\frac{\dot{A}}{A}-\frac{\dot{L}}{L}=0 \implies \frac{\dot{K}}{K}=n+g

稳态时经济增长率为$n+g$

\frac{\dot{Y}}{Y}=\frac{\mathrm{d}\ln Y}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}\ln (ALf(k))}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}\ln A}{\mathrm{d}t}+\frac{\ln L}{\mathrm{d}t}+\frac{\mathrm{d}\ln f(k)}{\mathrm{d}k} \frac{\mathrm{d}k}{\mathrm{d}t}=n+g

人均资本增长率

\frac{\dot{K/L}}{K/L}=\frac{\mathrm{d}\ln K/L}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}\ln K}{\mathrm{d}t}-\frac{\mathrm{d}\ln L}{\mathrm{d}t}=g

由此可见,所谓的稳态就是**匀速增长**。 ## 比较静态分析 接下来分析参数如何影响稳态,稳态条件的几何分析是一种直观方法。 ![image.png](https://raw.githubusercontent.com/ykonut/picx-images-hosting/master/picgo/image-556a64421dfb625707d50d45436aff68.png) 其中,参数 $s$ 的分析最有意义,因为储蓄率比较容易干预,下面进行代数分析。 根据稳态条件,稳态解 $k^*$ 可以看作四个参数的隐函数,即 $k^*=k^*(s,n,g,\delta)$ 定义函数

G=(n+g+\delta)k^-sf(k^)

根据隐函数定理有

\frac{\partial k^}{\partial s}=- \frac{\partial G/\partial s}{\partial G/\partial k^}=\frac{f(k^)}{(n+g+\delta)-f'(k^)}

我们更关心参数对GDP的影响,可以使用链式法则求解

\frac{ \partial y^* }{ \partial s }=\frac{ \partial f(k^) }{ \partial k^ }\frac{ \partial k^* }{ \partial s }=\frac{f'(k^)f(k^)}{(n+g+\delta)-sf'(k^*)}

导数的经济意义仍不甚清楚,所以尝试进一步构造为∗∗弹性∗∗

\frac{ \partial y^* }{ \partial s } \frac{s}{y^} =\frac{f'(k^)}{\frac{n+g+\delta}{s}-f'(k^)}=\frac{f'(k^)}{\frac{f(k^)}{k^}-f'(k^)}=\frac{k^f'(k^)}{f(k^)-k^*f'(k)}=\frac{\alpha_{k}}{1-\alpha_{k}}

其中 $\alpha_{k}=\frac{k^*f'(k^*)}{f(k^*)}$ 可以看作归属劳均资本的产出份额。 为什么?根据齐次函数#欧拉定理

\begin{align}
F(K,AL) & =K\frac{ \partial F }{ \partial K }+AL\frac{ \partial F }{ \partial AL } \
f(k) & = k\frac{ \partial F }{ \partial K }+\frac{ \partial F }{ \partial AL }
\end

其中$∂F∂K=∂ALf(k)∂k∂k∂K=ALf′(k)1AL=f′(k)$,因此

f(k)=kf'(k)+\frac{ \partial F }{ \partial AL }

所以 $\frac{kf'(k)}{f(k)}$ 可以看作归属劳均资本的份额。 ## 黄金率 我们仅仅知道储蓄率越高稳态就越高,但是并不能说哪一个稳态更好,黄金率即人为规定了消费最高的稳态是最好的稳态,即 $c^*_{g}\equiv\max c^*$ 根据稳态消费的定义结合稳态条件

c^=f(k^)-sf(k^)=f(k^)-(n+g+\delta)k^*

F.O.C.

\frac{ d c^(k^) }{ d k^* }=f'(k^*)-(n+g+\delta)=0

这个式子可以解得 $k^*_{g}$,代回目标函数即可得到 $c^*_{g}$;这个式子还表明 $k^*_{g}$ 的几何意义,是持平投资线的平行线和曲线 $f(k)$ 的切点。 由 $k^*_{g}$ 可以反推出一个 $s_{g}$,我们称 $s>s_{g}$ 的范围为**动态无效率区间**,这是因为降低 $s$ 无论在短期和长期都可以带来帕累托改进:在短期消费水平提高,在长期稳态消费水平提高。 ## 绝对收敛与相对收敛 令劳均资本增长率对 $k$ 求导

\frac{\partial g_{k}}{\partial k}=\frac{s f'(k)k-s f(k)}{k^{2}}<0 \impliedby f'(k)k<f(k)

因此 $k$ 越大 $g_{k}$ 的增长率越小,或者说 $k$ 距离稳态越远增长率越大。 这一结果被称为**相对收敛(条件收敛)**;如果类比到不同经济体的比较,则穷国相对于富国增长更快,这被称为**绝对收敛(无条件收敛)** 假说。 ## 收敛速度 泰勒公式

f(x) = f(x_{0}) + f'(x_{0})(x-x_{0}) + f''(x_{0}) \frac{(x-x_{0})^{2}}{2!} + \dots +f^{(n)}(x_{0})\frac{(x-x_{0})^n}{n!}+R_

我们对动态方程$k˙(k)$在$k∗$处进行一阶泰勒展开

\dot{k}(k)\approx \dot{k}(k^)+\left.\frac{ \partial \dot{k} }{ \partial k } \right|_{k=k^}(k-k^*)

其中$k˙(k∗)=0$,记$∂k˙∂k=λ$可得

\dot{k}(t)\approx \lambda k-\lambda k^*

套用 常微分方程 通解公式

\begin{align}
k(t)&\approx Ae^{\lambda t}+e^{\lambda t}\int e^{-\lambda t}(-\lambda k^) , dt \
&\approx Ae^{\lambda t}+e^{\lambda t}(e^{-\lambda t}k^
+B) \
&\approx Ce^{\lambda t}+k^* \
&\approx [k(0)-k^]e^{\lambda t}+k^
\end

其中,令$t=0$可得$C=k(0)−k∗$>[!NOTE]>或者换一种观点$$k˙(t)≈λ(k−k∗)

即资本减去一个常数后按固定速率增长 k(t)−k∗≈[k(0)−k∗]eλt

现在来计算 λ

∂k˙∂k|k=k∗=∂[sf(k)−(n+g+δ)k]∂k|k=k∗=sf′(k∗)−(n+g+δ)=(n+g+δ)k∗f(k∗)f′(k∗)−(n+g+δ)=(n+g+δ)[f′(k)k∗f(k∗)−1]=(n+g+δ)(αk−1)

例题:若 αk 为 13,n+g+δ 为 6%,则多久可以收敛一半?

解答:λ=−0.04,这里相当于问

12[k(0)−k∗]≈[k(0)−k∗]eλt12≈eλt

解得 t≈ln⁡20.04≈17.3


Q: 新古典生产函数的三个假设是什么?
A: ①规模报酬不变

F(cK,cAL)=cF(K,AL)∀c≥0

②新古典生产

f(0)=0f′(k)>0f″(k)<0

③稻田条件(Inada condition)

limk→0f′(k)=∞limk→∞f′(k)=0

Q: Solow Model 中劳均资本的动态方程?
A: $$
\dot{k}=sf(k)-(n+g+\delta)k

<!−−ID:1717233375940−−>Q:SolowModel中稳态产出$y∗$关于储蓄率$s$的弹性?A:

\frac{ \partial y^* }{ \partial s } \frac{s}{y^*} =\frac{\alpha_{k}}{1-\alpha_{k}}

其中$αk=k∗f′(k∗)f(k∗)$可以看作归属劳均资本的产出份额。<!−−ID:1717234008171−−>Q:SolowModel中稳态的黄金率水平是如何定义的?A:最大化消费的稳态称为黄金率水平。根据稳态消费的定义结合稳态条件

c^=f(k^)-sf(k^)=f(k^)-(n+g+\delta)k^*

F.O.C.为$f′(k∗)=(n+g+δ)=0$<!−−ID:1717234008180−−>Q:SolowModel中收敛速度指的是什么,通常用什么符号表示?A:收敛速度指$k˙$动态方程一阶泰勒展开中的一阶导数

\dot{k}(k)\approx \dot{k}(k^)+\left.\frac{ \partial \dot{k} }{ \partial k } \right|_{k=k^}(k-k^*)

通常记作$∂k˙∂k|k=k∗=λ$<!−−ID:1717233316435−−>Q:SolowModel中收敛速度的表达式?A:

\lambda=(n+g+\delta)(\alpha_{k}-1)

<!−−ID:1717233385719−−>