Decisioni di produzione I

Decisioni di produzione I Tecnologia Nadia Burani Università di Bologna A.A. 2016/17 Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 1 / 27

In sintesi La teoria della produzione La tecnologia: l insieme delle possibilità di produzione La tecnologia con un solo output: l insieme del fabbisogno degli inputs la funzione di produzione e gli isoquanti il saggio marginale di sostituzione tecnica i rendimenti di scala Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 2 / 27

L impresa Dopo il consumatore, l impresa è la più importante unità decisionale in microeconomia La teoria dell impresa permette di studiare il "lato o erta" ovvero il processo attraverso cui i beni e i servizi consumati dagli individui vengono prodotti L impresa è interpretata come una "black box" in grado di trasformare inputs in outputs L impresa acquista i fattori di produzione nel mercato degli inputs a prezzi esogeni e queste spese rappresentano i costi dell impresa L impresa vende i propri prodotti nel mercato dei beni nali (a prezzi esogeni se opera in regime di concorrenza perfetta) e ottiene un guadagno dalla vendita I pro tti dell impresa sono la di erenza tra i ricavi delle vendite e le spese per l acquisto dei fattori Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 3 / 27

L impresa Il modo in cui gli inputs vengono combinati per produrre gli outputs dipende: 1 da ciò che è tecnologicamente fattibile 2 dalle decisioni dell impresa La tecnologia descrive ciò che è tecnicamente fattibile per un impresa e quindi i vincoli dell impresa Le decisioni dell impresa dipendono dal suo obiettivo: la massimizzazione del pro tto la minimizzazione dei costi I due problemi decisionali dell impresa sono duali Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 4 / 27

La tecnologia La tecnologia descrive i vincoli che un impresa fronteggia nel trasformare inputs in outputs Si considera un economia con K beni che un impresa può utilizzare come inputs o come outputs Un vettore di produzione o un piano di produzione è un vettore 2 y = 6 4 in R K che descive gli outputs netti dei K beni derivanti da un processo produttivo. y 1 y 2. y K uno stesso bene k può essere utilizzato sia come input sia come output per convezione, le componenti negative di y denotano gli inputs netti mentre le componenti positive denotano gli outputs netti (qualche componente può essere nulla) Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 5 / 27 3 7 5

La tecnologia Insieme di produzione Sottoinsieme dello spazio dei piani di produzione, che si denota con Y R K, e che descrive tutti i piani di produzione che sono tecnologicamente fattibili per un impresa, dati i vincoli imposti dall ambiente L insieme di produzione fornisce una descrizione completa della tecnologia a disposizione di un impresa. Funzione di trasformazione La funzione di trasformazione F (y) permette di rappresentare l insieme dei piani di produzione tecnicamente possibili ed è tale che n o Y = y 2 R K j F (y) 0 e F (y) = 0, y 2 fr (Y ) L insieme dei punti di frontiera di Y, ovvero y 2 R K j F (y) = 0 chiama frontiera di trasformazione si Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 6 / 27

La tecnologia La frontiera di trasformazione rappresenta l insieme dei piani di produzione tecnicamente e cienti e quindi, se y soddisfa F (y) = 0, allora non è possibile produrre maggiori quantità di outputs netti utilizzando gli stessi inputs oppure non è possibile produrre gli stessi outputs netti utilizzando minori quantità di inputs. Se si assume che F () sia di erenziabile e se il vettore y è tale che F (y) = 0, allora SMT k,l dy l dy k = F (y) / y k F (y) / y l rappresenta il saggio marginale di trasformazione del bene k per il bene l in corrispondenza di y e misura quanto può aumentare l output netto del bene l a fronte di una diminuzione di un unità addizionale dell output netto del bene k. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 7 / 27

La tecnologia: proprietà degli insiemi di produzione Proprietà degli insiemi di produzione Y : 1. Y è non-vuoto. L impresa ha qualcosa da fare 2. Y è chiuso e limitato (contiene la sua frontiera). Il limite di una sequenza di piani di produzione fattibili è anch esso fattibile: se y n! y e se y n 2 Y per ogni n allora y 2 Y. Assioma tecnico, assicura l esistenza di una soluzione al problema decisionale dell impresa 3. No free meal: non è possibile produrre qualcosa dal nulla. Se y 2 Y e y k 0 per ogni k = 1,.., K (se non ci sono inputs netti), allora y = 0 (non ci sono nemmeno outputs netti), ovvero Y \ R K + = f0g. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 8 / 27

La tecnologia: proprietà degli insiemi di produzione Proprietà degli insiemi di produzione Y : 4. Possibilità di inazione: 0 2 Y. Deve essere possibile per l impresa chiudere, acquistando zero inputs e producendo zero outputs. Non vale nel breve periodo, in cui il livello di un input potrebbe essere sso a y k < 0, o se ci sono costi sunk (l impresa si impegna ad utilizzare almeno y k < 0 unità di input k). Si devono considerare insiemi di produzione ristretti 5. Free disposal. L impresa può sempre utilizzare maggiori quantità di inputs senza ridurre gli outputs. Se y 2 Y e y 0 y, allora y 0 2 Y, ovvero Y R K + Y (l impresa produce al massimo lo stesso ammontare di outputs utilizzando almeno la stessa quantità di inputs). Non ci sono costi se si sprecano inputs o outputs. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 9 / 27

La tecnologia: proprietà degli insiemi di produzione Proprietà degli insiemi di produzione Y : 6. Convessità di Y. Se y, y 0 2 Y allora [αy + (1 α) y 0 ] 2 Y per tutti gli α 2 [0, 1]. Implicazioni: (i) Visto che 0 2 Y per la possibilità di inazione, sia y 0 = 0 da cui [αy + (1 α) 0] = αy 2 Y. Ogni vettore y fattibile può essere riscalato verso il basso ed essere ancora fattibile. Quindi la convessità di Y è associata a rendimenti di scala non crescenti di Y. (ii) Se due piani di produzione y e y 0 producono entrambi lo stesso ammontare di output ma utilizzano diverse combinazioni di inputs, allora un piano di produzione che usa una media degli inputs di y e y 0 permette di ottenere almeno altrettanto output rispetto a y e y 0. Combinazioni sbilanciate di inputs non sono più produttive di combinazioni bilanciate (oppure, combinazioni sbilanciate di outputs non sono meno costose da produrre, in termini di utilizzo di inputs, rispetto a combinazioni bilanciate). Non vale se ci sono costi di setup. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 10 / 27

La tecnologia: un solo output Si consideri il caso particolare di un solo output (il bene K) generato dalla combinazione di K 1 inputs E conveniente descrivere la tecnologia in termini di inputs necessari a produrre diverse quantità di output Insieme di fabbisogno degli inputs insieme di tutte le combinazioni di inputs che consentono di produrre un volume di output pari almeno a y ovvero (x1.,., x V (y) = K 1 ) j y > 0, (x 1.,., x K 1 ) 0 e ( x 1... x K 1, y) 2 Y Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 11 / 27

La tecnologia: un solo output Proprietà degli insiemi di fabbisogno degli inputs V (y) : 1. Regolarità negli inputs. V (y) è non-vuoto e chiuso. Se y > 0 allora 0 62 V (y). Discende dalla proprietà di no free meal: non si può produrre qualcosa dal nulla. 2. Monotonicità. Se x 2 V (y) e x 0 x allora x 0 2 V (y). Discende dalla proprietà di free disposal: aumentando la quantità di almeno un input non si può ridurre l output. 3. Convessità. Se x, x 0 2 V (y) allora [αx + (1 α) x 0 ] 2 V (y) per tutti gli α 2 [0, 1]. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 12 / 27

La tecnologia: un solo output Isoquanto L insieme di combinazioni di inputs che producono esattamente y unità di output è (x1,.., x Q (y) = K 1 ) j x 2 V (y) e λx 62 V (y) per 0 λ < 1 L isoquanto è la frontiera e ciente dell insieme V (y) ed è il luogo dove ci si aspetta che un impresa che desidera produrre y unità di output scelga di operare se gli inputs sono costosi. La regolarità di V (y) implica che l isoquanto sia continuo e contenuto in V (y) : Q (y) è la frontiera di V (y) La monotonicità di V (y) implica che l isoquanto sia non positivamente inclinato La monotonicità e la convessità di V (y) implicano che l isoquanto sia convesso Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 13 / 27

La funzione di produzione Funzione di produzione indica l ammontare massimo di output che si può ottenere per ogni possibile combinazione di inputs f (x) = max fy > 0 j x 2 V (y)g L insieme di livello superiore della funzione di produzione corrisponde all insieme di fabbisogno degli inputs V (y) = fx j f (x) yg Le curve di livello associate alla funzione di produzione corrispondono agli isoquanti Q (y) = fx j f (x) = yg Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 14 / 27

La funzione di produzione Dalle proprietà di V (y) discendono le proprietà della funzione di produzione: 1 La regolarità di V (y) implica che f (x) è continua e che f (0) = 0. Se f (x) = y e y > 0 allora x k > 0 per almeno un input k 2 La monotonicità di V (y) implica che f (x) sia non-decrescente in x k per ogni k, ovvero, se f (x) è derivabile, f (x) / x k 0. Il prodotto marginale del fattore k indica di quanto varia l output a fronte di un aumento nell impiego del fattore k. 3 La convessità di V (y) implica la quasiconcavità della funzione di produzione. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 15 / 27

Il saggio marginale di sostituzione tecnica Il saggio marginale di sostituzione tecnica in corrispondenza di un vettore di inputs x è dato da SMST k,l dx l dx k = f (x) / x k f (x) / x l e rappresenta l ammontare addizionale di input x l cui l impresa deve ricorrere per compensare la riduzione di una unità di input x k e mantenere la produzione costante a y = f (x). Dalla monotonicità discende che il SMST è non positivo e dalla convessità dicende che il SMST è non crescente in valore assoluto Nel caso di due soli fattori il SMST 1,2 misura la pendenza dell isoquanto. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 16 / 27

L elasticità di sostituzione L elasticità di sostituzione tra l input k e l input l in corrispondenza di una combinazione di inputs x è data da 0 jsmstk,l j x σ k,l = l /x 1 k = @ f (x)/ xk 1 1 f (x)/ x l x l /x k A (x l /x k ) jsmst k,l j (x l /x k ) f (x)/ x k f (x)/ x l e misura (il reciproco del) la variazione percentuale del SMST in relazione alla variazione percentuale del rapporto tra fattori, in valore assoluto, mantenendo costante la produzione a y = f (x). Nel caso di due soli fattori σ 1,2 misura la curvatura dell isoquanto: come varia la pendenza dell isoquanto in termini percentuali man mano che ci si sposta su diversi raggi uscenti dall origine. Per σ 1,2 tendente a zero, l isoquanto è molto incurvato (convesso) e la sostituzione tra i fattori è di cile. Per σ 1,2 tendente a in nito, l isoquanto è molto piatto e la sostituzione tra i fattori è facile. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 17 / 27

L elasticità di sostituzione Esempio Funzione di produzione CES f (x 1, x 2 ) = x ρ 1 + x ρ 2 1 ρ con 0 6= ρ < 1. Il prodotto marginale del fattore 1 è dato da f (x) = 1 x 1 ρ x ρ 1 + x ρ 1 ρ 1 ρ 1 2 ρx 1 e il prodotto marginale del fattore 2 è dato da f (x) = 1 x 2 ρ x ρ 1 + x ρ 1 ρ 1 ρ 1 2 ρx 2. Prendendo il rapporto si ottiene il saggio marginale di sostituzione, che in valore assoluto è pari a SMST 1,2 = 1 x2 x 1 ρ Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 18 / 27

L elasticità di sostituzione Esempio Funzione di produzione CES f (x 1, x 2 ) = x ρ 1 + x ρ 2 1 ρ con 0 6= ρ < 1. Derivando il SMST 1,2 rispetto a x 2 /x 1 si ottiene SMST 1,2 x 2 /x 1 = (1 ρ) ρ x2 x 1 da cui σ 1,2 = 0 B @(1 ρ) x2 x 1 ρ x 2 /x 1 x2 x 1 1 ρ 1 C A 1 = 1 1 ρ Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 19 / 27

I rendimenti di scala Come varia l output prodotto da un impresa quando tutti i fattori variano nella stessa proporzione? Nel caso di due soli inputs, si analizza come varia l output quando ci si muove attraverso la mappa degli isoquanti mantenendosi su un raggio di equazione x 2 = αx 1 lungo il quale i due fattori aumentano entrambi rimanendo sempre nella stessa proporzione α. Una funzione di produzione f (x) ha rendimenti di scala: (i) costanti () f (λx) = λf (x) per ogni λ > 0 e ogni x (ii) crescenti () f (λx) > λf (x) per ogni λ > 1 e ogni x (iii) decrescenti () f (λx) < λf (x) per ogni λ > 1 e ogni x. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 20 / 27

I rendimenti di scala Esempio Si prenda un fattore di proporzionalità λ > 1. La funzione di produzione CES f (x 1, x 2 ) = x ρ 1 + x ρ 2 1 ρ, con 0 6= ρ < 1, mostra rendimenti di scala costanti: f (λx 1, λx 2 ) = λ ρ x ρ 1 + λρ x ρ 2 1 ρ = λ x ρ 1 + x ρ 2 1 ρ = λf (x 1, x 2 ) La funzione di produzione lineare (inputs perfetti sostituti) f (x 1, x 2 ) = ax 1 + bx 2, con a, b > 0 ha rendimenti di scala costanti f (λx 1, λx 2 ) = λax 1 + λbx 2 = λ (ax 1 + bx 2 ) = λf (x 1, x 2 ) La funzione di produzione Leontief (inputs perfetti complementi) f (x 1, x 2 ) = min fax 1 ; bx 2 g, con a, b > 0 ha rendimenti di scala costanti f (λx 1, λx 2 ) = min fλax 1 ; λbx 2 g = λ min fax 1 ; bx 2 g = λf (x) Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 21 / 27

I rendimenti di scala Esempio La funzione di produzione Cobb-Douglas f (x 1, x 2 ) = x a 1 x b 2, con a, b > 0, ha rendimenti di scala che dipendono dall ammontare della somma degli esponenti a + b f (λx 1, λx 2 ) = λ a x a 1 λ b x b 2 = λ a+b x a 1 x b 2 = λ a+b f (x 1, x 2 ) 1 Se a + b = 1 la funzione di produzione ha rendimenti di scala costanti 2 Se a + b > 1 la funzione di produzione ha rendimenti di scala crescenti 3 Se a + b < 1 la funzione di produzione ha rendimenti di scala decrescenti Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 22 / 27

I rendimenti di scala I diversi tipi di rendimenti di scala sono associati a particolari mappe di isoquanti: (i) se gli isoquanti sono equidistanti tra loro, la funzione di produzione mostra rendimenti di scala costanti (ii) se gli isoquanti sono sempre più vicini tra loro, la funzione di produzione mostra rendimenti di scala crescenti (iii) se gli isoquanti sono sempre più lontani tra loro, la funzione di produzione mostra rendimenti di scala decrescenti. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 23 / 27

I rendimenti di scala Esempio (funzione di produzione Cobb-Douglas): (i) a = b = 1 2. Con x 1 = x 2 = 1, f (x) = 1, con x 1 = x 2 = 2, f (x) = 2, con x 1 = x 2 = 3, f (x) = 3 (ii) a = b = 1. Con x 1 = x 2 = 1, f (x) = 1, con x 1 = x 2 = 2, f (x) = 4, con x 1 = x 2 = 3, f (x) = 9. Quindi l isoquanto f (x) = 2 passa per x 1 = x 2 = p 2 = 1. 414 2 e l isoquanto f (x) = 3 passa per x 1 = x 2 = p 3 = 1. 732 1 (iii) a = b = 1 4. Con x 1 = x 2 = 1, f (x) = 1, con x 1 = x 2 = 2, f (x) = p 2 = 1. 414 2, con x 1 = x 2 = 3, f (x) = p 3 = 1. 732 1. Quindi l isoquanto f (x) = 2 passa per x 1 = x 2 = 4 e l isoquanto f (x) = 3 passa per x 1 = x 2 = 9. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 24 / 27

I rendimenti di scala I rendimenti di scala sono una misura globale di come l output risponde a variazioni proporzionali nell utilizzo dei fattori. Spesso una tecnologia mostra rendimenti di scala crescenti, costanti o decrescenti soltanto in corrispondenza di certi livelli di output. Occorre una misura locale dei rendimenti di scala: l elasticità di scala rappresenta la variazione percentuale istantanea nell output a fronte di una variazione dell 1% di tutti i fattori ed è data da e (x) = K 1 k=1 f (x) x k x k f (x) I rendimenti di scala sono localmente costanti, crescenti, decrescenti se e (x) è uguale, maggiore o minore di uno, rispettivamente. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 25 / 27

La funzione di produzione Una funzione di produzione presenta rendimenti di scala costanti se e solo se è omogenea di primo grado. Una funzione di produzione è omogenea di grado r quando f (λx) = λ r f (x) per ogni λ > 0. Se una funzione di produzione f (x) è omogenea di grado r allora la pendenza delle curve di livello di f (x) non cambia lungo un raggio qualsiasi passante dall origine Se una funzione di produzione f (x) è omogenea di grado r, allora se x e x 0 consentono di produrre lo stesso ammontare di output, ovvero f (x) = f (x 0 ), vale anche che f (λx) = f (λx 0 ) Se una funzione di produzione f (x) è omogenea di primo grado, allora se f (x) = f (x 0 ) = y vale anche che f (λx) = f (λx 0 ) = λy. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 26 / 27

La funzione di produzione Sia f (x) una funzione omogenea di grado r e sia g una funzione di una sola variabile monotona crescente, con g 0 > 0. Una trasformazione monotona crescente di una funzione omogenea di grado r, ovvero h (x) = g (f (x)) si dice funzione omotetica Anche per le funzioni omotetiche la pendenza delle curve di livello non cambia lungo un raggio passante per l origine. Se h (x) = h (x 0 ) allora vale anche h (λx) = h (λx 0 ) per ogni λ > 0. Nadia Burani (Università di Bologna) Decisioni di produzione I A.A. 2016/17 27 / 27