宏观经济学分析方法系列:变分法、欧拉方程、极值路径与动态经济模型分析
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宏观经济学简述
宏观经济学是研究整体经济运行和宏观经济运行规律的学科。
其研究的范围包括国民经济总体运行状况、经济增长、就业、通货膨胀、周期性波动、经济政策的制定等。
宏观经济学主要关注经济体整体的运行状况和影响经济发展的各种因素。
宏观经济学的核心理论包括总需求与总供给、经济增长理论、货币与通货膨胀、经济周期等。
总需求与总供给理论解释了经济活动的总体状况,总需求由消费、投资、政府支出和净出口组成,而总供给则是工资、利润和租金等要素对产出的贡献。
经济增长理论研究经济长期的增长趋势和影响经济增长的因素,如技术进步和人力资本。
货币与通货膨胀理论研究货币供求关系和通货膨胀对经济的影响。
经济周期理论则解释了经济波动的原因和周期性的特征。
宏观经济学的研究方法包括数据分析、建模和政策分析。
通过对大量的经济数据进行分析,可以了解经济的整体状况和趋势,发现经济问题和模式。
建模则是通过构建经济理论模型来解释经济现象和预测未来发展趋势。
政策分析是评估各种经济政策对经济发展的影响,以制定和优化经济政策。
宏观经济学对于理解和指导经济运行至关重要,可以提供政策方向和决策建议,帮助解决经济问题和实现经济发展。
同时,宏观经济学也与微观经济学相辅相成,微观经济学研究个体经济主体和市场行为,为宏观经济学提供基础和实证依据。
================= ================= 附录:宏观经济学分析方法:变分法、极值路径与动态最优化(08、09、10、11硕已讲,精细订正版)一、动态最优化在静态最优化问题中,我们寻找在一个特定的时间点或区间上,使一个给定的函数最大化和最小化的一个点或一些点:给定一个函数)(x y y =,最优点*x 的一阶条件是0)(='*x y .在动态最优化问题中,我们要寻找使一个给定的积分最大化或最小化的曲线)(t x *.这个最大化的积分定义为独立变量t 、函数)(t x 及它的导数dt dx /的函数F 下的面积。
简言之,假设时间区域从00=t 到T t =1,且用x &表示dt dx /,我们寻找最大化或最小化⎰Tdt t x t x t F 0)](),(,[& (20.1)这里假定F 对t 、)(t x 、)(t x &是连续的,且具有对x 和x&的连续偏导数.将形如(20.1),对每一个函数)(t x 对应着一个数值的积分称为“泛函”.一个使泛函达到最大或最小值的曲线称为“极值曲线”.极值可接受的“候选”极值曲线是在定义域上连续可微,且特别地满足一些固定端点条件的函数类)(t x . (讲!)例1 一家公司当希望获得从时间0=t 到T t =的最大利润时发现,产品的需求不仅依赖于产品的价格p ,而且也依赖于价格关于时间的变化率如dt dp /。
假设成本是固定的,并且每个p 和dt dp /是时间的函数,p&代表dt dp /,公司的目标可以作如下数学表示 ⎰Tdt t p t p t Max 0)](),(,[&π另一家公司发现它的总成本依赖于生产水平)(t x 和生产的变化率xdt dx &=/.假设这个公司希望最小化成本,且x 和x &是时间t 的函数,公司的目标可以写成⎰10)](),(,[min t t dt t x t x t C &满足1100)(,)(x t x x t x ==且这些初始和终值约束称为端点条件.例2 Ramsey 经济:消费最优化问题从家庭终生效用函数的集约形式)(c U U =出发,在消费预算约束的集约形式下求解家庭终生效用最大化问题,就是所谓“Ramsey 问题”—找出一条消费路径)(t c ,使家庭终生效用函数)(c U U =最大化:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-⎰⎰∞-+-∞-0))()((1)]([max 0)()(010dt e t c t k dt t c e B t R t g n t c ωϑϑβ二、欧拉方程:动态最优化的必要条件(三种形式)定理(泛函极值曲线即最优化)的必要条件):对于一个泛函⎰1)](),(,[t t dt t x t x t F &连接点),(00x t 和),(11x t 的曲线)(t x x **=是一个极值曲线(即最优化)的必要条件是⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=∂∂xF dt d x F & (20.2a)称之为欧拉方程.尽管该定理等价于静态最优化的一阶必要条件,但是由式中稍微不同的记号可以容易了解,欧拉方程实际上是一个二阶微分方程.用下标表示偏导数,并列出其自变“量”,它们本身也可能是函数.(20.2a)的欧拉方程表示为)],,([),,(x x t F dtdx x t F x x &&&=(20.2b)然后,用链式法则求x F &关于t 的导数,并且省略自变“量”,得)()(x F x F F F xx x x t x x &&&&&&&++= (20.2c) 这里,22/dt x d x =&&下面给出欧拉方程是极值曲线的必要条件的证明。
宏观经济学的数学模型分析宏观经济学是研究整个国家或地区经济状况及其变化的学科。
它主要关注国民经济的总体运行规律,包括经济增长、物价水平、就业和失业、货币和银行信贷政策等方面。
为了深入理解和预测宏观经济的发展趋势,我们需要运用数学模型来分析和解释宏观经济现象。
数学模型是指用数学语言来描述和解释人类社会、自然界及其它现象的方式。
它是一个用于分析和预测宏观经济现象的有力工具。
在宏观经济学研究中,常用的数学模型有凯恩斯总体均衡模型、孟菲斯生产函数、费用函数、货币供应量模型等。
凯恩斯总体均衡模型是宏观经济学分析中最基本的模型之一。
它是由英国经济学家凯恩斯于1936年提出的,该模型可以用来解释市场失灵和政府干预等问题。
凯恩斯总体均衡模型有几个基本假设,如个人消费支出与收入成正比、投资支出与收益高度相关、政府开支能够影响经济总需求等。
该模型的主要特点是,解释经济体的总体均衡和失业等宏观经济问题、同时考虑了价格水平对经济体的影响、可以用来解释短期波动和长期变化等。
孟菲斯生产函数是由美国经济学家孟菲斯于1926年提出的。
该模型是从生产活动的角度来研究宏观经济增长。
它可以描述生产的规模与生产要素如资本、劳动力等的关系,主要包含一个产出函数和一个生产要素函数。
孟菲斯生产函数的主要特点是可模拟生产过程,包括劳动和资本的使用效率以及规模效益,同时该模型也能用来解释技术创新、人口结构等宏观经济现象。
费用函数是一种用来估算企业或行业提供一定产量所需要的成本的经济分析工具。
它的主要作用是用来分析经济体劳动力的需求和供应等问题,常常用于预测某一行业或职业发展的趋势。
费用函数的主要特点是可以考虑劳动力、资本投资等因素,同时也能够用来分析失业等宏观经济现象。
货币供应量模型是描述货币市场的重要模型之一。
该模型主要用来研究货币市场的供给和需求关系,以及货币供应量和利率之间的关系。
货币供应量模型的主要特点是,它可以用来描述货币供应量变化对通货膨胀和利率变化的影响,进而影响经济的总需求。
2025考研宏观经济学知识点与模型解析在准备 2025 年考研的征程中,宏观经济学无疑是一座需要我们攻克的重要堡垒。
宏观经济学作为经济学的重要分支,研究的是整个经济体系的运行和总体表现。
接下来,让我们一同深入探讨其中的关键知识点与模型。
首先,我们来谈谈国民收入核算。
这是理解宏观经济运行的基础。
国内生产总值(GDP)是最核心的概念之一,它衡量了一个国家或地区在一定时期内生产的最终产品和服务的市场价值。
要准确计算GDP,需要掌握支出法、收入法和生产法。
支出法从消费、投资、政府购买和净出口这四个方面来核算;收入法则从劳动者报酬、生产税净额、固定资产折旧和营业盈余等角度入手;生产法则基于各个生产部门的增加值来计算。
在国民收入核算中,还有几个容易混淆的概念需要明确区分。
比如,GDP 与国民生产总值(GNP),GNP 是一个国民概念,计算的是本国国民所生产的最终产品和服务的价值,而GDP 是一个地域概念。
此外,名义 GDP 和实际 GDP 也很重要,名义 GDP 未考虑价格变动的影响,而实际 GDP 则剔除了价格因素,更能反映经济的实际增长。
接下来是总需求与总供给模型。
总需求曲线向右下方倾斜,它反映了在不同价格水平下,经济社会对产品和服务的总需求。
影响总需求的因素众多,包括消费者的消费意愿和能力、企业的投资决策、政府的财政政策以及国际贸易状况等。
总供给曲线则相对复杂,在短期,它是向上倾斜的,因为价格上升会促使企业增加产出;而在长期,总供给曲线是垂直的,这是基于潜在产出水平不变的假设。
经济波动是宏观经济学中的一个重要现象。
经济衰退和繁荣的交替出现,给社会带来了各种影响。
导致经济波动的原因包括总需求冲击和总供给冲击。
例如,消费者信心下降可能导致总需求减少,从而引发经济衰退;而自然灾害、原材料价格大幅上涨等则可能造成总供给冲击,影响经济的稳定运行。
在宏观经济政策方面,财政政策和货币政策是两大主要工具。
财政政策通过政府的支出和税收来调节经济。
动态经济学模型动态经济学模型是经济学研究中的重要工具,用于分析经济体的长期调整和发展路径。
它基于假设,通过建立各种变量之间的关系,模拟经济体的发展过程并预测未来的经济状况。
本文将介绍动态经济学模型的基本原理、应用领域和未来发展趋势。
一、基本原理动态经济学模型的基本原理是建立在人们在经济活动中作出的决策之上。
它考虑到人们在不同时间段内所做的决策是相互关联的,当前的决策会影响到未来的决策,从而影响到整个经济体的发展。
因此,动态经济学模型中的变量是随时间变化的,并且相互之间存在着因果关系。
动态经济学模型的核心是对经济体各个部门之间的相互作用关系进行建模。
通过建立各个部门之间的决策方程、供给方程和需求方程,可以模拟经济体的发展轨迹。
这些方程通常基于经济学理论和历史数据,通过经验估计的方式确定各个参数的值。
二、应用领域动态经济学模型在经济学研究中有着广泛的应用。
它可以用于预测经济增长率、通货膨胀率、失业率等宏观经济变量的未来趋势,为政府制定经济政策提供决策依据。
同时,它也可以用于研究资源配置、市场竞争、产业结构调整等微观经济问题,为企业的战略决策提供支持。
在金融学领域,动态经济学模型可以用于研究资产定价、投资组合选择等问题。
通过对资产价格、利率等变量的建模,可以预测投资组合的收益和风险,为投资者提供指导。
此外,动态经济学模型还可以应用于环境经济学、教育经济学、劳动经济学等领域。
它可以帮助研究人员分析环境政策对环境污染和资源利用的影响,评估教育政策对人力资本的投资效果,以及分析劳动力市场的变动和劳动力供求关系。
三、未来发展趋势随着计算机技术和数据处理能力的提高,动态经济学模型在建模和预测方面的能力将不断增强。
大数据和机器学习的应用将为模型的改进和参数估计提供更多的信息,使得模型的预测能力更加准确和精细化。
同时,随着经济研究的深入和理论的发展,动态经济学模型也将不断完善。
在建模时,可以引入更多的因素和变量,提高模型的解释力和适用性。
================= ================= 附录:宏观经济学分析方法:微分方程或差分方程动力(动态)系统(10、11硕已讲,精细订正版)经济分析中常常涉及大量的微分方程与差分方程,如Solow 经济中描述资本存量运动的Solow 方程,以及随后涌现出来的各种描述跨时变量运动的方程等等。
微分方程或差分方程的求解方法和解的性质是很重要的,是理解经济动态(特别是经济增长理论)的必要数学基础。
零、逆矩阵的求法对于一个矩阵A ,其逆矩阵1-A 是指满足关系A A I AA 11--==的惟一矩阵.注意只有当A 为方阵且非奇异时,逆矩阵1-A 才存在.逆矩阵乘上原矩阵简化为单位矩阵,所以,逆矩阵在线性代数中起着普通代数中的倒数的作用.求逆矩阵的公式为AdjA AA 11=-例1 已知⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=413132514A 求其逆矩阵1-A . 解:1.检查A 是否为方阵,因为只有方阵才可能有逆存在.这里A 为33⨯维的,A 是方矩阵.2.计算A 的行列式以确信0≠A ,因为只有非奇异矩阵才可能有逆存在.98351152)]3(3)1)(2)[(5()]3(1)4)(2[(1)]1(1)4(3[4≠=++=----+-----=AA 为非奇异的;3)(=A ρ.3.求A 的余子式矩阵,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----------------=14616731171113321412541351131443544151133243124113C转置余子式矩阵以得到共轭矩阵.⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-='=14776311116113C AdjA4.以98/1/1=A 乘共轭矩阵,得到⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=-1429.00714.00714.00612.03163.01122.01633.00102.01327.0711********9831981198169819813147763111161139811A 5.作乘法1-AA 或A A 1-以检验答案的正确性.如果答案正确,两个积均应为单位矩阵I .零、矩阵的特征根与特征向量到目前为止,我们能够利用主子式来检验海赛行列式和二次型的符号定性.符号定性也可以利用矩阵的特征根来检验.给定矩阵A ,如果能够找到一向量0≠V 及标量c ,使得 cV AV = (12.4) 则,标量c 称为特征根,向量V 称为特征向量.方程(12.4)也可表示为cIV AV =整理,得0)(=-cIV AV0)(=-V cI A (12.5)其中cI A -称为A 的特征矩阵.由于假设0≠V ,则特征矩阵cI A -必为奇异的,从而其行列式必为零.如果A 为33⨯矩阵,则0333231232221131211=---=-ca a a a c a a a a ca cI A在(12.5)中,由于0=-cI A ,则(12.5)有无穷个解V .可以通过标准化V 的元素i v ,即要求i v 满足12=∑i v ,以得到惟一解.见例9. 如果1) 所有特征根c 为正的,则A 为正定的. 2) 所有特征根c 为正的,则A 为正定的.3) 所有的c 为非负的,且至少有一个0=c ,则A 为半正定的.4) 所有c 为非正的,且至少有一个0=c ,则A 为半负定的. 5) 有些c 为正,而另一些则为负,则A 为符号不定的.例8 已知⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=6336A 求A 的特征根. 解:由于特征矩阵cI A -的行列式必为零,所以cc cI A ----=-6336 (12.6)390)3)(9(027120)3)(3()6)(6(212-=-==++=++=-----c c c c c c c c 由于二个特征根均为负,则A 为负定的.注意:(1) 21c c +必等于A 的对角线上的元素之和,(2)21c c 一定等于行列式A 的值.例9 继续例8,求第一个特征根91-=c 的特征向量: 解:将9-=c 代入(12.6),033330)9(633)9(62121=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡------v v v v (12.7)由于系数矩阵为线性相关的,则(12.7)有无穷多个解,矩阵与向量相乘得到两个完全相同的方程,03321=+v v以1v 求解2v 得12v v = (12. 8)再标准化(12.8)的解,使得12221=+v v (12.9)将12v v -=代入(12.9),得到1)(2121=-+v v所以,1221=v ,2121=v . 取正平方根,5.0211==v ,由(12.8),12v v -=.因此5.02-=v ,则第一个特征向量为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=5.05.01V求第二个特征根32-=c 的特征向量: 将32-=c 代入(12.6),03333)3(633)3(62121=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡------v v v v乘积为03321=+-v v03321=-v v所以,21v v =.标准化12221=+v v 1)(2222=+v v 1222=v5.02=v 5.01=v所以 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=5.05.02v一、联立微分方程的矩阵解(I) (重点!10、11硕,讲)设有一个由n 个一阶自控线性微分方程所组成的方程组,其中任何一个导数都不是其他导数的函数.并且为了便于简化记号,这里我们限定2=n .“自控”,就是指所有的ij a 和i b 都是常数。
x ⎰ x ( x ( x .==================================附录:宏观经济学分析方法:变分法、极值路径与动态最优化(08、09、10、11 硕已讲,精细订正版)一、动态最优化在静态最优化问题中,我们寻找在一个特定的时间点或区间上,使一个给定的函数最大化和最小化的一个点或一些点:给定一个函数y = y (x ) ,最优点 x * 的一阶条件是 y '(x *) = 0 .在动态最优化问题中,我们要寻找使一个给定的积分最大化或最小化的曲线 x * (t ) .这个最大化的积分定义为独立变量 t 、函数 x (t ) 及它的导数 dx / dt 的函数 F 下的面积。
简言之,假设时间区域从 t 0 = 0 到 t 1 = T ,且用 &表示 dx / dt ,我们寻找最大化或最小化TF [t , x (t ), &t )]dt (20.1)这里假定 F 对 t 、 x (t ) 、 &t ) 是连续的,且具有对 x 和 &的连续偏导数.将形如(20.1),对每一个函数 x (t ) 对应着一个数值的积分称为“泛函”.一个使泛函达到最大或最小值的曲线称为“极值曲线”Max ⎰π [t , p (t ), p &(t )]dtp min ⎰ C [t , x (t ), x &(t )]dtx x极值可接受的“候选”极值曲线是在定义域上连续可微,且特别地满足一些固定端点条件的函数类 x (t ) .(讲!)例 1一家公司当希望获得从时间 t = 0 到 t = T 的最大利润时发现,产品的需求不仅依赖于产品的价格 p ,而且也依赖于价格关于时间的变化率如 dp / dt 。
假设成本是固定的,并且每个 p 和 dp / dt 是时间的函数,&代表 dp / dt ,公司的目标可以作如下数学表示T 0另一家公司发现它的总成本依赖于生产水平 x (t ) 和生产的变化率dx / dt = &.假设这个公司希望最小化成本,且 x 和 &是时间 t 的函数,公司的目标可以写成t 1 t 0满足x (t 0 ) = x 0 ,且x (t 1) = x 1这些初始和终值约束称为端点条件.max B ⎰ e -β t⎧ ∞ [c (t )]1-ϑ⎪ c 1-ϑ ⎪⎩⎰ x ( d ⎛ ∂F ⎫dt ⎝ ∂x &⎭例 2 Ramsey 经济:消费最优化问题从家庭终生效用函数的集约形式U = U (c ) 出发,在消费预算约束的集约形式下求解家庭终生效用最大化问题,就是所谓“Ramsey 问题”—找出一条消费路径 c (t ) ,使家庭终生效用函数U = U (c ) 最大化:dt 0 ⎨ ⎪ ∞ ⎪ k 0 + ⎰0 (ω(t ) - c (t ))e(n +g )t -R (t )dt = 0二、欧拉方程:动态最优化的必要条件(三种形式)定理(泛函极值曲线即最优化)的必要条件):对于一个泛函t 1t 0F [t , x (t ), &t )]dt连接点 (t 0 , x 0 ) 和 (t 1, x 1) 的曲线 x * = x * (t ) 是一个极值曲线(即最优化)的必要条件是∂F ∂x = ⎪(20.2a)称之为欧拉方程.尽管该定理等价于静态最优化的一阶必要条件,但是由式中稍微不同的记号可以容易了解,欧拉方程实际上是一个二阶微分方程.x )x x xxt xx x )xx x )x 用下标表示偏导数,并列出其自变“量”,它们本身也可能是函数.(20.2a)的欧拉方程表示为F x (t , x , & = d dt[F &(t , x , &)] (20.2b)然后,用链式法则求 F &关于 t 的导数,并且省略自变“量”,得F x = F & + F & ( & + F &&(& (20.2c)这里, &= d 2 x / dt 2下面给出欧拉方程是极值曲线的必要条件的证明。
经济学中的宏观经济学分析方法宏观经济学是研究国家整体经济运行规律及其影响因素的学科,其分析方法旨在解读和预测经济增长、通货膨胀、国际贸易、就业状况以及其他宏观经济指标。
本文将介绍宏观经济学中常用的一些分析方法,包括经济周期分析、总量分析、比较静态分析和动态分析等。
一、经济周期分析经济周期是指经济活动的波动性,它经历着扩张期、峰值期、衰退期和底部期。
经济周期分析旨在研究和预测这些周期性波动,了解经济何时进入或退出不同阶段。
在经济周期分析中,常用的方法包括趋势分析、周期分析和季节性分析。
趋势分析用来识别长期的增长或下降趋势,周期分析则关注经济活动在短期内的波动性,而季节性分析则用来检测经济活动在每年的不同季节是否存在规律性波动。
二、总量分析总量分析是对经济整体进行分析的方法,关注国家经济的总体规模和总体性质,以宏观经济指标为主要研究对象。
该方法通过分析国民生产总值(GDP)、总人口、就业率、失业率、通货膨胀率等指标来评估国家经济的状况和发展趋势。
总量分析的目的是了解和预测国家经济的总体运行状况,为制定宏观经济政策提供依据。
三、比较静态分析比较静态分析是通过对不同时间点或不同国家的经济指标进行比较,以揭示宏观经济学中的问题和现象。
比较静态分析用来比较不同国家、地区或时间点之间的经济差异,例如比较不同国家的经济增长率、通货膨胀率、失业率等指标,以了解不同经济体之间的差异和相似性。
通过比较静态分析,我们可以了解不同经济体之间的相对优势和劣势,为国际贸易和合作提供参考依据。
四、动态分析动态分析是研究经济变量之间的关联性和变化趋势的方法。
这种分析方法通过考察经济变量之间的时间序列数据,例如GDP增长率、通货膨胀率变化等,来分析宏观经济学中的问题。
动态分析旨在揭示经济变量之间的长期关系和短期波动性,并对未来的发展趋势进行预测。
该方法常用的工具包括VAR模型、协整分析和动态方程等。
总结:宏观经济学分析方法是经济学家用来研究宏观经济现象和问题的重要工具。
宏观经济政策的动态优化模型研究随着市场经济的逐渐发展和国际化程度的提高,宏观经济政策的重要性越来越受到关注。
为了适应不断变化的经济形势,各国政府需要有效的宏观经济政策,以维持经济的稳定和发展。
本文将重点探讨宏观经济政策的动态优化模型,其中包括理论模型的构建、模型的解释和实证分析。
一、理论模型的构建宏观经济政策动态优化模型主要是建立在现代宏观经济学的基础之上的。
其核心思想是政府在制定宏观经济政策时应该考虑到经济的长期动态变化和风险,而不仅仅是眼前的利益。
因此,该模型需要考虑到一系列的因素,例如经济增长、通货膨胀、失业率等等。
在现代宏观经济学中,货币政策和财政政策被认为是最为基础的宏观经济政策。
货币政策主要通过控制货币供应量和利率来调节经济活动,而财政政策则主要通过政府的支出和税收来促进或抑制经济活动。
因此,在宏观经济政策的动态优化模型中,货币政策和财政政策也是需要被重点关注和研究的。
二、模型的解释在建立了宏观经济政策动态优化模型之后,我们可以对模型进行解释和分析。
例如,在通货膨胀率持续上升的情况下,若政府采取紧缩的货币政策,可能会导致加剧经济中的短期不确定性。
但是,如果政府采取过度宽松的货币政策,可能会导致通货膨胀率持续上升,进而加剧经济的长期不确定性。
因此,政府需要权衡短期和长期效应来制定最优的货币政策。
同样的,在制定财政政策时,政府也需要综合考虑多种不同因素。
例如,政府的支出可以促进经济增长,但是过度扩张的财政政策可能会导致通货膨胀。
因此,政府需要制定一种最优的财政政策,来实现长期的经济稳定和发展。
三、实证分析在对宏观经济政策动态优化模型进行解释和分析之后,我们还需要进行实证分析。
通过对不同政策的实证分析,我们可以确定最优的宏观经济政策。
在现代经济学中,经济学家们已经提出了多种不同的实证方法,例如计量经济学、实验经济学等等。
总之,在宏观经济政策的动态优化模型中,政府需要综合考虑多种不同因素来制定最优的政策。
宏观经济学的量化分析方法和模型宏观经济学作为经济学的一个重要分支,研究整体经济现象,包括经济增长、通货膨胀、失业以及相关的政府政策等。
为了更好地理解和分析宏观经济现象,研究者们发展了多种量化分析方法和模型。
本文将介绍宏观经济学的几种主要量化分析方法和模型,并探讨它们的应用和局限性。
一、传统1.1 动态随机一般均衡模型(DSGE)动态随机一般均衡模型是一种利用微观基础建模方法来研究宏观经济问题的模型。
它将经济系统理解为一个相互作用的代理人个体组成的总体,通过个体行为和市场机制的相互作用来解释宏观经济现象。
DSGE模型的优势在于能够提供微观经济基础,并允许对多种政策冲击和市场扰动进行模拟和分析。
1.2 新凯恩斯主义模型新凯恩斯主义模型是对凯恩斯主义宏观经济学的进一步发展和完善。
该模型强调价格和工资的粘性,认为这是决定经济波动和失业的关键因素。
新凯恩斯主义模型的核心是市场失灵的分析,通过分析市场失灵的原因和机制,进而提出相应的政策建议。
1.3 大规模计量经济模型大规模计量经济模型是基于历史数据和经验规律构建的模型,通过运用数学和统计方法来定量分析宏观经济变量之间的关系。
这种模型通常包括了大量的经济变量和参数,能够对多个经济问题进行综合性的分析和预测。
然而,该模型的应用需要大量的数据和计算能力,并且对数据的准确性和完整性要求较高。
二、新兴2.1 结构向量自回归模型(SVAR)结构向量自回归模型是一种基于时间序列数据的经济模型,通过考察变量之间的自回归关系,推断出它们之间的因果关系和冲击传递机制。
该模型能够解释经济变量之间的动态关系,帮助分析经济政策的效果和经济冲击的传导途径。
2.2 反事实分析方法(Counterfactual Analysis)反事实分析方法是一种定量研究方法,用于评估不同政策措施对经济变量的影响。
通过构建合理的对照组和对照实验,可以预测在不同政策选择下的经济结果。
这种方法能够帮助政策制定者做出更科学的决策,并评估政策调整的潜在效果。
经济学中的欧拉方程欧拉方程是经济学中的重要概念之一,它在经济学中有着广泛的应用。
欧拉方程是指在一定条件下,人们在消费和储蓄之间做出决策时所满足的最优条件。
通过解决欧拉方程,经济学家可以得出一些重要的结论,从而对经济现象进行分析和预测。
欧拉方程的核心思想是权衡消费和储蓄之间的关系。
在一个经济体中,个体或家庭面临着有限的资源和无限的欲望,因此需要在消费和储蓄之间做出选择。
欧拉方程的出发点是个体的效用最大化,即在有限的资源下,追求个体效用的最大化。
这一观点与其他学派的观点不同,例如凯恩斯主义经济学更关注总需求的调控,供给学派则更关注生产和投资。
欧拉方程的一般形式可以表示为:u'(c) = β * u'(c') * (1+r),其中u'(c)表示消费对效用的边际效应,c表示当前期的消费,c'表示下一期的消费,β表示时间偏好系数,r表示利率。
这个方程的含义是,个体在当前期的消费对效用的边际效应等于下一期消费对效用的边际效应乘以时间偏好系数和利率的乘积。
解决欧拉方程的过程是经济学家分析个体消费和储蓄决策的关键。
通过求解欧拉方程,可以得出一些重要的结论。
首先,欧拉方程告诉我们,个体在进行消费和储蓄决策时需要权衡当前和未来的效用。
如果个体的时间偏好系数β较小,即更加偏好当前的消费,那么个体倾向于更多地消费,而较少储蓄。
相反,如果个体的时间偏好系数β较大,即更加偏好未来的消费,那么个体倾向于较少消费,而更多地储蓄。
欧拉方程还告诉我们,利率对个体消费和储蓄决策有着重要的影响。
如果利率较低,个体可以通过借贷来实现更多的消费,因为借贷成本较低。
相反,如果利率较高,个体则会倾向于更多地储蓄,以获取更高的利息收入。
欧拉方程还可以用来解释一些宏观经济现象。
例如,在经济下行期,央行通常会采取降低利率的政策来刺激消费和投资,从而促进经济复苏。
这是因为降低利率会降低个体的消费和储蓄决策中的消费部分,从而增加总需求。
宏观经济学的研究方法宏观经济学是研究整个经济系统运行的总体规律和趋势的学科。
它的研究对象是国民经济和国际经济,关注的是宏观经济变量的总量和关系,如GDP,通货膨胀率,失业率等。
为了分析和预测这些变量,宏观经济学采用了多种研究方法,以下是其中一些主要的方法。
1.宏观经济模型宏观经济模型是宏观经济学研究的基础工具,通过对经济系统的各种定量关系进行建模,来分析和预测经济变量。
宏观经济模型通常采用数学或计算机模拟的方法,把经济系统看作一个整体,分析各种内部和外部决策对经济的影响。
宏观经济模型可以是因果关系模型,也可以是协整模型或时间序列模型。
2.经济数据分析经济数据是宏观经济学的重要来源,它可以用来分析和观察经济变量的发展趋势和关系。
经济数据包括宏观经济数据(如GDP,通货膨胀率,失业率等)和微观经济数据(如企业的财务数据,消费者的支出数据等)。
经济数据分析可以用来确定经济变量的起伏周期、结构特征和与其他变量的相关性。
3.宏观经济实验宏观经济实验是指在实验室环境下对宏观经济模型进行实验,并进行相关数据的收集和分析。
它主要用来验证和检验经济理论和模型,以及研究经济主体的行为和决策。
宏观经济实验可以通过形式化的实验方法进行,也可以通过观察自然实验来进行。
4.案例研究宏观经济学的案例研究主要是通过对历史经济事件的分析,来探索经济现象的本质和影响。
案例研究一般采用定性分析的方法,通过对因果关系的探讨和背景资料的搜集来推断结果。
案例研究可以包括政策分析、企业研究、市场分析等,它能够为经济理论的建立提供参考和实证数据支持。
总之,宏观经济学的研究方法是多种多样的,每种方法都有其特点和优势。
研究者通常会根据研究目的的不同,结合实际情况,综合运用各种方法来进行经济分析和研究。
河南省考研经济学复习资料宏观经济模型理论解析宏观经济学模型是经济学研究的基本工具之一,通过构建经济系统的理论框架,揭示经济变量之间的关系,用以解释和预测宏观经济运行的规律。
本文将对河南省考研经济学复习资料中关于宏观经济模型的理论进行解析。
1. 新古典综合模型新古典综合模型是宏观经济学中最基本、最常用的模型之一。
它假设个体的行为是理性的,市场达到充分竞争,并将个体行为和市场行为放在统一的框架下进行分析。
该模型包括三个主要部分:家庭部门、企业部门和政府部门。
家庭部门决定储蓄和消费,企业部门决定投资和生产,政府部门则通过税收和支出来实现宏观经济的调控。
2. 开放经济模型开放经济模型是在新古典综合模型的基础上,考虑了国际贸易和资本流动对经济的影响。
该模型包括国内市场、国际市场和国际经济联系三个部分。
在开放经济模型中,不仅家庭、企业和政府可以进行交易,还可以进行跨国贸易和资本流动。
这使得国内经济与国际经济紧密联系,相互影响。
3. 全要素生产函数模型全要素生产函数模型是宏观经济学中研究经济增长的重要工具之一。
它通过考察输出与各种投入之间的关系,分析各种要素对经济增长的贡献。
全要素生产函数模型假设技术进步是可行的,并且投入要素之间的替代关系一定,即可以通过改变投入要素的比例来提高生产效率。
通过分析影响经济增长的各种要素,可以找到促进经济增长的有效途径。
4. 新凯恩斯经济模型新凯恩斯经济模型是对传统凯恩斯经济模型的扩展和完善。
它通过引入粘性工资和价格以及预期形成机制,更好地解释了宏观经济波动的产生和调节机制。
新凯恩斯经济模型着重强调需求决定总产出和物价水平,通过政府干预来实现对经济的调控。
它认为市场经济中存在信息不对称和不完全竞争的情况,需要政府通过货币政策和财政政策进行干预,以实现稳定的经济增长。
5. 动态随机一般均衡模型动态随机一般均衡模型是在理性预期框架下对宏观经济进行综合分析的一种方法。
它考虑了个体的时间偏好、消费和储蓄决策、企业的投资决策以及市场交易的过程。
宏观经济基础模型1. 引言宏观经济学研究的是整个经济体系的运行和发展。
为了理解和解释宏观经济现象,经济学家们构建了各种宏观经济基础模型。
这些模型是从不同的角度和假设出发,试图对宏观经济体系进行抽象和概括。
本文将介绍宏观经济学中的一些基础模型,包括凯恩斯总需求总供给模型、货币数量论模型和扩张性货币政策模型等。
这些模型为我们理解宏观经济现象提供了一个框架和工具。
2. 凯恩斯总需求总供给模型凯恩斯总需求总供给模型是宏观经济学中最为经典的模型之一。
该模型以凯恩斯的经济学思想为基础,将经济体系分为三个市场:商品市场、货币市场和劳动力市场。
在这个模型中,总需求由消费支出、投资支出、政府支出和净出口组成。
总供给则由劳动力供给和生产要素供给决定。
通过对总需求和总供给之间的平衡关系进行研究,我们可以分析经济增长、通货膨胀和就业等宏观经济现象。
3. 货币数量论模型货币数量论模型是一种基于货币供给和货币需求之间关系的模型。
它认为货币供给的增加会引起通货膨胀,而货币需求的减少会导致通货紧缩。
在这个模型中,货币供给受制于中央银行的政策,而货币需求取决于人们对货币持有的意愿和货币的购买力。
通过控制货币供给和货币需求之间的平衡,我们可以实现稳定的通货膨胀率和经济增长。
4. 扩张性货币政策模型扩张性货币政策模型是一种宏观经济政策分析工具,旨在研究中央银行通过货币政策来影响经济运行的方式和效果。
在这个模型中,中央银行通过调整货币供给量和利率来影响总需求和总供给。
扩张性货币政策旨在刺激经济增长,适度增加货币供给以促进消费和投资。
通过对货币政策的分析,我们可以预测经济增长和通货膨胀的趋势。
5. 结论宏观经济基础模型是理解和解释宏观经济现象的重要工具。
凯恩斯总需求总供给模型、货币数量论模型和扩张性货币政策模型等模型,为我们提供了不同的视角和分析框架。
通过对这些模型的深入研究和应用,我们可以更好地理解经济体系的运行规律,为宏观经济政策的制定提供理论支持。
宏观经济学研究方法宏观经济学是研究整体经济的学科,其研究对象包括国家、地区乃至全球范围内的整体经济表现和运行机制。
宏观经济学的研究方法包括实证方法、理论方法和计量经济学方法等。
下面将就这些方法进行详细说明。
一、实证方法实证方法是宏观经济学研究中最常用的方法之一,它主要通过对历史数据和实际现象进行观察和分析,以得出经济学规律和结论。
实证方法主要包括描述性统计、时间序列分析、人工实验、自然实验等。
1. 描述性统计是通过对大量数据进行收集和整理,从而得到对经济现象进行描述性分析的方法。
通过揭示数据的分布、趋势、相关性等情况,来研究经济现象的特征和规律。
2. 时间序列分析是通过对经济数据随时间的变化进行观察和研究,从中寻找规律和结构的方法。
例如,通过对国民经济指标随时间的变化进行分析,可以找到经济周期的规律和特征。
3. 人工实验是基于对经济现象和经济政策进行人为干预和控制,观察和分析结果的方法。
通过人为地改变某些因素,并对结果进行比较分析,从而研究经济现象的影响机制和效果。
4. 自然实验是利用自然环境或经济政策的自然变化作为实验条件,从而观察和研究经济现象和政策对经济的影响。
例如,通过观察不同地区的经济政策变化对经济增长的影响,来研究经济政策的效果。
二、理论方法理论方法是通过建立经济学理论模型,通过逻辑推理和数学分析,来研究经济现象和经济规律的方法。
理论方法的主要特点是它可以通过假设和推理来构建一个封闭的经济系统,从而研究不同经济因素之间的相互作用。
1. 宏观经济学的理论方法主要有凯恩斯主义、新凯恩斯主义、新古典主义等。
这些理论模型通常包括收入、产出、就业、通货膨胀等主要经济变量,以及货币政策、财政政策等经济政策因素。
2. 理论方法的优点是可以通过建立理论模型,从宏观经济关系的基础上进行经济政策制定和政策效果预测。
然而,理论方法也存在缺点,它往往基于一些假设和简化,与现实经济情况存在一定的差距。
三、计量经济学方法计量经济学方法是宏观经济学研究中应用最广泛的方法之一,它主要通过使用数理统计方法和经济计量模型,对经济数据进行分析和预测。
动态经济模型与宏观经济政策的优化分析在如今快速发展的全球化经济环境中,经济模型和宏观经济政策的优化分析变得尤为重要。
动态经济模型是一种描述经济系统随时间变化的数学模型,它能够帮助我们理解经济现象的演化规律和未来走势。
而宏观经济政策的优化分析则是指根据经济模型的分析结果,在不同的经济政策选择中找到最佳的政策方案,以实现经济稳定和增长的目标。
首先,我们来看一下动态经济模型的作用和应用。
动态经济模型可以通过对经济体系中各个关键变量之间的相互关系进行建模,进而预测未来的经济状况。
例如,通过构建一个考虑产出、就业、通货膨胀等因素的宏观经济模型,经济学家可以预测未来的经济增长速度、通货膨胀率和就业水平。
这些预测结果有助于政府和企业做出决策,制定相应的政策和战略。
此外,动态经济模型还能用于评估不同政策措施的影响,帮助决策者了解政策变化对经济的影响,从而指导相关政策的调整和优化。
然而,动态经济模型并不是完全准确的,它在实际应用中存在一定的局限性。
首先,模型的建立基于一系列假设,而这些假设未必与现实完全吻合。
例如,模型可能会假定人们的行为是理性且均衡的,但实际上人们可能受到情绪和认知等因素的影响。
其次,模型所使用的数据可能存在不确定性和误差。
经济系统的复杂性和变动性使得模型的预测也存在一定的不确定性。
因此,在使用动态经济模型进行分析时,我们需要谨慎对待模型结果,充分考虑其中的不确定性,并结合实际情况进行综合判断。
接下来,我们来谈一谈宏观经济政策的优化分析。
宏观经济政策是指政府通过调整财政、货币和外汇等政策手段来影响整体经济运行的政策。
优化分析的目标是找到最佳的政策组合,以实现经济稳定和增长的目标。
动态经济模型可以作为辅助工具,帮助决策者评估不同政策方案的效果,并选择最优策略。
在宏观经济政策的优化分析中,一个关键的问题是经济的稳定性与增长之间的权衡。
经济的稳定性是指经济波动较小,通货膨胀和失业率较低的状态;而经济的增长则是指国民经济总量的增加和生活水平的提高。
宏观经济数学建模问题分析宏观经济数学建模是经济学理论与数学方法相结合的研究领域,旨在通过建立数学模型来解决宏观经济问题。
本文将针对宏观经济数学建模中常见的问题进行分析,并依据数学方法提供解决方案。
一、经济周期模型经济周期是宏观经济中普遍存在的周期性波动。
经济周期模型旨在揭示经济波动的原因及其动力学性质。
其中,最经典的是RBC(Real Business Cycle)模型,该模型通过建立一个动态的一般均衡模型来解释经济波动。
RBC模型的基本假设是经济系统中的所有波动都归因于外部冲击,例如技术进步、政策变化等。
这些冲击将影响经济中的各个部门,进而引起整个经济系统的波动。
RBC模型的主要优点是可以定量考察不同外部冲击对经济波动的影响,并通过数学方法进行精确测量。
二、消费-储蓄模型消费-储蓄模型是用来研究个体或家庭如何在收入与消费之间进行选择的模型。
其中,最典型的是借助经济学家关于消费、收入和储蓄之间的一些基本规律建立的经济学模型。
在消费-储蓄模型中,人们通常假设个体或家庭在选择消费和储蓄时追求效用最大化。
为了解决这个问题,经济学家可以使用最优化方法,如拉格朗日乘子法或动态规划等数学工具来求解。
通过这些方法,可以得出个体或家庭的最优消费与储蓄决策,以及在不同条件下的最优消费与储蓄水平。
三、投资模型投资是经济中重要的决策行为,不仅关系到个体或企业的利益,也影响到整个经济系统的发展。
因此,建立有效的投资模型对于研究经济增长和优化资源配置具有重要意义。
投资模型可以基于不同的变量和假设,例如资本存量、技术进步率、人力资本等。
其中,最常用的是斯托拉格投资模型,该模型描述了企业在考虑资本存量和资本边际产出率等因素下如何进行投资决策。
解决投资模型问题的方法主要包括静态优化和动态规划等。
静态优化方法可以通过对某个时点上的投资决策变量进行最大化或最小化,来确定最优投资策略。
动态规划方法则将投资决策问题转化为一个序列决策问题,通过递归思路求解。
宏观经济学模型总结宏观经济学模型是用来描述和分析整个经济系统运行的工具,通过对各种经济变量之间的关系进行建模,来解释和预测经济现象。
在宏观经济学中,常用的模型有凯恩斯主义模型、新古典主义模型和新凯恩斯主义模型等。
以下是对这些模型的详细总结:1.凯恩斯主义模型:凯恩斯主义模型是基于英国经济学家凯恩斯的思想和理论建立的。
该模型认为,总需求对于经济增长和就业起着关键作用。
凯恩斯主义模型的核心概念是“有效需求”,即总支出等于总产出。
该模型着重分析储蓄、投资、消费、国内生产总值(GDP)、失业率等因素之间的相互作用。
凯恩斯主义模型的政策推导是通过调整财政政策和货币政策来影响总需求,以实现经济稳定和最大化就业。
2.新古典主义模型:新古典主义模型是基于古典经济学和新古典经济学的理论建立的。
该模型认为,市场机制能够自动调节并实现资源的有效配置。
新古典主义模型的核心概念是供求关系,即市场上的商品和劳动力的供应和需求决定价格。
该模型着重分析劳动力供给、资本投资、产出和价格等因素之间的相互作用。
新古典主义模型的政策推导是通过减少政府干预、降低税收和扩大市场开放等来促进经济增长和提高福利。
3.新凯恩斯主义模型:新凯恩斯主义模型是对凯恩斯主义模型的改进和扩展。
该模型认为,相对于完全竞争市场,市场上存在摩擦和不完全信息,因此市场机制可能无法实现充分就业和资源有效配置。
新凯恩斯主义模型的核心概念是价格粘性和不完全竞争。
该模型着重分析工资和价格粘性、货币政策传导机制以及短期经济波动等因素之间的相互作用。
新凯恩斯主义模型的政策推导是通过货币政策和财政政策来调整总需求,以实现经济稳定和最大化就业。
总的来说,凯恩斯主义模型注重总需求对经济运行的影响,新古典主义模型强调市场机制的作用,而新凯恩斯主义模型则将价格粘性和不完全竞争考虑进去。
这些模型在不同的经济环境和政策目标下具有不同的应用价值。
==================================附录:宏观经济学分析方法:变分法、极值路径与动态最优化(08、09、10、11硕已讲,精细订正版)一、动态最优化在静态最优化问题中,我们寻找在一个特定的时间点或区间上,使一个给定的函数最大化和最小化的一个点或一些点:给定一个函数)(x y y =,最优点*x 的一阶条件是0)(='*x y .在动态最优化问题中,我们要寻找使一个给定的积分最大化或最小化的曲线)(t x *.这个最大化的积分定义为独立变量t 、函数)(t x 及它的导数dt dx /的函数F 下的面积。
简言之,假设时间区域从00=t 到T t =1,且用x表示dt dx /,我们寻找最大化或最小化⎰Tdt t xt x t F 0)](),(,[ (20.1) 这里假定F 对t 、)(t x 、)(t x 是连续的,且具有对x 和x 的连续偏导数.将形如(20.1),对每一个函数)(t x 对应着一个数值的积分称为“泛函”.一个使泛函达到最大或最小值的曲线称为“极值曲线”.极值可接受的“候选”极值曲线是在定义域上连续可微,且特别地满足一些固定端点条件的函数类)(t x .(讲!)例1 一家公司当希望获得从时间0=t 到T t =的最大利润时发现,产品的需求不仅依赖于产品的价格p ,而且也依赖于价格关于时间的变化率如dt dp /。
假设成本是固定的,并且每个p 和dt dp /是时间的函数,p代表dt dp /,公司的目标可以作如下数学表示 ⎰Tdt t p t p t Max 0)](),(,[ π另一家公司发现它的总成本依赖于生产水平)(t x 和生产的变化率xdt dx =/.假设这个公司希望最小化成本,且x 和x 是时间t 的函数,公司的目标可以写成⎰10)](),(,[min t t dt t x t x t C 满足1100)(,)(x t x x t x ==且这些初始和终值约束称为端点条件.例2 Ramsey 经济:消费最优化问题从家庭终生效用函数的集约形式)(c U U =出发,在消费预算约束的集约形式下求解家庭终生效用最大化问题,就是所谓“Ramsey 问题”—找出一条消费路径)(t c ,使家庭终生效用函数)(c U U =最大化:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-⎰⎰∞-+-∞-0))()((1)]([max 0)()(010dt e t c t k dt t c e B t R t g n t c ωϑϑβ二、欧拉方程:动态最优化的必要条件(三种形式)定理(泛函极值曲线即最优化)的必要条件):对于一个泛函⎰10)](),(,[t t dt t xt x t F 连接点),(00x t 和),(11x t 的曲线)(t x x **=是一个极值曲线(即最优化)的必要条件是⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∂∂xF dt d x F (20.2a) 称之为欧拉方程.尽管该定理等价于静态最优化的一阶必要条件,但是由式中稍微不同的记号可以容易了解,欧拉方程实际上是一个二阶微分方程.用下标表示偏导数,并列出其自变“量”,它们本身也可能是函数.(20.2a)的欧拉方程表示为 )],,([),,(x x t F dtd x x t F x x = (20.2b)然后,用链式法则求x F 关于t 的导数,并且省略自变“量”,得)()(x F x F F F x x x x t x x++= (20.2c) 这里,22/dt x d x=下面给出欧拉方程是极值曲线的必要条件的证明。
图20-2证明:(重点!09、10、11硕,已讲)设)(t x x **=是图20-2中连接点),(00x t 和),(11x t 的曲线,并且它使下面泛函取得最大值⎰10)](),(,[t t dt t xt x t F (20.3) 即)(t x x **=为极值曲线,欧拉方程(20.2a)是)(t x x **=为极值曲线的一个必要条件.取)()(ˆt mh t x X +=*是)(t x x **=的相邻曲线,这里m 是任意常数,)(t h 是一个任意函数.为了使曲线Xˆ也通过点),(00x t 和),(11x t ,则X ˆ也满足端点条件:0)(0)(10==t h t h (20.4)一旦取定)(t x *和)(t h 之后,因)(t x *和)(t h 固定,则积分值⎰10)](),(,[t t dt t xt x t F 仅为m 的函数,不妨改写成 ⎰++=**10)]()(,)()(,[)(t t dt t h m t xt mh t x t F m g (20.5)由于)(t x *使(20.3)中的泛函⎰10)](),(,[t t dt t x t x t F 实现最优化,所以(20.5)中的函数)(m g 仅当0=m 时(因为0=m 时的⎰++=**10)]()(,)()(,[)(t t dt t h m t x t mh t x t F m g 才能还原为⎰10)](),(,[t t dt t x t x t F )实现最优化,即有00==m dm dg(20.6)对(20.5)即⎰++=**10)]()(,)()(,[)(t t dt t h m t x t mh t x t F m g 用链式法则求m F ∂∂/.由于F 是x 和x的函数,依次又是m 的函数,代入(20.7)得 dt m h m x x F m mh x x F dm dg t t ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂+∂⋅∂∂+∂+∂⋅∂∂=**10)()(由于h m mh x =∂+∂*)(且h m h m x =∂+∂*)(,用条件(20.6)即00==m dmdg ,有0)()(100=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂=⎰=dt t h x F t h x F dm dg t t m (20.8)方括号中的第一项不动,第二项的积分用分部积分,(注: 分部积分公式即)(),(t v v t u u udvvu vdu b t a t b t a t b a ==-=⎰⎰====令)(,t h u x F F v x =∂∂== 所以,dt xF dt d dt dt dF dt dt dv dv x ⋅∂∂=⋅=⋅=)( dt t h dt dtdu du ⋅=⋅=)( )⎰⎰=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂==1010100)()()(0t t tt t t m dt t h x F dt d t h x F dt t h x F dm dg由(20.4)知,0)()(10==t h t h ,从而0)()(10==t h t h ,于是上式中第二项去掉,合并其余两项,有⎰=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂==100)(0t t m dt t h x F dt d x F dm dg(20.9) 由于)(t h 是不必为零的任意函数,因此推出,对于极值曲线的必要条件为方括号中式子为零,即0=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂x F dt d x F 或 ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∂∂xF dt d x F这就是欧拉方程.定理证毕。
三、求候选极值曲线在动态最优化问题中,求满足固定端点条件的、使一个给定积分最大化或最小化的候选极值曲线,由如下五步来完成:1、设被积函数为F ,即),,(xx t F F =. 2、求F 对x 和x 的偏导数,记x x F x F F x F =∂∂=∂∂/,/.3、代入欧拉方程(20.2a)或(20.2b).4、求x F 关于t 的导数.由于x F 是t ,x x 和的函数,且xx 和又是t 的函数,因此,需要用链式法则.5、如果没有导数项(x x 和),立即解出x ;如果有xx 和项,直到作出所有导数的积分,然后求出x 。
在例3,例4中,给出了这个方法的例子.例3 设⎰+Tt dt x t e x 032)46( ,试用(20. 4)中所列程序及(20.2a)的记号,最优化这个泛函如下:1、设 xt e x F t 4632+= 2、则 t xF xe x F t 4,123=∂∂=∂∂ 3、代入欧拉方程(20.2a),有)4(123t dt d xe t =4、但4/)4(=dt t d ,代入上式,4123=t xe5、由于没有x 和x项,所以可直接求出x ,将这个解表成)(t x , t e t x 331)(-= 这个解满足动态最优化的必要条件,只能说明它是一个候选极值曲线.所以有必要使用充分条件检验。
见下一节.例4 泛函⎰-+202)5124(dt t xt x满足4)2(1)0(==x x求上述泛函的候选极值曲线,现在用(20.2b)的记号.1、设 t xt xF 51242-+= 2、则 xF t F x x 812==且 3、代入欧拉方程(20.2b),x dtd t 812= 4、记dtdx x = ,且x dt x d dt dx dt d ==⎪⎭⎫ ⎝⎛22,xt 812= 5、由于有x,对这个方程两边进行两次积分,积分的每一步仅有一个常数.xc t dt x tdt 8681212=+=⎰⎰再积分,xc t c t dt xdt c t 828)6(21312=++=+⎰⎰解出x ,8841)(212c t c t t x ++= 代入边值条件, 88)0(22==c c x 441)2(81)2(41)2(112==++=c c x 代入式中,得解:12141)(3++=t t t x四、变分法的充分条件假设对于极值曲线,必要条件是满足的.1、如果泛函)](),(,[t xt x t F 在x t x ),(是联合凹的,则对于最大值情况,必要条件是充分的。
2、如果泛函)](),(,[t xt x t F 在x t x ),(是联合凸的,则对于最小值情况,必要条件是充分的.联合凹性和联合凸性,由泛函的二阶导数的二次型的符号很容易确定.给定判别式:x x x x x x xxF F F F D= 1、(a)如果,01<=xx F D ,且02>=D D ,D 是负定的,F 是严格凹的,得到一个全局最大的极值曲线.(b)如果,01≤=xx F D ,且02≥=D D ,检验变量所有可能的次序,D 是半负定的,F 是简单凹的,则得到局部最大的极值曲线.2、(a)如果01>=xx F D ,且02>=D D ,D 是正定的,F 是严格凸的,从而得到一个全局最小的极值曲线.(b)如果01≥=xx F D ,且02≥=D D ,检验变量所有可能的次序,D 是半正定的,F 是简单凸的,则得到局部最小的极值曲线.例5 下面是例3的充分条件的例子,这里泛函是xt e x F t 4632+=,t x xe F 312=,t F x 4=012000121231131=>===D e D e F F F F D t t x x x x x x xx1D 不符合对于全局最优的正定准则,但可以证明,如果这个判别式对于变量的倒序也是半正定时,则对于局部最小,它是半正定的.012000222132====D D e F F F F D txx x x x x x x对每个变量的两种可能的顺序,D D D ,0,021≥≥是半正定的,泛函达到局部最小的,是充分条件.用完全的相似的方式,可检验出例4的充分条件.五、泛函约束的动态优化(已讲)求一个极值曲线使最大或最小化一个给定积分⎰Tdt x t x t F 0]),(,[ (20.10) 满足积分约束k dt x t x t G T=⎰0]),(,[ (20.11) 这里,k 是一个常数,利用拉格朗日乘子方法,将约束(20.11)乘以λ,然后与目标函数相加,形成拉格朗日函数:⎰+T dt G F 0)(λ (20.12)对于动态最优化,下面欧拉方程是有极值曲线的必要条件,而非充分条件G F H x H dt d x H λ+=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∂∂这里 (20.13)例6 泛函约束优化通常用于确定一条曲线,使之满足给定的周长且所围的面积最大.这样的问题称为等周问题,且通常将泛函记为)(t y ,而不是)(t x .调整这个记号,求包含最大区域A 的给定长度k 的曲线Y ,这里⎰-=dx y y x A )(21 曲线的长度是k dx yx x =+⎰1021 像20.6节解释的,建立拉格朗日函数 dx y y y x x x ⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-1021)(21 λ (20.14)设H 等于(20.14)的被积函数,则欧拉方程是⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∂∂y H dx d y H从(20.14),212121yy x y H y H ++=∂∂-=∂∂λ且 代入欧拉方程, ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=-222111212112121y y dx d y y dx d y y x dx d λλλ 两边直接积分,然后整理,)(112c x y y--=+ λ方程的两边平方,解出y, 21221212212212212222122)()()()()()()1()(c x c x y c x c x y c x y c x yy c x y---±=---=-=--+-=λλλλ两边积分得2122)(c x c y--±=-λ 两边平方,然后整理,可以表示成一个圆22221)()(λ=-+-c y c x这里,c,2c和 由0x,1x和k决定。