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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宏观经济学的研究方法与途径宏观经济学是研究整体经济运行的学科,它关注的是国家、地区或全球范围内的经济现象和问题。
对于经济学家来说,研究宏观经济学是一项复杂而庞大的任务,需要运用多种方法和途径来分析和解释经济现象。
首先,宏观经济学的研究方法之一是统计分析。
通过收集和整理大量的经济数据,经济学家可以利用统计学方法来分析经济现象的规律和趋势。
他们可以计算经济增长率、通货膨胀率、失业率等指标,从而评估经济的整体状况和走势。
同时,统计分析还可以帮助经济学家研究不同经济变量之间的关系,例如利率和投资、消费和收入等。
通过这些统计数据和方法,经济学家可以揭示经济现象背后的规律和机制。
其次,宏观经济学的研究方法还包括建立经济模型。
经济模型是对经济系统进行抽象和简化的表达方式,它可以帮助经济学家理解和解释复杂的经济现象。
经济模型通常基于一定的假设和前提条件,通过建立数学方程或图形来描述经济变量之间的关系。
经济学家可以运用这些模型来分析政策的效果、预测经济发展趋势等。
例如,凯恩斯的总需求总供给模型可以解释经济周期和失业问题,新凯恩斯主义模型可以研究货币政策的影响等。
通过建立和运用经济模型,经济学家可以深入研究宏观经济问题,并提出相应的政策建议。
此外,宏观经济学的研究方法还包括实证研究和案例分析。
实证研究是通过对现实经济数据的观察和分析来验证或推翻经济理论的方法。
经济学家可以利用实证研究来检验经济理论的有效性,找出理论与实际之间的差距,并进一步完善经济理论。
案例分析则是通过对具体经济事件或经济体的深入研究,来揭示其背后的经济规律和机制。
例如,研究某个国家的经济改革经验,可以帮助经济学家了解改革的效果和影响,从而为其他国家的政策制定提供参考。
最后,宏观经济学的研究方法还可以包括实验研究和模拟分析。
实验研究是通过构建经济实验来观察和分析经济行为和决策的方法。
经济学家可以通过实验来研究人们对不同经济政策和环境的反应,从而提供政策制定的依据和建议。
山西省考研经济学复习资料宏观经济学重要概念及模型解析宏观经济学是经济学的一个重要分支,研究整个经济系统的总体运行规律和宏观经济问题。
对于山西省考研经济学的学生来说,掌握宏观经济学的重要概念和模型是非常关键的。
本文将对一些宏观经济学的重要概念及模型进行解析,帮助同学们更好地复习和理解这些知识点。
一、GDP(国内生产总值)及其计算方法GDP是衡量一个国家或地区经济总量的重要指标,它代表了一年内所有最终商品和服务的市场价值。
计算GDP有三种方法:产出法(也称为生产法)、收入法和支出法。
其中,产出法是在生产者的角度来计算GDP,收入法是在收入者的角度来计算GDP,支出法是在最终消费者的角度来计算GDP。
二、C、I、G、X-M 四个支出分量宏观经济学中,支出可以分为四个部分:个人消费支出(C)、私人投资支出(I)、政府消费支出(G)和净出口(X-M)。
个人消费支出是指个人和家庭用于购买消费品和服务的支出,私人投资支出是指企业用于购买固定资产和增加库存的支出,政府消费支出是指政府用于购买消费品和服务的支出,净出口是指出口减去进口。
三、IS-LM模型IS-LM模型是宏观经济学中的一个重要分析工具,它分析了货币政策、财政政策和产出水平之间的相互作用。
IS曲线表示货币市场的平衡,Liquidity Preference Money (LM) 曲线表示商品市场的平衡。
通过将IS曲线和LM曲线结合,我们可以分析出产出水平和利率之间的均衡关系。
四、AD-AS模型AD-AS模型是宏观经济学中另一个重要的分析工具,它用于分析总需求(AD)和总供给(AS)之间的关系。
AD曲线表示总需求与价格水平之间的关系,AS曲线表示总供给与价格水平之间的关系。
通过分析AD曲线和AS曲线的相互作用,我们可以得到价格水平和产出水平之间的均衡。
五、菲利普斯曲线菲利普斯曲线描述了通货膨胀率和失业率之间的关系。
根据菲利普斯曲线,当失业率较高时,通货膨胀率较低;而当失业率较低时,通货膨胀率较高。
================= ================= 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。
考研宏观经济学知识点与模型剖析在考研的经济学领域中,宏观经济学无疑是一座重要的知识山峰。
它不仅对于理解整体经济运行至关重要,也是考试中的重点与难点。
接下来,让我们深入剖析一下其中的关键知识点与常用模型。
一、宏观经济学的基本概念首先,我们要明白什么是宏观经济学。
宏观经济学研究的是整体经济的运行,关注的是经济总量,如国内生产总值(GDP)、失业率、通货膨胀率等。
国内生产总值(GDP)是衡量一个国家经济活动总量的重要指标。
它有三种计算方法:生产法、收入法和支出法。
生产法通过计算各个生产部门的增加值来得出 GDP;收入法是把生产要素在生产中所得到的各种收入相加;支出法是把消费、投资、政府购买和净出口相加。
失业率反映了劳动力市场的状况。
摩擦性失业、结构性失业和周期性失业是常见的失业类型。
摩擦性失业是由于劳动力市场的正常流动导致的;结构性失业是由于经济结构变化,劳动力的技能与需求不匹配造成的;周期性失业则与经济周期有关。
通货膨胀率衡量了物价水平的普遍上涨程度。
温和的通货膨胀有时被认为对经济有一定的刺激作用,但过高的通货膨胀会带来诸多问题,如降低货币的购买力、扭曲资源配置等。
二、宏观经济的主要目标宏观经济政策通常有四大目标:经济增长、充分就业、物价稳定和国际收支平衡。
经济增长意味着一个国家或地区在一定时期内生产的商品和服务的增加。
它通常用 GDP 的增长率来衡量。
持续的经济增长对于提高生活水平、增强国家实力具有重要意义。
充分就业并不意味着零失业,而是指失业率处于自然失业率水平。
自然失业率是指在没有货币因素干扰的情况下,让劳动力市场和商品市场自发供求力量起作用时,总需求和总供给处于均衡状态的失业率。
物价稳定要求避免出现过高的通货膨胀或通货紧缩。
稳定的物价有助于消费者和生产者做出合理的决策,促进经济的稳定发展。
国际收支平衡要求一个国家在国际经济交往中,其经常项目和资本项目的收支保持平衡。
失衡的国际收支可能会对国内经济产生不利影响。
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。
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,我门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,假投时间区域从t o"到t-T,且用&表示dx/dt,我们寻找最大化或最小化;F[t,x(t), &()]dt 20・1) 这里假定F对t、x(t)、x&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”.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Max L [t, p(t), p&(t)] dt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二&.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min tl C[t,x(t),x&(t)]dtt o满足X(t o)=X o,且X(t i) = X i这些初始和终值约束称为端点条件.例2 Ramseys济:消费最优化问题从家庭终生效用函数的集约形式U二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^l 题”一找出一条消费路径c(t),使家庭终生效用函数U = U (c)最大化:max B 严e_gt)]1■&dtc 01—9(n g)t_R(t)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 ito F[t,x(t), &()]dt连接点(如X0)和(t1, X1)的曲线X = x (t)是一个极值曲线(即最优化)的必要条件是(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F x(t,x, & =2[F&(t,x, &)] (20. 2b)dt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&x(& + F&&(X) (20. 2c)这里,& =d2x/dt2F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,已井)设x = x (t)是图20-2中连接点(t o, x o)和(t i,xj的曲线,并且它使F面泛函取得最大值t lt°F[t,x(t), &t)]dt(20. 3)即X” =x”(t)为极值曲线,欧拉方程(20. 2a)是X = x(t)为极值曲线的一个必要条件.取釆二x(t) mh(t)是x' x (t)的相邻曲线,这里m是任意常数,h(t)是一个任意函数.为了使曲线X也通过点(t o, x o)和(t i, x i),则X也?满足端点条件:h(t o)=O h(t i)=O (20. 4)一旦取定x (t)和h(t)之后,因x (t)和h(t)固定,则积分值tF[t, x(t), &t)]dt仅为m的函数,不妨改写成tog(m)二ti F[t,x (t) mh(t), x& (t) mh&(t)]dtt o由于x*(t)使(20.3)中的泛函J t F[t,x(t), x&(t)]dt实现最优化,所以o(20. 5)中的函数g(m)仅当m = 0时因为m = 0时的g(m) - j tl F[t, x (t) mh(t), x& (t) mh&(t)]dt 才能还原为t1F[t,x(t), x&(t)]dt)实现to to最优化,即有dg dm对(20. 5)即 g(m) = J t t F[t, x^t)+mh(t) ,x&*(t)+ mh&(t)]dt 用链式法则求o.:F / ;:m .由于F是x和&的函数,依次又是m的函数,代入(20. 7)得dg 二叫迟::(x mh) ::F 渝& mh&)dm to| x;:m ■&(20. 5)(20. 6)由于垫上亟」且 阿朋=&,用条件20. 6)即 竺|m 』= o ,有dm cm dm 1,㈣说訂1匡h(t) +氐卸)dt = 0(20.8)dm 订 t^ :x方括号中的第一项不动,第二项的积分用分部积分, 注:u = h(t)所以,du =血 dt 二 h&t) dtdt分部积分公式即[t Tdu = vu a bc-t0dvu = u(t), v = v(t)dC^ dt 嗚总dtdg s 工 h(t)dt由(20. 4)知,h(t o ) = h(t i ) =0,从而&t o ) = &t”=0,于是上式中第二项去 掉,合并其余两项,有由于h(t)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,d^P 「F 十 d :F.五冠“或一五疑x:x这就是欧拉方程.定理证毕dg dmt i t o■JX_20 9)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F = F(t, X, &).2、求 F 对 x 和 X& 的偏导数,记二F x, :F/;:&= F &•3、代入欧拉方程(20. 2a)或(20. 2b).4、求F X&关于t的导数.由于F&是t , x和&的函数,且x和兹又是t的函数,因此,需要用链式法则.5、如果没有导数项(&和x&),立即解出x;如果有&c和&项,直到作出所有导数的积分,然后求出x。
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。
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。
宏观经济学的基本概念和分析方法宏观经济学是研究整个经济体系的经济现象和规律的学科,它研究的是对整体经济运行的总体规律进行描述、解释和预测的方法和理论体系。
在宏观经济学中,有一些基本概念和分析方法,本文将对它们进行介绍和解析。
一、宏观经济学的基本概念1. GDP(国内生产总值)GDP是衡量一个国家或地区经济总量的指标,它表示特定时间内该经济体系内所有最终产品和服务的市场价值总和。
GDP的计算包括消费、投资、政府支出和净出口。
2. 通货膨胀通货膨胀是指货币供应量过多,导致物价普遍上涨的现象。
通货膨胀会对经济产生多方面的影响,包括消费者购买力的下降、投资的压力增加等。
3. 失业率失业率是指劳动力中正在寻找工作但找不到工作的人数与劳动力总人数的比例。
失业率的高低可以反映一个经济体系的就业情况和经济活力。
4. 货币供应量货币供应量是指一个国家或地区流通中的货币总量,包括流通中的现金和非现金货币,如存款、债券等。
货币供应量的调控是影响经济运行和通货膨胀的重要手段。
二、宏观经济学的分析方法1. 国民生产总值分析法GDP分析法通过计算和分析国民生产总值以了解经济的整体表现。
这种方法可以揭示经济的增长率、结构调整和经济周期等信息,并且为制定宏观经济政策提供依据。
2. 收入分配分析法收入分配分析法用于研究和分析一国或地区的收入分配情况,并评估其对经济增长和社会稳定的影响。
这种分析方法可以揭示收入不平等问题,并为改善收入分配提供政策建议。
3. 多重均衡分析法多重均衡分析法是一种宏观经济分析方法,通过分析经济体系在不同均衡状态下的表现,来揭示经济运行和政策调控的机制。
这种方法能够帮助分析经济体系中的供求关系和市场机制。
4. 建模与预测方法宏观经济学中的建模与预测方法通过建立经济模型,预测经济指标的走势,帮助政府、企业和个人制定合理的决策。
这些方法包括时间序列分析、回归分析、计量经济模型等。
总结:宏观经济学是研究整个经济体系的经济现象和规律的学科,它的基本概念包括GDP、通货膨胀、失业率和货币供应量等,而分析方法则包括国民生产总值分析法、收入分配分析法、多重均衡分析法和建模与预测方法等。
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。
宏观经济学的基本模型与理论宏观经济学是研究整体经济活动的学科,它试图解释和预测一个国家或地区的整体经济运行情况。
宏观经济学的研究对象包括国内生产总值(GDP)、通货膨胀率、失业率等宏观经济指标,以及政府政策和经济周期等因素。
在宏观经济学的研究中,基本模型与理论是重要的工具,可以帮助我们更好地理解和分析经济现象。
一、经济增长模型经济增长是宏观经济学的重要领域之一。
经济增长模型是用于研究经济长期发展趋势的一种模型。
其中最经典的模型就是所谓的“索洛模型”。
该模型认为,经济增长是由劳动力、资本和技术进步共同决定的。
在该模型中,劳动力的增长率、资本积累率以及技术进步率是决定经济增长率的关键因素。
通过对这些因素的研究和分析,可以预测一个国家或地区的经济增长潜力,为相关的政策制定提供指导。
二、需求与供给模型需求与供给模型是另一个重要的宏观经济学模型。
需求与供给模型用于解释市场价格的形成以及市场失衡状况下的调整过程。
该模型认为,市场上的价格取决于产品的需求和供给状况。
如果市场需求大于供给,价格将上涨;如果供给大于需求,价格将下跌。
通过需求与供给模型,可以了解到市场价格的波动原因,并且可以研究政府干预对市场供给和需求的影响。
三、货币与通货膨胀模型货币与通货膨胀模型是宏观经济学中研究货币供给和通货膨胀关系的模型。
该模型认为,货币供给的增加将导致通货膨胀加剧。
货币与通货膨胀模型可以通过分析货币政策和经济增长之间的关系,揭示货币供给对通货膨胀的影响。
此外,该模型还可以用于研究货币政策对经济的宏观调控作用,为中央银行制定货币政策提供参考。
四、投资与储蓄模型投资与储蓄模型是宏观经济学中研究投资和储蓄关系的模型。
该模型认为,投资和储蓄之间存在着密切的关系。
投资的增加将推动经济增长,而储蓄的增加将为投资提供资金。
通过投资与储蓄模型,可以了解到投资和储蓄之间的平衡关系,为政府和企业制定发展战略提供参考。
综上所述,宏观经济学的基本模型与理论在研究经济现象、预测经济走势以及制定政策方向等方面起着重要的作用。
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。
第二章 变分法第一节 动态优化简介一、静态优化问题如果一个企业要确定一个最优产出水平x *以最大利润()F x :0max ()x F x ≥ (1)这样的问题的解通常将是一数,即确定选择变量的单个最优值。
最优值常可由一阶条件()0F x *'=确定。
动态问题是多期(multiperiod )的,但是..并不是有多期的时间就是动态问题...............。
考虑企业的多期决策问题:1max (,)Tt t F t x =∑ (2)(0,1)t x t T =描述的是每阶段的产出组成的序列,即给出了一个产出的时间路径。
显而易见,总利润不是由单期的产出决定,而是由整个的产出的时间路径确定,所以要使利润最大化,实质上是要找到一条最优的路径(而不是单个期的t x )。
但由于t 期利润只与t 期的产出有关,所以要在整个时间序列内最大化利润,就只要分别在每一期最大化利润即可,即这一个问题的解是一个有T 个数的集合,1{,}T x x **。
所以由于任一产量只影响该期利润,问题(2)实际上是一系列的....静态问题,即在每一期选择当前产量使该期利润最大化。
问题(2)有类似的T 个一阶条件,各期的一阶条件之间没有联系。
在Ramsey 模型的竞争性均衡结构中,生产者问题就具有这样的性质。
二、动态问题具有动态性质的问题是,当前的产出不但影响到当前的利润,还影响到未.....来.的利润。
更为一般地来说,当前决策影响未来决策。
11max (,,).. 0,1Tt t t t F t x x s t x t T-=≥=∑0x 给定或0(0)x x = (3)在问题(3)中,每一期的利润不但取决于当前产量,还与过去的产量有关;换句话说,t 期选择的产量t x 不但影响t 期的利润,还会影响到以后的利润。
注意,上述问题中已指定了0x 。
0x 影响到了以后各期的利润(从而也影响到总利润)。
问题(3)与问题(2)不同,它的最优解的T 个一阶条件不能分别确定,而是要同时确定,也就是我们实际上要“一次性”确定一条最优路径.............。
山东省考研经济学复习资料宏观经济学重要模型解析山东省考研经济学复习资料:宏观经济学重要模型解析宏观经济学是经济学的重要分支领域,研究经济结构、运行规律以及宏观调控政策。
在山东省考研经济学中,宏观经济学是考查的重要内容之一。
掌握宏观经济学的重要模型,对于理解和分析宏观经济的现象和问题具有重要意义。
本文将对山东省考研经济学复习资料中的宏观经济学重要模型进行解析。
一、总量关系模型总量关系模型研究的是经济中各种变量之间的数量关系。
山东省考研经济学中重要的总量关系模型主要包括凯恩斯总需求与总供给模型、货币市场均衡模型、凯恩斯消费函数模型等。
1. 凯恩斯总需求与总供给模型凯恩斯总需求与总供给模型是宏观经济学领域中最重要的模型之一,也是总量关系模型的核心。
该模型描述了经济中总需求和总供给之间的平衡关系。
在这个模型中,总需求由消费、投资和政府支出组成,总供给由产出决定。
2. 货币市场均衡模型货币市场均衡模型研究的是货币供给和货币需求之间的平衡关系。
该模型主要关注货币供给对利率的影响,以及货币需求对货币供给的调节作用。
在山东省考研经济学中,货币市场均衡模型对于理解货币政策和利率形成具有重要意义。
3. 凯恩斯消费函数模型凯恩斯消费函数模型用于分析消费支出与收入之间的关系。
该模型表明,消费支出取决于个人收入水平,但不是完全取决于收入,还受到其他因素的影响。
在考研经济学中,掌握凯恩斯消费函数模型有助于理解消费行为和宏观经济中的消费决策。
二、增长模型增长模型研究的是经济增长的规律和影响因素。
山东省考研经济学中重要的增长模型主要包括哈罗德-多马模型、托宾模型和新古典增长模型等。
1. 哈罗德-多马模型哈罗德-多马模型是宏观经济学中研究投资和储蓄之间关系的经典模型。
该模型强调储蓄率和投资率对经济增长的影响。
在山东省考研经济学中,了解哈罗德-多马模型有助于理解储蓄和投资对经济增长的重要性。
2. 托宾模型托宾模型是宏观经济学中研究教育与经济增长关系的模型。
考研宏观经济学知识点与模型剖析宏观经济学是经济学的重要分支,对于考研的同学来说,掌握宏观经济学的知识点和模型至关重要。
这不仅是考试的重点,也是理解经济运行规律、分析宏观经济现象的有力工具。
首先,我们来谈谈国民收入核算。
国民收入核算体系中的核心概念包括国内生产总值(GDP)、国民生产总值(GNP)等。
GDP 是指在一定时期内,一个国家或地区内所生产的最终产品和服务的市场价值总和。
理解 GDP 的核算方法,如支出法和收入法,是非常关键的。
支出法通过计算消费、投资、政府购买和净出口的总和来得出 GDP;收入法则从生产要素的收入角度进行核算,包括工资、利息、租金、利润等。
在考研中,经常会出现关于 GDP 计算的题目,需要我们熟练掌握各种概念和数据的处理。
接下来是简单的国民收入决定理论。
凯恩斯的消费理论指出,消费主要取决于当前的可支配收入。
消费函数 C = a + bY 中,a 代表自发消费,b 表示边际消费倾向。
边际消费倾向递减规律意味着随着收入的增加,消费增加的速度会逐渐减缓。
而储蓄函数则是与消费函数相互关联的,储蓄等于收入减去消费。
投资函数也是一个重要的知识点。
投资取决于利率、预期收益等因素。
利率的变化会对投资产生反向影响,即利率越高,投资越少;利率越低,投资越多。
在产品市场和货币市场的一般均衡中,ISLM 模型具有重要地位。
IS 曲线表示产品市场的均衡,它反映了利率和国民收入之间的关系。
投资和储蓄的变动会导致 IS 曲线的移动。
LM 曲线则代表货币市场的均衡,反映了利率和货币需求量之间的关系。
货币供给量的变动会使LM 曲线发生移动。
这两个曲线的交点决定了均衡的利率和国民收入水平。
宏观经济政策也是考研的重点内容。
财政政策通过改变政府支出和税收来影响经济。
扩张性财政政策包括增加政府支出、减少税收,以刺激经济增长;紧缩性财政政策则相反。
货币政策通过调节货币供应量来影响利率和经济活动。
央行可以通过公开市场操作、调整再贴现率和法定准备金率等手段来实现货币政策的目标。
================= ================= 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 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 满足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: 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 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。
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⎰1)](),(,[t t dt t x t 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⎰1)](),(,[t t dt t x t x t F &仅为m 的函数,不妨改写成⎰++=**1)]()(,)()(,[)(t t dt t h m t x t mh t x t F m g && (20.5)由于)(t x *使(20.3)中的泛函⎰1)](),(,[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⎰++=**1)]()(,)()(,[)(t t dt t h m t x t mh t x t F m g &&才能还原为⎰1)](),(,[t t dt t x t x t F &)实现最优化,即有00==m dmdg (20.6)对(20.5)即⎰++=**1)]()(,)()(,[)(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 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 dmdgt 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 udv vu vdu bt a t bt a t ba ==-=⎰⎰====令 所以, )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 dmdg& (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),,(x x 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x x &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 x t e x F t &4632+=2、则t xFxe x Ft 4,123=∂∂=∂∂& 3、代入欧拉方程(20.2a),有)4(123t dtdxe 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 , 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 满足求上述泛函的候选极值曲线,现在用(20.2b)的记号.1、设 t xt x F 51242-+=&2、则 x F t F x x &&812==且3、代入欧拉方程(20.2b),4、记dtdxx =&,且x dt x d dt dx dt d &&==⎪⎭⎫ ⎝⎛22,5、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. 再积分, 解出x , 代入边值条件, 代入式中,得解: 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 x t x t F &在xt 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 x t x t F &在xt 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: 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x t e x F t &4632+=,t x xe F 312=,t F x 4=&1D 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.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 xt x t F 0]),(,[& (20.10) 满足积分约束k dt xt 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:⎰+TdtG 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 xH 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 ,这里曲线的长度是像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 从(20.14), 代入欧拉方程,两边直接积分,然后整理,方程的两边平方,解出y&, 两边积分得两边平方,然后整理,可以表示成一个圆 这里,1c ,2c 和λ由0x ,1x 和k 决定。