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第1章索洛增长模型

高级宏观经济学

陈彦斌

中国人民大学经济学院

教材:

AdvancedMacroeconomics(D.Romer,第4版)。

第1章、索洛增长模型

“增长理论”的进一步阅读材料:

1.Weil,经济增长。

2.Barro,经济增长。

1.1经济增长的一些基本事实

经济体为什么出现增长?

国家之间为什么出现差异?

1.2假定

索洛模型的提出者:

Solow(1956),Swan(1956)。

1)投入和产出

生产函数:

Y(t)=F(K(t),A(t)L(t))

Y(t):

产出

K(t):

资本

L(t):

劳动

A(t):

知识,或者劳动效率

A(t)L(t):

有效劳动(Effectivelabor)

三种生产函数:

Y=F(K,AL):

劳动附加型(labor-augmenting)

Y=F(AK,L):

资本附加型(capital-augmenting)

Y=AF(K,L):

希克斯中性(Hicks-neutral)

2)关于生产函数的假设

生产函数关于两个自变量是规模报酬不变的:

资本和有效劳动

F(cK,cAL)=cF(K,AL)foranypositivec

规模报酬不变假设与下面两个假设有关:

经济规模足够大,以至于专业化的收益已被全部利用。

除了资本、劳动与知识以外的其他投入相对不重要。

简约型(紧凑型,Intensive-form)生产函数:

y=f(k)

F(cK,cAL)=cF(K,AL),andc=1/AL

F(K/AL,1)=(1/AL)F(K,AL)

F(k,1)=y

k=K/AL:

单位有效劳动的资本,capitalperunitofeffectivelabor

y=Y/AL=F(K,AL)/AL:

单位有效劳动的产出outputperunitof

effectivelabor

f(k)=F(k,1)

f(k)的假设:

f(0)=0,f’(k)>0,f’’(k)<0

Inada条件:

limk->0f’(k)=∞,limk->∞f’(k)=0

f’(k)的含义:

资本的边际产出

F(K,AL)=ALf(K/AL),

dF(K,AL)/dK=f’(k).

Cobb-Douglas生产函数:

F(K,AL)=Kα(AL)1−α,0<α<1

F(cK,cAL)=cF(K,AL)

f(k)=kα

f’(k)=αkα−1>0

f’’(k)=−(1−α)αkα−2<0

3)投入至产出的演化

L(t)≡dL(t)/dt=nL(t)⇒L(t)=L(0)ent

A(t)=gA(t)⇒A(t)=A(0)egt

n,g为外生参数

n是L的增长率:

dL(t)/dt

L(t)

=n

L(t+∆t)−L(t)=n(∆t)L(t)

关于增长率的一些有用数学技巧,X(t)/X(t):

X1X2的增长率为

XX+XX

1/12/2XX+XX

X1/X2的增长率为

XX−XX

1/12/2XX−XX

Xa的增长率为X增长率的a倍

产出在消费和投资之间进行分割:

Y=C+S=C+I=C+sY,

s是投资占产出之比,是外生常数。

K(t)=sY(t)−δK(t)

1.3模型的动力系统(TheDynamicsoftheModel)

1)k的动力系统

k=K/(AL)=>

•••

kK(AL)

=−

kKAL

•••

KAL

=−+

KAL

sY−δK

=−n−g

KsY

=−δ−n−g

kAL

sf(k)

=−δ−n−g

k

因此,得到

k(t)=sf(k(t))−(n+g+δ)k(t)

问题:

为什么有sf’(k*)

sf’(k*)

sf’(k*)k*

f’(k*)k*

由于k(t)=sf(k(t))−(n+g+δ)k(t),

dk

=−++

sf'(k)(ngδ),

dk

dk

2

=<

sf''(k)0

dk

2

••

当k0;当k>k*,k<0.

••

当k=0,k=sf(0)−(n+g+δ)0=0;当k=k*,k=0.

据上,得到下面图形

稳定点(均衡)是稳定的(Thestationarypointisstable)

当偏离k*时,有回到k*的趋势。

2)平衡增长路径

当k=k*,

依据假设,L和A的增长率为n和g

•••

KAL

K=k*AL⇒=+=g+n

KAL

•••

YAL

y=f(k)=Y/AL=>Y=ALf(k*)=>=+=g+n

YAL

•••(K/L)KL

=−=(g+n)−n=g

(K/L)KL

•••

(Y/L)YL

=−=(g+n)−n=

(Y/L)YL

g

索洛模型意味着,无论其起点在何处,经济总会收敛于平衡增长路

径,在此情形中,模型的每个变量都以不变速度增长。

(注意:

r,w等价格变量增长率为0)

在平衡增长路径上,人均产出的增长率只取决于技术进步速度g。

1.4储蓄率变动的影响

1)对产出的影响

k的动力系统:

k如何收敛至k*new

1.k=k*old,s开始增加

••

2.由于k(t)=sf(k(t))−(n+g+δ)k(t),k(t)>0,因此k增加

3.直到k=k*new

因此,得到如下图形。

Y/L的动力系统:

Y/L=Af(k).当k为常数,Y/L以速度g增长

当k增长时,Y/L增长一是因为A增长,二是因为k增长。

因此,

Y/L的增长率超过了g,即

•••••

(Y/L)(Af(k))Af(k)f(k)

==+=g+>g,当k增长时。

(Y/L)Af(k)Af(k)f(k)

当k=k*new,Y/L的增长率再次回到g

dln(Y/L)(Y/L)

=:

lnY/L的斜率等于Y/L的增长率

dt(Y/L)

因此,得到下面图形。

总长,储蓄率的变化具有水平效应(leveleffect),但不具有增长效应

(growtheffect):

它改变了经济的平衡增长路径因而改变了在任何时点

上的人均产出Y/L,但这并不影响平衡增长路径上人均产出Y/L的增长

率。

只有g的变化具有增长效应。

2)对消费的影响

家庭关心消费。

C=Y-S=Y-sY=(1-s)Y

c=C/AL=(1-s)Y/AL=(1-s)f(k).

注意到s在t0时非连续的变动,但k不能非连续变动。

因此,

问题:

最后的稳态消费是否会超过t0之前的稳态消费?

3)黄金规则水平的k

令c*表示平衡增长路径上的C/AL,

c=(1−s)f(k)

**

=f(k)−sf(k)

**

=f(k)−(n+g+δ)k

**

由于k*取决于s,n,g,δ,将k*记为:

k*=k*(s,n,g,δ)

有,

c*=f(k*(s,n,g,δ))−(n+g+δ)k*(s,n,g,δ)

得到

∂=−++∂

c*k(s,n,g,)

**δ

f'(k(s,n,g,δ))(ngδ)

∂s∂s

由于

∂>

k*(s,n,g,δ)

∂s

0,所以

∂c=⇒

*

0

∂s

fk*sngδ=n+g+δ

'((,,,))()

k*的这个值称为:

黄金规则水平的资本。

•Y

【含义:

f'(k*(s,n,g,δ))−δ=n+g=,实际收益率等于实际经济增

Y

长率】

相关性不是因果关系!

1.5定量的含义

以上的定性分析表明:

储蓄率的增加具有水平效应,将人均资本和

人均产出将增加到更高的水平。

下面的定量分析将表明:

储蓄的显著变化只会对平衡增长路径上的

产出水平产生中度的影响。

1)长期中对产出的影响

储蓄增加对产出的长期效应为

∂y

*

∂s

下面计算:

syy/y

∂*=∂**

yss/s

*∂∂

k(t)=sf(k(t))−(n+g+δ)k(t)

sf(k(s,n,g,δ))=(n+g+δ)k(s,n,g,δ)

**

∂k+=++∂k

**

sf'(k)f(k)(ngδ)

**

∂s∂s

∂*=*

kf(k)

∂sn+g+δ−sfk*

()'()

因此,由y*=f(k*),得到

∂=∂=

yk(s,n,g,)f'(k)f(k)

**δ**

f'(k)

*

∂∂++δ−*

ss(ng)sf'(k)

因此,

sysf'(k)f(k)

*∂(*)(++δ)−'(*)

∂=

***

ysfkngsfk

=

sf(k)f'(k)

**

f(k*)(n+g+δ)−sf'(k*)

=

(n+g+δ)kf'(k)

**

f(k)(n+g+δ)−sf(k)f'(k)/f(k)

****

=

(ng)kf'(k)

++δ**

f(k)(ng)(ng)kf'(k)/f(k)

*++δ−++δ***

=

kf'(k)/f(k)

***

1−k*f'(k*)/f(k*)

=

α(k)

*

K

1(k)

−α*

K

αK(k)=kf'(k)/f(k)的含义:

****

k=k*处产出关于资本的弹性。

[当为C—D生产函数时,αK的值]

资本份额(资本收入占总收入的比重)。

如果市场是竞争性的,并

且不存在外部性,资本就能获得其边际产出。

在平衡增长路径上,

资本(单位有效劳动的资本)所获得的总产出为k*f'(k*),因而资

本份额为k*f'(k*)/f(k*)。

例子:

大部分国家αK=1/3,因此αK/(1-αK)=0.5。

s增加10%(从0.2增加

到0.22),将导致y只增加5%。

即使s增加50%,y也只增加25%。

说明:

储蓄率的显著变化对平衡增长路径上的人均产出的影响是中度的

(moderate)。

【含义:

1、黄金规则下的储蓄率才是最优的。

2、储蓄率的增加虽然可

以增加收入,但是影响不大】

【注意:

中国的αK=2/3,因此αK/(1-αK)=2。

因此,储蓄率变动对中国

的影响比对美国的影响要大。

2)收敛速度

•••

记k=k(k),有k(k*)=0。

由一阶泰勒近似,有

∂k(k)••

()k≈k(k)+k−k

**

∂k

k=k

*

∂k(k)

()≈k−k

*

∂k

k=k

*

由k(t)=sf(k(t))−(n+g+δ)k(t),有

∂=−++

k(k)

sf'(k(t))(ngδ)

*

∂k

k=k

*

sf(k)f'(k(t))

=−(n+g+δ)

f(k)

**

*

(ng)kf'(k)

++δ**δ=−(n+g+)

f(k)

*

=[α(k)−1](n+g+δ)

*K

因此,

()k(t)[1α(k)](ngδ)k(t)k

≈−−*++−*

K

定义

χ(t)=k(t)−k*,

λ=[1−α(k)](n+g+δ)

*K

因此,

χ(t)≈−λχ(t)⇒χ(t)=χ(0)eλt

*

()kt−k=e−−α++δk−k

()(0)

**

[1K(k)](ng)t

如果t∞,那么kk*。

还可以证明:

yt−y*=e−λy−y*

()t((0))

参数校准(Calibration):

n+g+δ=6%每年,(人口增长率n=1~2%,人均产出增长率g=1~2%,

δ=3~4%)

αK=1/3

λ=(1−αK)(n+g+δ)=4%/每年

问题1:

k和y每年走完剩下距离的4%(i.e.k(t)-k*andy(t)-y*):

Solution:

yt−y*=e−λy−y*

()t((0))

yt+−y*=e−λ(+1)y−y*

(1)t((0))

y(t1)ye(y(0)y)

+−=−λt+−==

*

(1)*

−λ

e

−*t−*

−λ

y(t)ye(y(0)y)

0.96

注意y(t+1)−y*是还没有走完的路程。

问题2:

需要大约17年走完距离平衡增长路径的一半。

Solution:

yt−y=e−λy−y

()*t((0)*)

y(t+s)−y*=e−λ(t+s)(y(0)−y*)

0.5

y(ts)ye(y(0)y)

+−*−λ(t+s)−*

===

y(t)ye(y(0)y)

−*−λt−*

−λs

e

即,

s=ln(0.5)/(−λ)=17.3

问题3:

我们已经知道s增加10%(from0.2to0.22),在长期中y增加

5%,这个变动需要多长时间?

Solution:

y(t)y(0)y(t)y*y*y(0)

y(0)y(0)

−=−+−

y*−y(0)y(t)−y*

=+

y(0)y(0)

y*y(0)e(yy(0))

−−λt*−

=−

y(0)y(0)

y*−y(0)

=(1−e)=(1−e)5%

−λt−λt

y(0)

>>(1-exp(-0.04*1))*0.05

ans=0.00196

>>(1-exp(-0.04*18))*0.05

ans=0.02566

>>(1-exp(-0.04*100))*0.05

ans=0.04908

1.6索洛模型与增长理论的核心问题

(人均)资本积累的差异无法说明(人均)收入的较大差异。

例如,

f1(k1)=k1α,若f1/f2=10,那么k1/k2=(f1/f2)1/α=1000.但是,资本-产

出比随时间大致不变。

收入的较大差异需要资本收益率的巨大差异。

资本收益率为f’(k)-δ.

而f’(k)=αkα−1=αy(α−1)/α.若y1/y2=10和α=1/3,那么

f’(k1)/f’(k2)=10-2=1/100.进而,

[f’(k1)-δ]/[f’(k2)-δ]

=[0.01f’(k2)-δ]/[f’(k2)-δ]

=[0.01f’(k2)-0.01δ-0.99δ]/[f’(k2)-δ]

=0.01-0.99δ/[f’(k2)-δ]

<1/100

1.7经验应用

1)增长核算(Growthaccounting)

Y(t)=F(K(t),A(t)L(t))

•••

Y(t)=FK(t)+F(AL)(t)

KAL

•••

=++

FK(t)FL(t)A(t)A(t)L(t)

KAL

∂∂∂

Y(t)•Y(t)•Y(t)•

=++

K(t)A(t)L(t)L(t)A(t)

∂Kt∂AL∂AL

()()()

∂Y∂Y∂Y

•••

≡K(t)+L(t)+A(t)

∂K∂L∂A

••••

Y(t)K(t)∂YK(t)L(t)∂YL(t)A(t)∂YA(t)

=++

Y(t)Y(t)∂KK(t)Y(t)∂LL(t)Y(t)∂AA(t)

••

K(t)L(t)

≡α+α+

KL

K(t)L(t)

R(t)

α+α=1.Why?

KL

Hint:

F=FKK+FALAL

2)趋同(Convergence,也译作收敛)

趋同:

穷国比富国倾向于更快地增长。

有三个理由:

索洛模型预期国家会收敛于其平衡增长路径。

人均产出的差异来源

于其现在所处的与其平衡增长路径相对应的不同的位置。

因此,预

期穷国赶上富国。

索洛模型意味着富国的人均资本更高,因此资本收益率更低,因此

资本从富国流向穷国。

知识扩散。

【因此?

现在中国与美国差距大、潜力大,未来20年可以8%?

不对:

1、差距和潜力不是潜在增速。

2、条件收敛下,中国未必就可以

收敛到美国。

Baumol(1986)

如果存在趋同,那么b<0:

具有较高初始收入的国家存在较低的增长。

b=0:

不存在趋同。

b=-1:

完全的趋同。

然而,Delong(1988)指出了两个问题:

样本选择。

今天的富国一般才有漫长的历史数据。

如果只考虑1870

年最富裕的国家,则见下图。

度量误差。

u的标准差代表度量误差,固定了之后可以估计其余的参数值。

即使中度的度量误差也会对结果产生显著的影响。

【中国经济高速增长:

1.增长核算是表象。

2.原因为:

改革红利,全球化红利,人口红利,技术进步红利,低收

入迈向高收入的自然过程。

亚当.斯密:

除了和平、低税负和过得去的执法,使一国从最原始的状

态发展到最富裕的状态几乎不需要其他东西,所有其他条件都来自于事

物的自然过程。

3)储蓄和投资

在索洛模型描述的世界里:

储蓄率上升r=f’(k)减少居民具有向国

外投资的激励如果不存在资本流动的阻碍,新增储蓄不会全部投在国

内。

因此,没有理由预期高储蓄国家也具有高的投资。

FeldsteinandHorioka(1980)

(I/Y)j=0.035+0.887(S/Y)j,R2=0.91

(0.018)(0.074)

如何解释这种强的关系:

资本流动性的阻碍显著存在

其他的解释。

1.8环境与经济增长

本节研究环境约束如何影响长期经济增长。

区分两种环境因素:

存在良好界定产权的环境因素。

如,自然资源与土地。

没有良好产权界定的环境因素。

如,自由排放在空气和水中的污染。

(1)自然资源与土地:

一种基本情形

生产函数为:

其中,R表示生产中可利用的自然资源,T表示土地数量。

资本、土地、劳动效率的动力系统仍然为:

假设土地数量固定:

资源禀赋固定而资源在生产中使用,因此资源使用必定会最终下

降:

由资本的运动方程:

这说明,为了使K的增长率不变,Y/K必定是不变的,即Y和K的增

长率相同。

由生产函数得到

由于Lnx关于时间的导数是x的增长率,因此有

此处gx表示x的增长率。

因为Y和K的增长率相同,所以

问题:

是否具有收敛性?

Solution:

知:

如果gK大于其平衡增长路径值,gY也会如此,但是其超过的数量

小于gK。

所以Y/K下降。

而由于

知gK=s(Y/K)-δ,Y/K下降,说明gK也下降。

平衡增长路径上的人均产出为

−βb−(β+γ)n表明人日益下降的人均资源与土地数量是增长的阻力。

g表明技术进步是增长的动力。

如果技术进步的动力大于由资源与土地所形成的阻力,那么人均产

出的增长是可持续的。

这正好是过去数个世纪所发生的事情。

(2)一种示例性计算

问题的提出:

以上为定性分析,定量上有多大?

对比两种经济:

即不存在资源与土地的限制,两者都同人口一起增长。

容易证明,这个不存在限制的经济的人均产出的增长率为

因此,增长阻力为:

估计值:

0.24%,其中1/4的阻力来自于土地的有限供给,剩余部

分可归于有限的能源。

含义:

环境约束导致的经济增长下降既不太大,也不太小。

【注意:

这是针对美国的结论。

中国呢?

【支持美国结论的另外依据:

美国资源品价格在过去100年里面一直是

在下降的。

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