経済学で出る数学
ワークブックでじっくり攻める:問7.19解答例
【解答 7.19】
- 【Step1】ラグランジュ関数を作ると,
$
{\cal{L}}(x_1,x_2,x_3,\lambda)=(x_1)^{\alpha}(x_2)^{\beta}(x_3)^{\gamma}+\lambda\left(I-p_1x_1-p_2x_2-p_3x_3\right).
$
- 【Step2】 各変数で偏微分してイコールゼロとおくと,
\[
\left\{
\begin{array}{lll}
0=\displaystyle \frac{\partial\cal{L}}{\partial x_1}
={\alpha}(x_1)^{\alpha -1}(x_2)^{\beta}(x_3)^{\gamma}-{\lambda}p_1
&
\rightarrow {\lambda}p_1={\alpha}(x_1)^{\alpha -1}(x_2)^{\beta}(x_3)^{\gamma}
&\qquad (1)\\[2ex]
0=\displaystyle \frac{\partial\cal{L}}{\partial x_2}
={\beta}(x_1)^{\alpha}(x_2)^{\beta -1}(x_3)^{\gamma}-{\lambda}p_2
&
\rightarrow {\lambda}p_2= {\beta}(x_1)^{\alpha}(x_2)^{\beta -1}(x_3)^{\gamma}
&\qquad (2)\\[2ex]
0=\displaystyle \frac{\partial\cal{L}}{\partial x_3}
={\gamma}(x_1)^{\alpha}(x_2)^{\beta}(x_3)^{\gamma -1}-{\lambda}p_3
&
\rightarrow {\lambda}p_3= {\gamma}(x_1)^{\alpha}(x_2)^{\beta}(x_3)^{\gamma -1}
&\qquad (3)\\[2ex]
0=I-p_1x_1-p_2x_2-p_3x_3& & \qquad (4)
\end{array}
\right.
\]
- 【Step3】 あとは工夫して解く.
- $(1) \div (2)$ から
$\dfrac{\alpha}{\beta}x_1^{-1}x_2=\dfrac{p_1}{p_2} \Longrightarrow
x_2=\dfrac{\beta p_1}{\alpha p_2}x_1$
- $(1) \div (3)$ から
$\dfrac{\alpha}{\gamma}x_1^{-1}x_3=\dfrac{p_1}{p_3} \Longrightarrow
x_3=\dfrac{\gamma p_1}{\alpha p_3}x_1$
-
$(4)$ に代入すると,
$p_1x_1+p_2\dfrac{\beta p_1}{\alpha p_2}x_1+p_3\dfrac{\gamma p_1}{\alpha p_3}x_1=I \Longrightarrow \dfrac{\alpha + \beta +\gamma}{\alpha}p_1x_1=I$
- $x_1=\dfrac{\alpha}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_1}$
- $x_2=
\dfrac{\beta p_1}{\alpha p_2}\dfrac{\alpha}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_1}
=\dfrac{\beta}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_2}$
-
$x_3=
\dfrac{\gamma p_1}{\alpha p_3}\dfrac{\alpha}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_1}
=\dfrac{\gamma}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_3}$
ゆえに最適解は,$(x_1,x_2,x_3)=\left(
\dfrac{\alpha}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_1},
\dfrac{\beta}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_2},
\dfrac{\gamma}{\alpha + \beta +\gamma}\dfrac{I}{p_3}
\right)$.
【問 7.19 終わり】
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