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4. Aplicações do equilíbrio de Nash – 1a parte: Cournot e Bertrand Teoria dos Jogos Faculdade de Economia, UFF Prof. Fábio D. Waltenberg Março de 2014 Programa 1. Equilíbrio de Cournot-Nash (modelo de determinação simultânea de quantidades) Quantidades, preços e lucros de equilíbrio Cournot-Nash e Pareto Cournot-Nash e a concorrência perfeita 2. Bertrand (modelo de determinação simultânea de preços) Produtos homogêneos; sem restrição de capacidade Produtos homogêneos; com restrição de capacidade Produtos heterogêneos Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 3 Exercício em grupo 1. Suponha que seu oponente não esteja jogando a estratégia de equilíbrio de Nash dele. Você deveria jogar sua estratégia de equilíbrio de Nash? Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 4 Cournot-Nash Capítulo 4: aplicações do equilíbrio de Nash Antoine Cournot (1838): jogo simultâneo de estratégias contínuas Duas empresas fabricam produtos homogêneos Mesma qualidade percebida Total ofertado q = q1 + q2 Preço de mercado: p(q) = A - b(q1 + q2) Receita total é dada por preço vezes quantidade RT1 = p.q1 = Aq1 - bq1² - bq1q2 RT2 = p.q2 = Aq2 - bq1q2 - bq2² Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 5 Cournot-Nash Funções de custo C1 = c.q1 C2 = c.q2 “Funções de recompensa” – neste contexto, lucros – são dadas por receita menos custo: π1 = Aq1 - bq1² - bq1q2 - c.q1 π2 = Aq2 - bq1q2 - bq2² - c.q2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 6 Cournot-Nash Para determinar quantidade ofertada que maximiza os lucros, tomamos a c.p.o.: ∂π1/∂q1 = 0 A - 2bq1 - bq2 – c = 0 ∂π2/∂q2 = 0 A - bq1 - 2bq2 - c = 0 Pondo as quantidades em evidência, temos: q1 = (A - bq2 e - c) / 2b q2 = (A - bq1 e - c) / 2b Equações descrevem quanto cada empresa produzirá para maximizar lucros, Dada a produção esperada de sua concorrente Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 7 Cournot-Nash Cada empresa toma sua decisão de oferta sem conhecer a decisão da outra empresa Jogo simultâneo como em aulas anteriores! As equações nos dão funções de reação das empresas 1 e 2 O que cada empresa produzirá será a melhor resposta à decisão (que ela espera) da concorrente Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 8 Cournot-Nash q^1 q^2 Sejam q^1 e q ^ 2 os níveis de produção escolhidos. Trata-se de equilíbrio de Nash? Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 9 Cournot-Nash q^1 q^2 “ A rr e p e n d im e n to ” Sejam q^1 e q ^ 2 os níveis de produção escolhidos. Trata-se de equilíbrio de Nash? q~2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 10 Cournot-Nash q^1 q^2 “Arrependimento” Sejam q^1 e q ^ 2 os níveis de produção escolhidos. Trata-se de equilíbrio de Nash? q~1 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 11 Cournot-Nash No ponto (q1*, q2*), nenhuma empresa se arrepende da escolha feita: Equilíbrio de Cournot-Nash Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 12 Cournot-Nash Para atingir equilíbrio de Nash, estratégias dos jogadores devem ser melhores respostas umas às outras q1 deve ser q1 e q2 deve ser q2 e Se não for, na situação final, haverá “arrependimento” Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 13 Cournot-Nash Assumindo-se: q1 = q1 e q2 = q2 e E resolvendo o sistema de equações, temos: q1* = (A - c) / 3b q2* = (A - c) / 3b Onde o asterisco indica que se tratam de valores correspondentes a equilíbrios de Nash Para esses valores, nenhum jogador tem interesse em alterar estratégia escolhida Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 14 Cournot-Nash: exemplo Sejam: A = 100, b = 1, c = 4 Quantidade de equilíbrio é: qi* = (A - c) / 3b = (100 - 4) / (3 x 1) = 32 Preço de mercado: p(q) = A - b(q1 + q2) p = 100 – 1*(32 + 32) = $36 Lucro de cada empresa, πi = p.qi - 4qi = (36 x 32) - (4 x 32) = $1.024 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 15 Em grupo… (A) Calcule o equilíbrio de Cournot-Nash (quantidades, preço e lucros) para duas empresas em um mercado em que a função de demanda é dada por: p = 122 – 0,5(q1+q2) E as funções de custo das duas empresas são dadas por: C1 = 2q1 C2 = 2q2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 16 Cournot e Pareto Imaginem que as empresas tenham se fundido (“conglomerado”), mas ainda operem separadas Novamente, sejam: A = 100, b = 1, c = 4 Preço de mercado: p(q) = A – b(q1 + q2) Preço de mercado: p = 100 – q1 – q2 Custos da empresa 1: C1 = 4q1 Custos da empresa 2: C2 = 4q2 Custo total do conglomerado: Cc = C1 + C2 = 4q1 + 4q2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 17 Cournot e Pareto Custo total: Cc = C1 + C2 = 4q1 + 4q2 Como estão unidas as empresas 1 e 2, tanto faz qual delas produz quanto Logo, podemos escrever: Custo total: Cc = C1 + C2 = 4q1 + 4q2 = 8qi Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 18 Cournot e Pareto Receita total do conglomerado: RTc = RT1 + RT2 RTc = p.q1 + p.q2 RTc = p.(q1 + q2) RTc = (100 - q1 - q2).(q1 + q2) De novo, tanto faz quem produz quanto: RTc = (100 - qi - qi).(qi + qi) RTc = (100 - 2qi).(2qi) Função de recompensa (lucro) do conglomerado πc = RTc - Cc πc = (100 - 2qi).(2qi) - 8qi Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 19 Cournot e Pareto Condição de primeira ordem: ∂πc/∂qi = 200 – 8qi – 8 = 0 qi = 192/8 = 24 Desta forma: Cada empresa deve produzir 24 unidades O conglomerado produzirá 48 unidades no total Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 20 Cournot e Pareto E os lucros, como ficam? p = 100 - 24 - 24 = $52 πi = p.qi - 4qi = (52 x 24) -(4 x 24) = $1.152 (Lembrete: e sem fusão? Equilíbrio de Cournot é: qi* = (A - c) / 3b = (100 - 4) / (3 x 1) = 32 p = 100 - 32 - 32 = $36 πi = p.qi - 4qi = (36 x 32) - (4 x 32) = $1.024 ) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 21 Cournot e Pareto Portanto, equilíbrio de Nash do modelo de Cournot não é Pareto-eficiente Por meio da aquisição de uma empresa, é possível aumentar os lucros das duas empresas O caso explicado aqui (denominado de “conglomerado”) é analiticamente equivalente ao de um cartel (ex. no Fiani) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 22 Cournot e Pareto Dificuldades: 1. Cartéis são proibidos em muitos países 2. Cartéis tendem a ser instáveis em jogos repetidos (cap. 7) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 23 Em grupo… (B) Calcule o equilíbrio de Cournot-Nash (quantidades, preço e lucros) para um “conglomerado” em um mercado em que a função de demanda é dada por: p = 122 – 0,5(q1+q2) E as funções de custo das duas empresas (ou plantas) são dadas por: C1 = 2q1 C2 = 2q2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 24 Cournot e a concorrência perfeita O que ocorre quando temos n empresas? Função de demanda: p(q) = A – b∑qi, Onde: q = ∑qi é a quantidade total ofertada pelas empresas i = 1,2 ,..., n A e b são parâmetros exógenos Receita total: RTi = p.qi = Aqi - bqi² - bqi∑q-i Onde: q-i representa o somatório da produção de todas as empresas que não i Assim: bqi∑q-i é o equivalente, para muitas empresas, ao termo bq1q2 que vimos no caso de duas empresas Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 25 Cournot e a concorrênciaperfeita Função recompensa (lucro): πi = Aqi - bqi² - bqi∑q-i - c.qi Condição de primeira ordem ∂πi/∂qi = A - 2bq1 - b∑q-i - c = 0 Como todas as empresas Têm os mesmos custos marginais (c) E produzem produtos homogêneos Dividirão o mercado igualmente entre si: q-i = qi Assim: b∑q-i será b(nqi - qi), ou seja: b(n-1)qi Logo: ∂πi/∂qi = A - 2bqi – b(n-1)qi – c = 0 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 26 Cournot e a concorrência perfeita Rearranjando-se, chega-se a: qi* = (A - c) / b(n +1) Uma fórmula mais geral do que q1* = (A - c) / 3b Qual é a expressão para a produção total q? q = n.qi* = [n.(A-c)] / [b(n+1)] Exemplos numéricos (ver Fiani, p. 132) 3 empresas: q1* = 24, q = 72, p = 28, πi = 576 23 empresas: q1* = 4, q = 92, p = 8, πi = 16 n empresas: p→4 (=custo marginal), πi →0 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 27 Cournot e a concorrência perfeita Ou seja, modelo de Cournot com número muito grande de empresas converge para o modelo de concorrência perfeita Lógica: Empresas decidem simultaneamente a quantidade a ser produzida… … Sem observar quantidades produzidas pelas demais firmas… Sendo, portanto, obrigadas a tomar quantidades das demais como dadas, exatamente como no modelo de concorrência perfeita Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 28 Em grupo… Em grupo: 1. Você é um flamenguista chamado “Jogador 1”. Você joga contra um botafoguense chamado “Jogador 2”. Você não vai com a cara dele e vice-versa. O que você escolhe? (Na próxima aula, resultados de vocês, da literatura, e comentários) Jogador 2 X Y Jogador 1 X 0, 0 -2, 1 Y 1, -2 -8, -8 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 29 Em grupo… Em grupo: 1. Você joga, com um amigo de infância, que ainda hoje é seu melhor amigo. O que você acha que ele vai escolher: γ ou δ? 2. O que você escolhe: α ou β? (Na próxima aula, resultados de vocês, da literatura, e comentários) Seu amigo de infância γ δ Você α 2, -3 -7, -7 β 1, 1 -3, 2 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 30 Bertrand sem restrição de capacidade Joseph Bertrand (1822-1900) Modelo de determinação simultânea de preços Em oposição ao de quantidades (Cournot) Começamos estudando o caso em que duas empresas operam sem restrição de quantidade Bens homogêneos Se preços são iguais, cada empresa tem metade do mercado A empresa que cobra menos ganha todo o mercado! Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 31 Bertrand sem restrição de capacidade Agora, expressaremos quantidade em função do preço (ao contrário da aula passada) q(p) = 100 - p Qual será o preço de mercado? Qual será a quantidade produzida? Funções de recompensa, sendo C(qi)=cqi: (pi - c).(100 - pi), se pi < pj πi = [(pi - c).(100 - pi)] / 2, se pi = pj 0, se pi > pj Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 32 Bertrand sem restrição de capacidade Qual é o equilíbrio de Nash? Se a empresa i fixa seu preço tal que p > c, qual é a melhor resposta da empresa j? Empresa j pode fixar preço p’ ligeiramente inferior a p… … porém superior a c… … e ganhar todo o mercado!!! Mas para a empresa i, p não é a melhor resposta a p’ ! A melhor resposta a p’ seria p’’, ligeiramente inferior a p’… … porém superior a c… … ganhando todo o mercado!!! Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 33 Bertrand sem restrição de capacidade Qual será o equilíbrio? pi* = pj* = c O que ocorreria se preço ficasse acima de c? Perda de todo o mercado para a outra empresa O que ocorreria se preço ficasse abaixo de c? Empresa operaria abaixo do custo prejuízo (o que é pior do que ter lucro zero) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 34 Bertrand sem restrição de capacidade Portanto, única combinação de estratégias que, recíproca e simultaneamente, é melhor resposta possível para ambas as empresas, é pi* = pj* = c, com ambas tendo lucro zero Paradoxo de Bertrand: duopólio caracterizado por resultado de mercado competitivo Por que chegamos a este resultado? Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 35 Bertrand sem restrição de capacidade (Como em qualquer modelo econômico…) chegamos a determinado resultado por causa dos pressupostos adotados, que neste caso foram: 1. Não há diferenciação de produto 2. Não há restrição de capacidade produtiva 3. Decisões são simultâneas e tomadas num único momento do tempo Realistas na opinião de vocês? Modelo inútil? Não, porque nos ajuda a raciocinar Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 36 Individualmente Cada pessoa jogará contra todos os colegas Comunicação estritamente proibida!!! Cada pessoa deverá escolher número entre 0 e 100 O vencedor será aquele que escolher o número mais próximo da metade da média de todos os números escolhidos pelos demais 1. Que número você escolhe? Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 37 Bertrand com restrição de capacidade Vamos relaxar um dos pressupostos-chaves: o de ausência de restrição de capacidade Restrição: cada empresa não pode produzir mais que 60 unidades Se preço for muito baixo, empresa atrairá mais clientes do que é capaz de atender! Restará demanda residual para a outra empresa Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 38 Bertrand com restrição de capacidade Suponham que pi < pj, o que implica que somente firma i atenderia ao mercado Nenhum problema se pi = 80 qi = 100 - 80 = 20 Nenhum problema se pi = 50 qi = 100 - 50 = 50 Problema se 100 - pi > 60, pois q não pode ser superior a 60… é impossível produzir tanto assim! Se a quantidade determinada pela equação 100 - p for superior a 60, a empresa i se limitará a produzir apenas 60… qi = Min {100 - pi, 60} Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 39 Bertrand com restrição de capacidade C(qi) = cqi, com c > 0, se qi ≤ 60 ∞, se qi > 60 Funções de recompensa: (pi - c).Min {100 - pi, 60}, se pi < pj πi = [(pi - c).(100 - pi)] / 2, se pi = pj 0, se pi > pj , pj ≥ 40 (pi - c).(100 - pi - 60), se pi > pj , pj < 40 1a equação: todo o mercado (ou quase…) 2a equação: metade do mercado 3a e 4a são novidades… Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 40 Bertrand com restrição de capacidade 0, se pi > pj , pj ≥ 40 Se a empresa j estabelecer um preço menor do que o preço da empresa i, e se esse preço for igual ou superior a $40, então não sobrará mercado para a empresa i produzir Ex: qj = 100 - 40 = 60 ou qj = 100 - 50 = 50 Demanda insuficiente para as duas empresas A que cobra caro – aqui, i – fica sem clientes! Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 41 Bertrand com restrição de capacidade (pi - c).(100 - pi - 60), se pi > pj, pj < 40 A empresa j estabelece preço menor do que o preço da empresa i, contudo inferior a $40 Ex: qj = 100 - 30 = 70… Mesmo operando a toda capacidade, a empresa j não consegue suprir a demanda Produzirá apenas 60 e a demanda residual ficará para i Demanda residual será 100 - p menos os 60 que são produzidos pela empresa j No exemplo, qj = 100 - 30 - 60 = 10 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 42 Bertrand com restrição de capacidade Qual é o equilíbrio agora? Existe situação em que empresas não têm interesse em mudar preço? Vejamos três casos 1. Suponha que pi = pj = c, com C(qi) = 5qi Q = 100 - 5 = 95 qi = qj = 95/2 = 47,5 Lucro é zero para ambas E se uma empresa aumentar preço para 6? Demanda residual: 100 - 6 - 60 = 34 Lucro: (6 - 5).(100 - 6 - 60) = 1 x 34 = 34 > 0 Ou seja, a empresa que aumenta o preço tem lucro maior Portanto, definir p = 5 não é melhor resposta à resposta alheia para nenhuma empresa não é equilíbrio de Nash Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 43 Bertrand com restrição de capacidade 2. E se pi = pj > c Ex: p = 10 Q = 100 - 10 = 90 Cada empresa oferta 45 Lucro de cada empresa é (10 - 5) x 45 = 225 E se uma empresa reduz preço para 9,5? Q = 100 - 9,5 = 90,5 produzirá q = 60 e seu lucro será (9,5 - 5) x 60 = 270 É lucrativo para cada empresa reduzir ligeiramente o preço não é equilíbrio de Nash Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 44 Bertrand com restrição de capacidade 3. E se pi > c, pj > c, pi ≠ pj Se pj for maior que 40 (ex: 45), a empresa i não terá espaço no mercado e terá lucros nulos será melhor reduzir seu preço a um nível ligeiramente inferior a pj … e aí voltamos ao caso anterior E se pj for menor que 40 (ex: 35)? Então a empresa i poderia adotar preço ligeiramente inferior a pj para aumentar lucros, mas então a empresa j faria o mesmo, e assim por diante Não há equilíbrio de Nash Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 45 Bertrand com restrição de capacidade Resultado conhecido como Paradoxo de Edgeworth : não existe equilíbrio de Nash (em estratégias puras) no modelo de Bertrand com restrição de capacidade Resultado do caso sem restrição de capacidade (tendência a termos como equilíbrio de Nash pi=pj=c) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 46 Em grupo Num modelo de Bertrand, com: Restrição de capacidade Produção máxima: 150 unidades por firma Função de demanda de mercado q(p) = 220 – 2p Construa a função de reação de uma empresa nesse duopólio (Exercício do Fiani) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 47 Resultados de aula anterior Resultados de vocês: 8 grupos em 20 escolhem A (Alguns com ressalva do tipo “o jogador é indifernete”) 8 grupos respondem “indiferente”, “tanto faz” e afins Literatura: mais de 80% respondem A. Por que? {A} escolhido porque “em cima à esquerda” seria ponto focal? Jogo de coordenação puro: único problema de cada jogador é dar a mesma resposta que o outro (≠ de “Batalha dos Sexos”) Jogador 2 A B Jogador 1 A 1, 1 0, 0 B 0, 0 1, 1 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 48 Resultados de aula anterior Respostas preocupantes: 1. “Como jogador 1, se jogador 2 escolher A, escolho A. Se jogador 2 escolher B, escolho B." 2. “Eu jogaria no meu equilíbrio de Nash." 3. “Jogar nos equilíbrios em que se obtêm a recompensa (1,1), portanto, nos dois equilíbrios." 4. “O que o outro escolher sempre." Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 49 Bertrand com diferenciação de produto No mundo real, é muito raro encontrar produtos homogêneos Empresas procuram incessantemente diferenciar seus produtos com relação aos dos concorrentes Prazo de entrega, condições de assistência técnica, “acessórios”, design, imagem associada ao produto (jogando com a percepção dos consumidores)… Cada empresa deseja criar mercado cativo Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 50 Bertrand com diferenciação de produto Mudança no modelo de Bertrand: Demanda de cada empresa é função inversa do seu próprio preço: quando i aumenta o preço, a demanda por seu produto cai Porém, é uma função direta do preço das demais: quando j aumenta o preço, a demanda pelo produto da empresa i aumenta Exemplo de empresas automobilísticas que produzem carro popular: qi = 100 - 2pi + pj qj = 100 - 2pj + pi Ao aumentar o preço de seu produto, a empresa não perde todos os seus consumidores como antes Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 51 Bertrand com diferenciação de produto Custos Ci = qi Cj = qj Receita: RTi = piqi = pi(100 - 2pi + pj) RTj = pjqj = pj(100 - 2pj + pi) Funções de recompensa (lucros): πi = RTi - Ci = pi(100 - 2pi + pj) - (100 - 2pi + pj) πj = RTj - Cj = pj(100 - 2pj + pi) - (100 - 2pj + pi) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 52 Bertrand com diferenciação de produto Condições de primeira ordem ∂πi/∂pi = 102 - 4pi + pj e = 0 ∂πj/∂pj = 102 - 4pj e + pi = 0 Ao resolvermos este sistema de equações, encontraremos o equilíbrio de Nash Em que cada empresa escolhe preço que maximiza o seu lucro dado o preço escolhido pela outra empresa (pi = pi e ; pj = pj e) pi = pj = $34 (Resolução Fiani: p.145) (p.145… Quem não começou a estudar: deveria se preocupar…) qi = qj = 66; Lucro será de $2.178 (≠ zero) Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 53 Bertrand com diferenciação de produto Voltando às condições de primeira ordem ∂πi/∂pi = 102 - 4pi + pj e = 0 ∂πj/∂pj = 102 - 4pj e + pi = 0 Teremos: 102 - 4pi + pj e = 0 pi = 25,5 + (pj e)/4 102 - 4pj + pi e = 0 pj = 25,5 + (pi e)/4 Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 54 Bertrand com diferenciação de produto Funções de reação com inclinação positiva: se uma empresa aumenta preço, a outra pode aumentar também, sem perder totalmente o mercado 1. Apenas parte dos consumidores disposta a trocar de fabricante 2. Mesmo entre os que estão dispostos, preço alto do concorrente pode frear Teoria dos Jogos - Prof. Waltenberg 55 Bertrand com diferenciação de produto Quando funções de reação são positivamente inclinadas (ex: 3° modelo de Bertrand), estratégias dos jogadores são complementares estratégicas Aumento de pi conduz a aumento de pj Quando funções de reação são negativamente inclinadas (ex: Cournot), estratégias dos jogadores são substitutas estratégicas Aumento de qi conduz a redução de qj
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