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112 台聯大微積分(A2) 第 8 題

考題 / 轉學考微積分 / 台聯大 / 微積分A2

112學年度 · 112微積分A2 · 第 8 題

題目

Problem

一、填充題:共 8 題,每題 8 分,共 64 分。

  1. We say that the two commodities are substitute commodities if a decrease in the demand for one results in an increase in the demand for the other. Conversely, two commodities are referred to as complementary commodities if a decrease in the demand for one results in a decrease in the demand for the other as well. Suppose that the demand equations that relate the quantities demanded xx and yy to the unit prices pp and qq of the commodities A and B respectively are given by x=f(p,q)=q2q+p2x = f(p, q) = \frac{q^2}{q + p^2} and y=g(p,q)=e2q+py = g(p, q) = e^{-2q + p}. Are A and B substitute, complementary or neither?

解答

解法一:偏導數經濟學分析法

思路

展開
  1. 本題要求判斷商品 A 與商品 B 是替代商品(Substitute)、互補商品(Complementary)還是兩者皆非。
  2. 考題印刷勘誤提示
    • 題目原文寫道 “if a decrease in the demand for one results in…”,此處的 “demand” 顯然為價格 (price) 的印刷錯誤。標準經濟學定義應為:
      • 若商品 B 的價格 qq 上升,導致商品 A 的需求量 xx 增加(即 xq>0\frac{\partial x}{\partial q} > 0),則兩者為替代商品
      • 若商品 B 的價格 qq 上升,導致商品 A 的需求量 xx 減少(即 xq<0\frac{\partial x}{\partial q} < 0),則兩者為互補商品
  3. 第一步:計算偏導數 xq\frac{\partial x}{\partial q}x=f(p,q)=q2q+p2x = f(p, q) = \frac{q^2}{q + p^2} 將其關於 qq 求偏導(使用商求導法則): xq=2q(q+p2)q2(1)(q+p2)2=q2+2qp2(q+p2)2\frac{\partial x}{\partial q} = \frac{2q(q+p^2) - q^2(1)}{(q+p^2)^2} = \frac{q^2 + 2qp^2}{(q+p^2)^2} 由於價格 p>0,q>0p > 0, q > 0,故 xq>0\frac{\partial x}{\partial q} > 0
  4. 第二步:計算偏導數 yp\frac{\partial y}{\partial p}y=g(p,q)=e2q+py = g(p, q) = e^{-2q + p} 將其關於 pp 求偏導: yp=e2q+p1=e2q+p\frac{\partial y}{\partial p} = e^{-2q + p} \cdot 1 = e^{-2q + p} 由於指數函數值恆大於 0,故 yp>0\frac{\partial y}{\partial p} > 0
  5. 第三步:綜合判定: 因為對所有的 p>0,q>0p>0, q>0,偏導數 xq>0\frac{\partial x}{\partial q} > 0yp>0\frac{\partial y}{\partial p} > 0,所以商品 A 與 B 互為替代商品 (substitute)

答題過程

展開
Note

考題原題 Typo 說明: 本題英文敘述中 “if a decrease in the demand for one…” 實為 “if a decrease in the price of one…” 的印刷錯誤。標準經濟學中,替代與互補商品的定義是基於其中一種商品價格的變動對另一種商品需求量的影響(即交叉價格彈性或偏導數正負號)。

根據標準微積分與經濟學定義: 設商品 A 與 B 的需求量分別為 x=f(p,q)x = f(p, q)y=g(p,q)y = g(p, q),其中 pp 為商品 A 的單價,qq 為商品 B 的單價。

  • xq>0\frac{\partial x}{\partial q} > 0yp>0\frac{\partial y}{\partial p} > 0,則兩者互為替代商品 (substitute commodities)(意即商品 B 的價格上升,會使商品 A 的需求量增加)。
  • xq<0\frac{\partial x}{\partial q} < 0yp<0\frac{\partial y}{\partial p} < 0,則兩者互為互補商品 (complementary commodities)(意即商品 B 的價格上升,會使商品 A 的需求量減少)。

我們分別計算這兩個偏導數:

1. 計算 xq\frac{\partial x}{\partial q}

給定 x=f(p,q)=q2q+p2x = f(p, q) = \frac{q^2}{q + p^2}。對 qq 求偏導:

xq=q(q2q+p2)\frac{\partial x}{\partial q} = \frac{\partial}{\partial q} \left( \frac{q^2}{q + p^2} \right)

使用商的求導法則:

xq=(2q)(q+p2)(q2)(1)(q+p2)2=2q2+2qp2q2(q+p2)2=q2+2qp2(q+p2)2\frac{\partial x}{\partial q} = \frac{(2q)(q + p^2) - (q^2)(1)}{(q + p^2)^2} = \frac{2q^2 + 2qp^2 - q^2}{(q + p^2)^2} = \frac{q^2 + 2qp^2}{(q + p^2)^2}

由於單價 p>0p > 0q>0q > 0,故分子與分母皆為正數,得:

xq>0\frac{\partial x}{\partial q} > 0

2. 計算 yp\frac{\partial y}{\partial p}

給定 y=g(p,q)=e2q+py = g(p, q) = e^{-2q + p}。對 pp 求偏導:

yp=p(e2q+p)=e2q+pp(2q+p)=e2q+p1=e2q+p\frac{\partial y}{\partial p} = \frac{\partial}{\partial p} \left( e^{-2q + p} \right) = e^{-2q + p} \cdot \frac{\partial}{\partial p}(-2q + p) = e^{-2q + p} \cdot 1 = e^{-2q + p}

因為指數函數的值恆大於零,得:

yp>0\frac{\partial y}{\partial p} > 0

3. 結論

因為對所有的 p>0p > 0q>0q > 0,交叉偏導數:

xq>0yp>0\frac{\partial x}{\partial q} > 0 \quad \text{且} \quad \frac{\partial y}{\partial p} > 0

這代表兩商品為替代商品 (substitute commodities)

結論: 8. 填入 substitute\displaystyle \text{substitute}