Document

Ch 2
Consumer Choice
Consumer Choice
โ€ข ๐‘™ = 1, 2, โ€ฆ . , L finite number of products
๐‘ฅ1
โ€ข ๐‘ฅ = โ‹ฎ , commodity vector
๐‘ฅ๐ฟ
โ€ข Let XโŠ‚ โ„๐ฟ , a subset of โ„๐ฟ โ‡’ consumption set
๐‘1
โ€ข ๐‘ = โ‹ฎ be the price vector the consumer faces
๐‘๐ฟ
โ€ข โ‡’ consumers are price takers (competitive buyers)
โ€ข โ‡’ assume ๐‘ โ‰ซ 0, i.e. ๐‘๐‘™ , โˆ€๐‘™, the price for each commodity
is positive.
Budget set
โ€ข Budget set:
โ€“ the set of affordable consumption bundles
โ€“ ๐ต๐‘,๐‘ค = ๐‘ฅ โˆˆ โ„๐ฟ+ โˆถ ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ค (๐‘œ๐‘Ÿ ๐‘ โˆ™ ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ค) , where ๐‘๐‘‡ =
๐‘1 โ€ฆ ๐‘๐ฟ
โ€ข Remarks:
๐‘ฅ1
โ€“ ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ = ๐‘1 โ€ฆ ๐‘๐ฟ โ‹ฎ = ๐ฟ๐‘™=1 ๐‘๐‘™ ๐‘ฅ๐‘™
๐‘ฅ๐ฟ
โ€“ Walrasian or Competitive budget set
Convexity
โ€ข Definition: The set ๐‘‹ โŠ‚
โ„๐ฟ is convex if for any
๐‘ฅ โˆˆ ๐‘‹ and ๐‘ฅโ€ฒ โˆˆ ๐‘‹, we
have ๐‘ฅ โ€ฒโ€ฒ = ๐›ผ๐‘ฅ +
1 โˆ’ ๐›ผ ๐‘ฅ โ€ฒ โˆˆ ๐‘‹, such
that x โ€ฒโ€ฒ is also in the
set.
xโ€˜โ€™
x'
x
x
xโ€˜โ€™
x'
Convex Budget Set
โ€ข โ‡’ ๐ต ๐‘,๐‘ค is a convex set.
โ€ข (proof:)
โ€“ let ๐‘ฅ, ๐‘ฅโ€ฒ โˆˆ ๐ต ๐‘,๐‘ค
โ€“ By definition of ๐ต ๐‘,๐‘ค , ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ค & ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅโ€ฒ โ‰ค ๐‘ค
โ€“ let ๐‘ฅโ€ฒโ€ฒ = ๐›ผ๐‘ฅ + 1 โˆ’ ๐›ผ ๐‘ฅโ€ฒ
โ€“ ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ โ€ฒโ€ฒ = ๐›ผ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ + 1 โˆ’ ๐›ผ ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅโ€ฒ โ‰ค ๐‘ค
2.E Demand function & comparative Statics
โ€ข ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค : Walrasian demand correspondence
โ€“ The set of consumption bundles an individual
consumer likes most given ๐‘, ๐‘ค .
โ€“ If single-valued โ†’ demand function
Homogeneous demand
โ€ข Definition: ๐‘“ ๐‘ก, ๐‘Ž is homogeneous of degree k in ๐‘ก, if
๐‘“ ๐›ผ๐‘ก, ๐‘Ž = ๐›ผ ๐‘˜ ๐‘“ ๐‘ก, ๐‘Ž , โˆ€๐‘ก, ๐‘Ž & ๐›ผ > 0
โ€ข Property: ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค is homogeneous of degree 0 in
๐‘ & ๐‘ค; that is, ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค = ๐›ผ 0 ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค = ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ,
โˆ€๐‘, ๐‘ค & ๐›ผ > 0
โ€“ ๐ต๐‘,๐‘ค : ๐‘ฅ: ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ค
โ€“ ๐ต๐›ผ๐‘,๐›ผ๐‘ค : ๐‘ฅ: ๐›ผ๐‘ ๐‘‡ ๐‘ฅ โ‰ค ๐›ผ๐‘ค = ๐‘ฅ: ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ค = ๐ต๐‘,๐‘ค
โ€“ the budget set remains the same if p & w experience the
same proportional change;
โ€“ ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค = ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค if ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค depends only on the
budget set.
Walrasโ€™ law
โ€ข Definition: ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค satisfies the Walrasโ€™ law if
for every ๐‘ โ‰ซ 0 & ๐‘ค > 0, ๐’‘๐‘ป ๐’™ = ๐’˜ , โˆ€๐‘ฅ โˆˆ
๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค .
EXAMPLE
โ€ข ๐‘ฅ1 ๐‘, ๐‘ค =
โ€ข ๐‘ฅ2 ๐‘, ๐‘ค =
โ€ข ๐‘ฅ3 ๐‘, ๐‘ค =
๐‘2 ๐‘ค
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3 ๐‘1
๐‘3 ๐‘ค
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3 ๐‘2
๐›ฝ๐‘1 ๐‘ค
,
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3 ๐‘3
๐›ฝโ‰ค1
โ€ข ๐‘ฅ1 ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค = ๐‘ฅ1 ๐‘, ๐‘ค
โ€ข ๐‘ฅ2 ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค = ๐‘ฅ2 ๐‘, ๐‘ค
โ€ข ๐‘ฅ3 ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค = ๐‘ฅ3 ๐‘, ๐‘ค ,โ†’ x(p,w) is h.d(0)
๐‘2 ๐‘ค
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3 ๐‘1
๐‘1 +๐‘2 +๐›ฝ๐‘3 ๐‘ค
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3
โ€ข ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ = ๐‘1
+ ๐‘2
๐‘3 ๐‘ค
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3 ๐‘2
โ€ข x(p,w) satisfies W.L Iff ๐›ฝ = 1
+ ๐‘3
๐›ฝ๐‘1 ๐‘ค
๐‘1 +๐‘2 +๐‘3 ๐‘3
=
Math front
โ€ข If ๐‘“(๐‘ฅ): ๐‘…๐ฟ โ†’ ๐‘…, is a
scalar function where
๐‘ฅ1
๐‘ฅ= โ‹ฎ .
๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘“(๐‘ฅ)
โ€ข ๐›ป๐‘“ ๐‘ฅ =
๐œ•๐‘ฅ1
,
โ‹ฎ
๐œ•๐‘“(๐‘ฅ)
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
the gradient vector.
โ€ข EX: ๐‘ข ๐‘ฅ = 3๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ20.3
๐‘ฅ30.2 ,
โ€“ ๐›ป๐‘ข ๐‘ฅ =
1.2๐‘ฅ1โˆ’0.6 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ30.2
0.9๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ2โˆ’0.7 ๐‘ฅ30.2
0.6๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ3โˆ’0.8
โ€ข EX: ๐ถ ๐‘ฅ = ๐‘ โˆ™ ๐‘ฅ
๐‘1
โ€“ ๐›ป๐ถ ๐‘ฅ = ๐‘2
๐‘3
๐‘“1 (๐‘ฅ)
โ‹ฎ : ๐‘…๐ฟ โ†’ ๐‘…๐‘€ , a
โ€ข ๐ผ๐‘“ ๐‘“ ๐‘ฅ =
๐‘“๐‘€ (๐‘ฅ)
vector function.
๐‘ฅ1 (๐‘, ๐‘ค)
โ‹ฎ
โ€“ EX: ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค =
:
๐‘ฅ๐ฟ (๐‘, ๐‘ค)
๐ฟ+1
๐ฟ
๐‘…
โ†’๐‘…
๐œ•๐‘ฅ1 (๐‘, ๐‘ค)
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ (๐‘, ๐‘ค)
๐œ•๐‘ฅ1 (๐‘,๐‘ค)
โ€ข ๐ท๐‘ฅ ๐‘“(๐‘ฅ)=
๐œ•๐‘“1 (๐‘ฅ)
โ€“
โ€ข EX:
โ€ข ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค =
๐œ•๐‘ฅ1 (๐‘, ๐‘ค)
๐œ•๐‘1 โ‹ฏ
โ‹ฎ
โ‹ฑ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ (๐‘, ๐‘ค)
๐œ•๐‘1 โ‹ฏ
๐œ•๐‘ฅ1
โ‹ฎ
๐œ•๐‘“๐‘€ (๐‘ฅ)
๐œ•๐‘ฅ1
โ‹ฏ
โ‹ฑ
โ‹ฏ
๐œ•๐‘“1 (๐‘ฅ)
โ€ข ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค =
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
โ‹ฎ
๐œ•๐‘“๐‘€ (๐‘ฅ)
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘ค
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ (๐‘,๐‘ค)
๐œ•๐‘ค
๐œ•๐‘๐ฟ
๐œ•๐‘๐ฟ
โ€ข If ๐‘“(๐‘ฅ): ๐‘… ๐ฟ โ†’ ๐‘…, the Hessian matrix ๐ท2 ๐‘“ ๐‘ฅ = ๐ท[๐›ป๐‘“ ๐‘ฅ ]
โ€“ EX: ๐‘ข ๐‘ฅ = 3๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ30.2
1.2๐‘ฅ1โˆ’0.6 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ30.2
โ€“ ๐›ป๐‘ข ๐‘ฅ = 0.9๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ2โˆ’0.7 ๐‘ฅ30.2
0.6๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ3โˆ’0.8
โ€“ ๐ท2 ๐‘ข ๐‘ฅ = ๐ท ๐›ป๐‘ข ๐‘ฅ =
โˆ’0.72๐‘ฅ1โˆ’1.6 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ30.2 0.36๐‘ฅ1โˆ’0.6 ๐‘ฅ2โˆ’0.7 ๐‘ฅ30.2
0.36๐‘ฅ1โˆ’0.6 ๐‘ฅ2โˆ’0.7 ๐‘ฅ30.2 โˆ’0.63๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ2โˆ’1.7 ๐‘ฅ30.2
0.24๐‘ฅ1โˆ’0.6 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ3โˆ’0.8 0.18๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ2โˆ’0.7 ๐‘ฅ3โˆ’0.8
0.24๐‘ฅ1โˆ’0.6 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ3โˆ’0.8
0.18๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ2โˆ’0.7 ๐‘ฅ3โˆ’0.8
โˆ’0.48๐‘ฅ10.4 ๐‘ฅ20.3 ๐‘ฅ3โˆ’1.8
Comparative statics of x(p, w)
๐‘ฅ1 (๐‘, ๐‘ค)
โ‹ฎ
โ€ข If demand function ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค =
is differentiable
๐‘ฅ๐ฟ (๐‘, ๐‘ค)
๐œ•๐‘ฅ1 ๐‘, ๐‘ค /๐œ•๐‘ค
โ‹ฎ
โ€“ ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค =
, derivative matrix of
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ ๐‘, ๐‘ค /๐œ•๐‘ค
๐ฟ×1
๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค with respect to w, the individualโ€™s income.
โ€“ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค =
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘1
โ€ฆ
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘๐ฟ
, derivative matrix of ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค
โ‹ฑ
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
โ€ฆ
๐œ•๐‘1
๐œ•๐‘๐ฟ ๐ฟ×๐ฟ
with respect to p, the price vector.
โ‹ฎ
โ€ข Chain Rule
โ€ข Suppose ๐‘”(๐‘ฅ): ๐‘… ๐ฟ โ†’ ๐‘…๐พ and ๐‘“(๐‘ฅ): ๐‘…๐พ โ†’ ๐‘…๐‘€ are
differentiable, and so is ๐‘“(๐‘” ๐‘ฅ ). ๐ท๐‘ฅ ๐‘“ ๐‘”(๐‘ฅ) =
๐ท๐‘“ ๐‘”(๐‘ฅ )๐ท๐‘” ๐‘ฅ
โ€“ EX: ๐‘“(๐›ผ๐‘ฅ)
โ€ข ๐ท๐›ผ ๐‘“ ๐›ผ๐‘ฅ =๐ท๐›ผ๐‘ฅ ๐‘“ ๐›ผ๐‘ฅ ๐‘ฅ
๐‘
โ€“ EX: let ๐‘ฆ =
, ๐‘ฅ(๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค)=๐‘ฅ ๐›ผ๐‘ฆ , (Note ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘ฆ and ๐‘ฅ ๐‘ฆ
๐‘ค
are of the same function, but evaluated at different value)
โ€ข ๐ท๐›ผ ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘ฆ =๐ท๐›ผ๐‘ฆ ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘ฆ ๐‘ฆ = ๐ท๐›ผ๐‘ ๐‘ฅ(๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค) ๐ท๐›ผ๐‘ค ๐‘ฅ(๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค)
=๐ท๐›ผ๐‘ ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค ๐‘ + ๐ท๐›ผ๐‘ค ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค ๐‘ค
๐‘
๐‘ค
โ€ข Product Rule
โ€ข Suppose ๐‘“(๐‘ฅ): ๐‘…๐ฟ โ†’ ๐‘… with ๐‘“ ๐‘ฅ = ๐‘” ๐‘ฅ โˆ™
โ„Ž ๐‘ฅ , where ๐‘” โˆ™ and โ„Ž โˆ™ are both vectors.
โ€ข ๐ท๐‘“ ๐‘ฅ = ๐‘” ๐‘ฅ โˆ™ ๐ทโ„Ž ๐‘ฅ + โ„Ž ๐‘ฅ โˆ™ ๐ท๐‘” ๐‘ฅ
โ€“ EX: ๐‘“ ๐‘ = ๐‘ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค
โ€“ ๐ท๐‘“ ๐‘ = ๐‘ โˆ™ ๐ท๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค โˆ™ ๐ท๐‘ =๐‘ โˆ™
๐ท๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค โˆ™ ๐ผ=๐‘ โˆ™ ๐ท๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค
Interchanging derivatives
โ€ข ๐›ป๐‘ฅ ๐‘“ ๐‘ฅ = ๐ท๐‘ฅ ๐‘“(๐‘ฅ) ๐‘‡ if ๐‘“(๐‘ฅ) is a real-valued
function. If ๐‘“(๐‘ฅ) is a vector-valued function, note
that ๐ท๐‘ฅ ๐‘“(๐‘ฅ) ๐‘‡ =๐›ป๐‘ฅ [๐‘“ ๐‘ฅ ๐‘‡ ]
โ€ข Chain Rule:
๐‘‡
โ€“ ๐›ป๐‘ฅ ๐‘“ ๐‘”(๐‘ฅ) = ๐ท๐‘ฅ ๐‘“(๐‘”(๐‘ฅ)) = ๐ท๐‘” ๐‘“(๐‘”)๐ท๐‘ฅ ๐‘”(๐‘ฅ)
๐‘‡
๐‘‡
๐ท๐‘ฅ ๐‘”(๐‘ฅ)) ๐ท๐‘” ๐‘“(๐‘”) =๐›ป๐‘ฅ ๐‘” ๐‘ฅ ๐›ป๐‘” ๐‘“ ๐‘”
โ€ข Product Rule:
โ€“ ๐›ป๐‘ฅ ๐‘“ ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘” ๐‘ฅ = ๐›ป๐‘ฅ [๐‘” ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘“ ๐‘ฅ ]๐‘‡ =
๐ท๐‘ฅ [๐‘” ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘“ ๐‘ฅ ] ๐‘‡ = [๐‘” ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐ท๐‘ฅ ๐‘“ ๐‘ฅ +
๐‘‡
=
Implication of Walrasโ€™ law
โ€ข W. L. โ‡’ ๐‘ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค โ‰ก ๐‘ค,
โ€ข differentiating w.r.t. p
โ€ข ๐’‘๐‘ป ๐‘ซ๐’‘ ๐’™ ๐’‘, ๐’˜ + ๐’™๐‘ป ๐’‘, ๐’˜ ๐‘ฐ = ๐ŸŽ๐‘ป (2.E.5)
โ€ข
๐œ•๐‘ฅ๐‘™
๐ฟ
๐‘™=1 ๐‘๐‘™ ๐œ•๐‘
๐‘˜
+ ๐‘ฅ๐‘˜ = 0, for ๐‘˜ = 1, โ€ฆ , ๐ฟ,
โ€ข Total expenditure cannot change in response
to a change in prices (Cournot aggregation).
(1) differentiate w.r.t. p
โ€ข ๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค = 0
โ€ข ๐‘1
๐‘ฅ1
โ€ข โ‡’
โ€ฆ
๐‘๐ฟ
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘1
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘1
โ€ฆ
โ‹ฑ
โ€ฆ
โ€ฆ ๐‘ฅ๐ฟ = 0
๐œ•๐‘ฅ๐‘™
๐ฟ
๐‘™=1 ๐‘๐‘™ ๐œ•๐‘
๐‘˜
+ ๐‘ฅ๐‘˜ = 0
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘๐ฟ
+
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘๐ฟ
โˆ€ ๐‘˜ = 1,2, โ€ฆ , ๐ฟ
Implication of Walrasโ€™ law
(2) differentiate w.r.t. w
โ€ข ๐‘ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค โ‰ก ๐‘ค, โ‡’ ๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + 0 = 1
โ€ข ๐’‘๐‘ป ๐‘ซ๐’˜ ๐’™ ๐’‘, ๐’˜ = ๐Ÿ, (2.E.7)
โ€ข
๐‘1
โ€ฆ ๐‘๐ฟ
๐œ•๐‘ฅ1 ๐‘,๐‘ค
๐œ•๐‘ค
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ ๐‘,๐‘ค
๐œ•๐‘ค
=1โ‡’
๐œ•๐‘ฅ๐‘™ ๐‘,๐‘ค
๐ฟ
๐‘™=1 ๐‘๐‘™
๐œ•๐‘ค
=1
โ€ข Engel aggregation, the total expenditure must change
by an amount equal to any income change
Property ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค โ†’ homogeneous of degree 0
โ€ข
โ€ข
โ€ข
โ€ข
๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค โ‰ก ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค
Differentiate w.r.t. ๐›ผ โ‡’ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค ๐‘ + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค ๐‘ค = 0
Evaluate at ๐›ผ = 1
โ‡’ ๐‘ซ๐’‘ ๐’™ ๐’‘, ๐’˜ ๐’‘ + ๐‘ซ๐’˜ ๐’™ ๐’‘, ๐’˜ ๐’˜ = ๐ŸŽ (2.E.2)
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘1
โ€ข
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘1
โ€ฆ
โ‹ฑ
โ€ฆ
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘๐ฟ
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘๐ฟ
๐ฟ×๐ฟ × ๐ฟ×1
โ€ข
๐ฟ ๐œ•๐‘ฅ๐‘˜
๐‘™=1 ๐œ•๐‘ ๐‘๐‘™
๐‘™
+
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘ค
๐‘1
โ‹ฎ
๐‘๐ฟ +
๐œ•๐‘ฅ๐‘˜
๐‘ค
๐œ•๐‘ค
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘ค
๐‘ค=0
๐ฟ×1
=0
โˆ€๐‘˜ = 1,2, โ€ฆ , ๐ฟ, (2.E.1)
โ€ข Price and wealth derivatives sum to zero when weighted by these
prices and wealth.
โ€ข If ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค is homogeneous of degree 0, then
for all p, w
โ€ข ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ค = 0
โ€ข
โ€ข
๐œ•๐‘ฅ๐‘˜ ๐‘ค
๐ฟ ๐œ•๐‘ฅ๐‘˜ ๐‘๐‘™
โ‡’ ๐‘™=1
+
=0
๐œ•๐‘๐‘™ ๐‘ฅ๐‘˜
๐œ•๐‘ค ๐‘ฅ๐‘˜
๐œ•๐‘ฅ๐‘˜ /๐‘ฅ๐‘˜
๐ฟ ๐œ•๐‘ฅ๐‘˜ /๐‘ฅ๐‘˜
๐‘™=1 ๐œ•๐‘ /๐‘ + ๐œ•๐‘ค/๐‘ค = 0
๐‘™ ๐‘™
โ‡’ ๐ฟ๐‘™=1 ๐œ€๐‘˜,๐‘™ + ๐œ€๐‘˜,๐‘ค = 0 โˆ€๐‘˜
โ‡’
= 1,2, โ€ฆ , ๐ฟ,
Weak Axiom (WA)
โ€ข Definition: ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค satisfies the Weak Axiom of
revealed preference (WA) if the following holds
for any ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ & ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ :
โ€ข Suppose ๐’‘โ€ฒ โˆ™ ๐’™ ๐’‘โ€ฒโ€ฒ , ๐’˜โ€ฒโ€ฒ โ‰ค ๐’˜โ€ฒ , ๐’‚๐’๐’… ๐’™ ๐’‘โ€ฒ , ๐’˜โ€ฒ โ‰ 
๐’™ ๐’‘โ€ฒ โ€ฒ, ๐’˜โ€ฒโ€ฒ , then ๐’‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐’™ ๐’‘โ€ฒ , ๐’˜โ€ฒ > ๐’˜โ€ฒ.
โ€ข Suppose ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ & ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ โ€ฒ, ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ are both
affordable under ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ , ๐‘๐‘ข๐‘ก ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ is chosen,
instead of ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ โ€ฒ, ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ , then ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ is not
affordable under ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘คโ€ฒโ€ฒ ; (If the consumer has a
stable preference)
๐’™๐Ÿ
โ€ข Continuous on
definition of WA
โ€ข If ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โ‰ค ๐‘คโ€ฒ
then ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ >
๐‘คโ€ฒโ€ฒ
๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โ‰ค ๐‘คโ€ฒ
โ€ข โ‡’ โ€ฒโ€ฒ
๐‘ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ โ‰ค ๐‘คโ€ฒโ€ฒ
will exist just one
๐’™(๐’‘โ€ฒโ€ฒ , ๐’˜โ€ฒโ€ฒ )
๐’™(๐’‘โ€ฒ , ๐’˜โ€ฒ )
๐’™๐Ÿ
Property 2.F.1
โ€ข Suppose ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค is homogeneous of degree 0 & it satisfies
Walrasโ€™ Law, then ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค satisfies WA if and only if the
following holds:
โ€ข For any compensated price change from an initial situation
๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ to ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ = ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ , we have
โ€ข ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ โ‰ค 0 โจ‚
โ€“ < 0 if ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โ‰  ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ
โ€ข Compensated Law of Demand, (CLD)
โ€“ ๐‘Š๐ด โ†” ๐ถ๐ฟ๐ท
โ€“ The (uncompensated) law of demand (ULD) is a stronger
assumption!!!
Proof
1.
WA โ‡’โจ‚
โ€“
โ€“
โ€“
โ€“
2.
๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ โˆ’ ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ
๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ โˆ’ ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ + ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ < 0
Because ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ = ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ = ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ by WL
๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ > 0 by WA
โจ‚โ‡’ WA
โ€“ First note WA holds for any change from (๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ ) to (๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ ) if and
only if WA holds for any compensated price change from (๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ ) to
๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ ,
โ€“ โˆ’๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ + ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ < 0 for a compensated price change
๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ = ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ if ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โ‰  ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ
โ€“ ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โ‰ค ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ = ๐‘ค โ€ฒ if WA doesnโ€™t hold
โ€“ It contradicts โจ‚ by using ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ = ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ
CLD: a differentiable version
โ€ข For ๐‘โ€ฒ โ†’ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ = ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ
โ€ข CLD โ‡’ ๐‘โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘โ€ฒ โˆ™ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒโ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒโ€ฒ โˆ’ ๐‘ฅ ๐‘โ€ฒ , ๐‘ค โ€ฒ โ‰ค 0
โ€ข For differentiable ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค , and ๐‘‘๐‘ค = ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘‘๐‘ โ‡’ ๐‘‘๐‘๐‘‡ ๐‘‘๐‘ฅ โ‰ค 0
โ€ข ๐‘ฅ โ‰ก ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค
โ€ข take a total differentiation
โ€ข ๐‘‘๐‘ฅ = ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘‘๐‘ + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘‘๐‘ค = ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘‘๐‘ +
๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘‘๐‘ = ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘‘๐‘
โ€ข CLD (or WA) โ‡’ ๐‘‘๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘‘๐‘ โ‰ค 0
โ€ข Let ๐‘† ๐‘, ๐‘ค = ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ , Slutsky
(substitution) matrix
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘1
โ€ข ๐“
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘1
โ€ฆ
โ‹ฑ
โ€ฆ
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘๐ฟ
๐œ•๐‘ฅ1
๐œ•๐‘ค
โ‹ฎ
โ‹ฎ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘๐ฟ
+
๐‘ฅ1
โ€ฆ
๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘ฅ๐ฟ
๐œ•๐‘ค
๐“€
โ€ข ๐‘†๐“๐“€ =
๐œ•๐‘ฅ๐“
๐œ•๐‘๐“€
+
๐œ•๐‘ฅ๐“
๐‘ฅ
๐œ•๐‘ค ๐“€
โ€ข ๐‘† ๐‘, ๐‘ค : if WA (CLD) holds,
โ€ข โ‡’ ๐‘† ๐‘, ๐‘ค is negative semidefinite
โ€ข โ‡’ ๐‘†๐“๐“ ๐‘, ๐‘ค โ‰ค 0 (๐‘“11 < 0, ๐‘“22 < 0, โ€ฆ )
Remarks:
โ€ข
๐œ•๐‘ฅ๐‘™
๐œ•๐‘๐‘™
+
โ€“ if
๐œ•๐‘ฅ๐‘™
๐‘ฅ๐‘™
๐œ•๐‘ค
๐œ•๐‘ฅ๐‘™
๐œ•๐‘๐‘™
โ‰ค0
โ‰ฅ 0 (very unusual), then
๐œ•๐‘ฅ๐‘™
๐œ•๐‘ค
โ‰ค0
โ€“ if good ๐‘™ is a Giffen good, then ๐‘™ must be an
inferior good
โ€ข โ‡’ ๐‘† ๐‘, ๐‘ค is symmetric for L = 2, but not
for L โ‰ฅ 3
Property 2.F.3
โ€ข Suppose ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค is differentiable,
homogeneous of degree 0 in ๐‘, ๐‘ค & it
satisfies Walrasโ€™ Law, then
โ€ข 1 ๐‘† ๐‘, ๐‘ค ๐‘ = 0
โ€ข 2 ๐‘๐‘‡ ๐‘† ๐‘, ๐‘ค = 0
Proof
โ€ข (1) ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค is homogeneous of degree 0
โ€ข ๐‘ฅ ๐›ผ๐‘, ๐›ผ๐‘ค โ‰ก ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค
โ€ข โ‡’ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ค = 0 (by Property 2.E.1)
โ€ข โˆด๐‘† ๐‘, ๐‘ค ๐‘
โ€ข = ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘
โ€ข = ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘
โ€ข = โˆ’๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ค + ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘ = 0
โ€ข Note ๐‘† ๐‘, ๐‘ค ๐‘ indeed is 2.E.2 if WL holds so that
๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค = ๐‘ค
Proof Cont.
โ€ข
โ€ข
โ€ข
โ€ข
โ€ข
โ€ข
โ€ข
โ€ข
(2) From WL, ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค = ๐‘ค
Taking differentiation w.r.t. p
๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค = 0๐‘‡ (by Property 2.E.2)
โˆด๐‘๐‘‡ ๐‘† ๐‘, ๐‘ค = ๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค
= โˆ’๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค
Taking differentiation of ๐‘๐‘‡ ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค = ๐‘ค w.r.t. w
๐‘๐‘‡ ๐ท๐‘ค ๐‘ฅ ๐‘, ๐‘ค = 1
โˆด๐‘๐‘‡ ๐‘† ๐‘, ๐‘ค = โˆ’๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค + ๐‘ฅ ๐‘‡ ๐‘, ๐‘ค = 0
Note ๐‘๐‘‡ ๐‘† ๐‘, ๐‘ค is indeed a combination of 2.E.5 &
2.E.7