111 年 國立臺灣大學經濟學系碩士班《總體經濟學》
第 1 題50 分
A consumer lives for two periods. His current income is , and his income next period is . Suppose the real interest rate is . Assume he has the log utility function: . Calculation is up to two decimal points. You must show your deriving process.
a) What is the intertemporal budget constraint equation and his lifetime income? Plot the intertemporal budget constraint, where the vertical axis is and the horizontal axis is , mark the intercepts and the slope clearly.
b) Suppose , what is the Euler equation, optimal consumption , , and saving? Plot your solution, the optimal indifference curve, on the intertemporal budget constraint.
c) Suppose the consumer faces a no-borrowing constraint. That is, he can only save. Under the no-borrowing constraint, what is the Euler equation, the optimal consumption , ? Plot your solution on the intertemporal budget constraint along with the no-borrowing constraint.
d) Following from b), suppose the interest rate for saving and the deposit is still . However, when one borrows, the borrowing interest rate is . What is the Euler equation, the optimal consumption , ? Plot your solution on the intertemporal budget constraint with different interest rates for the saving and borrowing.
Now assume the utility function has the following form: . The real interest rate is and . With this utility function, utility equals the minimum of period t and t+1 consumption. For example, if and , the . This means and are perfect complements.
e) For this perfect complement utility function, you cannot use calculus or Euler equation to characterize optimal behavior. Instead, think about it without math. What is the condition between and when the consumer is behaving optimally?
f) Use the condition you have in e) to solve for the optimal consumption and . Is he a saver or a borrower?
g) What is the value of marginal propensity to consume (MPC) at t?
h) Derive the relation between the optimal and the interest rate. Is the current optimal consumption decreasing in the real interest rate?
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此題為一標準的跨期消費與儲蓄模型,涵蓋了預算限制式、歐拉方程、無借貸限制、不同借貸利率下的消費決策,以及完全互補效用函數下的消費行為。
核心觀念:
- 跨期預算限制式: 將現期與未來收入折現至同一時點,或將現期與未來消費折現至同一時點,兩者相等。
- 歐拉方程 (Euler Equation): 透過邊際效用相等原則,連結現期與未來消費的邊際替代率與相對價格(即實質利率)。
- 無借貸限制 (No-borrowing Constraint): 限制現期消費不得超過現期收入,若有剩餘可儲蓄,但不能負債。
- 異質性利率 (Asymmetric Interest Rates): 儲蓄與借款適用不同利率,需分別處理。
- 完全互補效用函數: 邊際效用為零或無限大,無法用微分求極值,需透過其他條件判斷。
- 邊際消費傾向 (MPC): 衡量當可支配所得變動一單位時,消費變動的量。
解題過程:
基本參數:
現期收入
未來收入
實質利率
折現因子 (在不同小題中給定)
效用函數 (分段給定)
a) 跨期預算限制式與終身所得
跨期預算限制式可以將現期與未來消費及收入連結起來。將未來收入折現至現期:
將現期與未來消費折現至未來:
將給定數值代入:
這就是跨期預算限制式。
終身所得 (Lifetime Income) 是指將所有時期的收入折現到同一時點的總和。在此為兩時期,我們可以將兩期收入都折現到現期:
終身所得 。
或者折現到未來:
終身所得 。
通常我們使用將所有收入折現到現期的值。
繪製預算限制式:
預算線方程式為
- 縱軸截距 (): 。此點代表消費者將所有現期收入都儲蓄起來,並在下一期消費。
- 橫軸截距 (): 。此點代表消費者將所有終身所得(折現到現期)都用於現期消費。
- 斜率: 。斜率為負,代表為了增加現期消費,必須減少未來消費。
b) 時的歐拉方程、最適消費與儲蓄
效用函數為 。
跨期預算限制式(無借貸限制):
歐拉方程:
歐拉方程是透過最大化效用得到的,其一般形式為:
或
(更常見的寫法,但在此我們用兩種方式推導)
使用 :
歐拉方程為:
在此小題中, 且 ,所以:
最適消費:
將歐拉方程 代入跨期預算限制式 :
則 。
儲蓄 (Saving):
儲蓄
此結果表示消費者是借款人 (borrower),借了 5 元。
繪製最適點與無異曲線:
預算線為 。
最適點為 。
無異曲線是 的等高線。在最適點,無異曲線的斜率 應等於預算線的斜率 。
,符合預算線斜率。
最適點在預算線上,且無異曲線與預算線相切。
c) 無借貸限制下的歐拉方程、最適消費
無借貸限制表示 (儲蓄 )。
若最適解落在 範圍內,則與有借貸限制的結果相同。
若最適解落在 範圍,則消費者無法達到該點,必須在 處消費。
在 b) 小題中,我們計算出最適消費為 。
然而,在無借貸限制下,消費者只能儲蓄,不能借款,所以 。
由於 ,而計算出的 ,這表示原來的最適解 在無借貸限制下是不可行的。
因此,消費者的消費將被限制在 。
新的預算限制式:
由於 ,消費者將其現期收入消費後,剩餘 。
因此,他不能儲蓄,也不能借款。
他下一期的消費完全由下一期收入決定,即 。
歐拉方程的修正:
在這種情況下,由於 且 ,我們需要檢查邊際效用是否滿足歐拉方程或其邊界條件。
歐拉方程的條件是 。
代入 和 (假設他能達到這個點,但實際上他只能消費 ),以及 。
vs 。
。
這表示,在 的點,下一期的預期消費 相對於現期消費 來說,是「過多」的,或者說,他可以透過減少現期消費來增加未來消費,從而提高總效用。
然而,由於 且 ,他無法再減少現期消費以增加儲蓄。
因此,他的行為被約束在 。
最適消費:
(因為儲蓄為零,下一期消費就是下一期收入)
繪製:
預算線現在變成了兩段:
- 從 到 ,斜率為 。 (這段是潛在的消費組合,但受限於 )
- 從 到 ,這段線的斜率為 。
然而,由於無借貸限制,預算線實際為:
從 到 (斜率 ),然後從 點開始,由於 且 ,下一期消費 只能等於 。
所以,預算線的實際可及範圍是:
從 到 (斜率 ),然後在 的垂直線上,往上最多到 。
但考慮到他只能儲蓄,所以他的消費組合 必須滿足:
將 代入:
這就是新的預算限制式。
若 ,則 。
若 ,則 可以高於 。
實際的預算線 (無借貸限制):
從 到 (斜率 ),然後從 點開始,在 的垂直線上,最高只能到 。
因此,實際可及的預算線是由 連接到 ,再由 垂直向上延伸到 嗎? 不對。
實際可及的預算線是:
從 到 (斜率 ),然後再從 點,由於 且 ,所以 只能是 。
所以,實際預算線是從 連接到 ,然後再從 點,由於 且 ,下一期的最大消費就是 。
因此,實際預算線是:從 到 ,然後在 的點,實際消費組合是 。
這表示,消費者在 時,下一期的消費被限制在 。
所以,最適點是 。
在這個點,無異曲線與預算線的「拐點」接觸。
繪製圖形:
預算線:
縱截距:
橫截距:
斜率:
無借貸限制:
實際預算線: 從 連接到 ,然後在 的點,只考慮 這個點。
因此,預算線是從 到 ,然後在 時,消費組合只能是 。
所以,實際可及的預算線是從 到 ,然後再從 點,由於 且 ,所以 必須為 。
因此,預算線是從 連接到 ,然後在 的點,消費組合是 。
最適點是 。
在此點,無異曲線與預算線的斜率不一定相等,但這是最優選擇。
確認歐拉方程的邊界條件:
歐拉方程的條件是 。
如果最適點是 ,那麼 而 。
所以 。
這表示,在 的點,消費者「寧願」增加未來消費。
由於他已經是 且 ,他無法再減少現期消費來增加儲蓄。
因此,他的最佳選擇就是 。
繪製圖形:
預算線:從 到 (斜率 ),然後從 點,由於 且 ,下一期消費 只能是 。
所以,實際預算線是從 連接到 ,然後在 的點,消費組合是 。
圖形上,預算線在 處有一個「轉折」,然後在 的垂直線上,最高點是 。
無異曲線通過 。
最適點是 。
歐拉方程 (無借貸限制):
如果 且 ,則歐拉方程為 。
如果 (即 ),則需要看 相對於 的情況。
如果 (考慮到 時,下一期最大消費是 ),則最適解是 。
在這個例子中,當 時, 最大值是 。
而歐拉方程預測的 。
由於 ,意味著在 的點,消費者「願意」讓 比歐拉方程預測的還高。
因此,最適解是 。
由於 且 , 儲蓄 。
下一期消費 。
所以,無借貸限制下的歐拉方程變為:
如果 且 ,則用歐拉方程。
如果 且 ,則 。
在這個例子中,, , 。
。
。
由於 ,所以 。
最適消費:
d) 異質性利率 (儲蓄 , 借款 )
效用函數 ,且 。
現期收入 ,未來收入 。
儲蓄利率 ,借款利率 。
分析預算限制式:
情況一:消費者是儲蓄者 ()
此時,儲蓄 獲得 的利率。
未來消費為
此預算線斜率為 。
情況二:消費者是借款者 ()
此時,借款 的成本是 的利率。
未來消費為
此預算線斜率為 。
預算線的轉折點:
轉折點在 。
當 時:
從儲蓄者角度: 。
從借款者角度: 。
所以,兩條預算線在 處連接。
歐拉方程:
由於 , 歐拉方程為 。
但是,這裡的 取決於消費者是儲蓄者還是借款者。
尋找最適解:
我們需要比較在不同利率下的邊際效用。
假設最適解在儲蓄區間 ()。
則歐拉方程為 。
將此代入儲蓄區間的預算線 :
第 3 題12 分
The basic Solow model without growth
Suppose Country A’s initial steady-state capital stock is , which is larger than its Golden Rule capital stock (). The policymakers in Country A introduce a policy to adjust the saving rate () at time so that the adjustment leads to the Golden Rule steady state. What happens to consumption per person (), output per person (), and investment per person () during the transition from the initial steady state to the Golden Rule steady state? Draw a transition path for each variable: , , and . Please specify the time point in your graphs.
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核心觀念
本題考查索洛模型中,儲蓄率調整後的資本動態,以及產出、消費、投資在轉型期間的變化。無人口成長與技術進步時,資本累積式為
其中 是每人產出, 是折舊率;每人消費與投資分別為
黃金律資本 使穩態消費最大化,滿足 。
解題方法
原卷題目給定初始穩態資本 ,並要求政策在 調整儲蓄率,使經濟轉向黃金律穩態。關鍵是:政策改變會立刻改變消費與投資,但資本存量無法瞬間調整,所以產出在 保持連續。
設初始儲蓄率為 ,調整後、能達成黃金律穩態的儲蓄率為 。由於初始資本高於黃金律資本,初始儲蓄率高於黃金律所需儲蓄率,因此 。
在 當下,資本仍是 ,故產出仍是 。儲蓄率下降使消費占產出的比率上升、投資占產出的比率下降:
調整後,資本動態為 。由於目前 ,資本逐步下降至 。因此,產出 隨資本下降而逐步下降;在 固定下,投資 與消費 也逐步下降。
黃金律穩態消費高於原穩態消費,因為黃金律資本使穩態消費最大化;而政策剛調整後的消費又高於黃金律消費,因為此時資本仍高於黃金律資本,且消費為 。因此:
第 4 題22 分
Two-period Model with Endogenous Fertility
Consider a representative consumer in the two-period model. Her lifetime utility is given by:
where is the subjective discount factor and . She derives utility from her own consumption in both periods ( and ). Besides, we assume that the consumer works in the first period but is retired in the second period. Therefore, in the first period, she allocates her one unit of time between leisure (), raising children, and working. The wage rate of working is . No utility from leisure in the second period. As she does not work in the second period, she consumes her own saving (). The consumer also chooses the number of children she wants () in the first period and obtains utility from having children. However, children are costly. There are two types of child-rearing costs, both happening in the first period only. The first one is the food cost (per child), . The second one is the time cost of raising children (per child). That is, the consumer has to spend the fraction () of her time on raising a child. Finally, the interest rate is denoted as .
(a) Write down the representative consumer’s maximization problem, including the budget constraints for the two periods.
(b) Write down the lifetime budget constraint for the representative consumer.
(c) Solve for the optimal decisions on saving () and the number of children ().
(d) Are children normal goods to the representative consumer? Why or why not? Mathematically show your answer.
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核心觀念
本題考查兩期消費者選擇、跨期預算限制,以及孩子數量是否為正常財。孩子的成本除了每位孩子的食物支出 ,還包括照顧時間的機會成本 ,所以每位孩子的總成本為 。
以下假設 ,且消費者可選擇正的儲蓄,使兩期消費均為正。
(a) 消費者的最大化問題
第一期的時間配置為:
因此工作時間為 ,第一期勞動所得為 。消費者支付第一期消費 、儲蓄 與孩子的食物成本 ,故兩期預算限制為:
將時間限制代入,消費者的最大化問題可寫為:
並要求 ,且 。
(b) 終身預算限制
將第一期預算限制整理為:
由第二期預算限制得 。代入上式,可得終身預算限制:
每位孩子的總成本 包含食物支出與照顧時間的機會成本。
(c) 最適儲蓄與孩子數量
以 代入效用函數,並使用整理後的第一期預算限制,可將問題寫成:
令 ,拉格朗日函數為:
True or False? Explain your answer. You will not obtain any credits unless you provide explanations to your answer.
第 2-(a) 題4 分
In the Solow model with exogenous labor-augmenting technological progress (at the growth rate ), output per worker still grows at the rate . Therefore, we conclude that no steady state exists in such an economy.
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核心觀念
本題考查索洛模型中,勞動增進型技術進步與「穩態」的定義。技術水準以 表示,且以固定成長率 成長;勞動人口以成長率 成長。若生產函數具規模報酬不變,可寫成:
其中 是每單位有效勞動的資本。每位勞工產出則為:
索洛模型的穩態,是指每單位有效勞動的資本與產出不再變動,不代表每位勞工的產出或總產出都停止成長。
解題方法
判斷題目推論是否成立,先將變數換成每單位有效勞動的形式。令儲蓄率為 、折舊率為 ,資本累積方程為:
穩態資本 滿足:
第 2-(b) 題4 分
The Solow model predicts that countries with lower population growth rates will have lower levels of income per worker in the long run because of the lack of labor forces.
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核心觀念
本題考查索洛成長模型中的「資本深化」與人口成長率對穩態人均所得的影響。人口成長會使資本被更多新加入的勞動者分攤,因此人口成長率越高,維持每位勞工資本存量所需的投資越多;在其他條件相同時,這會降低穩態人均資本與人均所得。
令每位勞工資本為 、每位勞工產出為 ,其中 、。在沒有技術進步的索洛模型中,每位勞工資本的動態為:
其中 是儲蓄率, 是人口成長率, 是折舊率。穩態資本 滿足:
左側是每位勞工的實際投資,右側是維持穩態所需的投資,包括折舊補償與新勞工所需的資本。
解題方法
比較人口成長率變動對穩態的影響。人口成長率 上升時,每位勞工的穩態投資需求 增加;在儲蓄率與生產函數不變下,穩態交點移向較低的 。反過來說,人口成長率下降會降低維持既有人均資本所需的投資,穩態資本因而提高。
因為每位勞工產出是 ,且 ,所以穩態人均資本提高也會使穩態人均所得提高。
第 2-(c) 題4 分
In the Solow model, saving leads to higher output per worker; therefore, an economy can enjoy persistent growth forever by having a persistent increase in its saving rate.
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核心觀念
本題考查 Solow 成長模型中「儲蓄率提高」對每位勞工產出與長期成長率的影響。關鍵在於區分:
- 產出水準提高:每位勞工的產出到達較高的穩態水準。
- 產出持續成長:每位勞工的產出長期維持正的成長率。
儲蓄率提高會增加投資、促進資本深化,但在資本報酬遞減下,這種效果不能單獨維持每位勞工產出的永久成長。
解題方法
令每位勞工資本為 ,每位勞工產出為 ,儲蓄率為 ,人口成長率為 ,折舊率為 。沒有技術進步時,資本動態為:
穩態資本滿足:
當儲蓄率由 永久提高至 ,且 ,投資曲線 上移,新的穩態資本 較高,因此穩態每位勞工產出 也較高。
第 2-(d) 題4 分
In the money market, money demand and money supply are brought into equilibrium by the real interest rate adjustment.
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核心觀念
本題考「貨幣市場如何達成均衡」,以及貨幣市場中的利率與實質利率的區別。
在一般總體經濟模型中,實質貨幣需求取決於所得與名目利率:名目利率是持有貨幣所放棄的利息報酬,因此會影響人們持有貨幣的意願。貨幣市場均衡條件可寫為:
其中, 是實質貨幣供給, 是實質貨幣需求, 是所得, 是名目利率。貨幣市場失衡時,名目利率會調整,使貨幣需求等於貨幣供給。
實質利率則是扣除預期通膨後的利率,符合費雪關係:
其中, 是實質利率, 是預期通膨率。兩者概念不同;貨幣市場均衡的標準敘述是由名目利率調整。
解題方法與推導
直接檢查題目所說的「調整變數」是否正確。貨幣供給固定時,若實質貨幣供給大於實質貨幣需求,經濟體持有的貨幣超過意願持有量,便會用多餘貨幣購買債券。債券需求增加,使債券價格上升、名目利率下降。