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Función de producción Cobb-Douglas

Superficie de producción Cobb-Douglas de malla de alambre con isocuantas
Una función de producción Cobb-Douglas de dos entradas con isocuantas

En economía y econometría , la función de producción Cobb-Douglas es una forma funcional particular de la función de producción , ampliamente utilizada para representar la relación tecnológica entre las cantidades de dos o más insumos (en particular, capital físico y trabajo) y la cantidad de producción que se puede producir con esos insumos. La forma Cobb-Douglas fue desarrollada y probada frente a evidencia estadística por Charles Cobb y Paul Douglas entre 1927 y 1947; [1] según Douglas, la forma funcional en sí fue desarrollada anteriormente por Philip Wicksteed . [2]

Formulación

En su forma más estándar para la producción de un solo bien con dos factores, la función está dada por:

dónde:

El capital y el trabajo son los dos "factores de producción" de la función de producción Cobb-Douglas.

Historia

Paul Douglas explicó que su primera formulación de la función de producción Cobb-Douglas fue desarrollada en 1927; cuando buscaba una forma funcional para relacionar las estimaciones que había calculado para los trabajadores y el capital, habló con el matemático y colega Charles Cobb , quien sugirió una función de la forma Y = AL β K 1− β , utilizada previamente por Knut Wicksell , Philip Wicksteed y Léon Walras , aunque Douglas solo reconoce a Wicksteed y Walras por sus contribuciones. [3] No mucho después de la muerte de Knut Wicksell en 1926, Paul Douglas y Charles Cobb implementaron la función Cobb-Douglas en su trabajo que cubría la forma temática de la teoría del productor por primera vez. [4] Al estimarla utilizando mínimos cuadrados , obtuvo un resultado para el exponente del trabajo de 0,75, que posteriormente fue confirmado por la Oficina Nacional de Investigación Económica como 0,741. Trabajos posteriores en la década de 1940 los llevaron a permitir que los exponentes de K y L variaran, lo que dio como resultado estimaciones que posteriormente demostraron ser muy cercanas a la medida mejorada de productividad desarrollada en ese momento. [5]

Una crítica importante en ese momento fue que las estimaciones de la función de producción, aunque aparentemente precisas, se basaban en datos tan escasos que era difícil darles mucha credibilidad. Douglas comentó: "Debo admitir que me desanimó esta crítica y pensé en abandonar el esfuerzo, pero había algo que me decía que debía seguir adelante". [5] El gran avance se produjo al utilizar datos del censo de EE. UU. , que eran transversales y proporcionaban una gran cantidad de observaciones. Douglas presentó los resultados de estos hallazgos, junto con los de otros países, en su discurso de 1947 como presidente de la Asociación Económica Estadounidense . Poco después, Douglas se dedicó a la política y sufrió problemas de salud, lo que resultó en poco desarrollo posterior de su lado. Sin embargo, dos décadas después, su función de producción fue ampliamente utilizada y fue adoptada por economistas como Paul Samuelson y Robert Solow . [5] La función de producción Cobb-Douglas es especialmente notable por ser la primera vez que se desarrolló, estimó y luego presentó a la profesión para su análisis una función de producción agregada o de toda la economía; Marcó un cambio histórico en el modo en que los economistas abordaban la macroeconomía desde una perspectiva microeconómica. [6]

Positividad de los productos marginales

El producto marginal de un factor de producción es el cambio en la producción cuando ese factor de producción cambia, manteniendo constantes todos los demás factores de producción así como la productividad total de los factores.

El producto marginal del capital, corresponde a la primera derivada de la función de producción respecto del capital:

Porque (y también) descubrimos que el producto marginal del capital es siempre positivo; es decir, aumentar el capital conduce a un aumento de la producción.

Ejemplo

Supongamos (se omite la unidad de medida por brevedad).

La producción es .

El aumento de capital conduce a una producción de , un aumento de .

También encontramos que al aumentar la productividad total de los factores aumenta el producto marginal del capital.

Un razonamiento análogo se aplica al trabajo.

Ley de rendimientos decrecientes

Tomando la derivada del producto marginal del capital con respecto al capital (es decir, tomando la segunda derivada de la función de producción con respecto al capital), tenemos:

Porque , entonces y así .

Por lo tanto, esta función satisface la ley de los "rendimientos decrecientes", es decir, el producto marginal del capital, aunque siempre positivo, es decreciente. A medida que el capital aumenta (manteniendo constantes la productividad total de los factores y el trabajo), la producción aumenta, pero a una tasa decreciente.

Ejemplo

Supongamos (se omite la unidad de medida por brevedad).

La producción es .

Aumentar el capital en un 10 a conduce a una producción de , un aumento de en el caso.

Un aumento adicional del capital en un 10 a conduce a una producción de , un aumento de en el caso.

Un razonamiento similar se aplica al trabajo.

Derivadas cruzadas

Podemos estudiar qué sucede con el producto marginal del capital cuando el trabajo aumenta tomando la derivada parcial del producto marginal del capital con respecto al trabajo, es decir, la derivada cruzada de la producción con respecto al capital y al trabajo:

Dado que un aumento en el trabajo aumenta el producto marginal del capital.

Ejemplo

Supongamos (se omite la unidad de medida por brevedad).

La producción es .

Aumentar el capital en 10 a conduce a una producción de , un aumento de .

Supongamos ahora (se omite la unidad de medida para abreviar).

La producción es .

Aumentar el capital en 10 a conduce a una producción de , un aumento de

Retornos a escala

La elasticidad de la producción mide la capacidad de respuesta de la producción a un cambio en los niveles de mano de obra o capital utilizados en la producción, ceteris paribus . Por ejemplo, si α = 0,45 , un aumento del 1% en el uso de capital conduciría a un aumento de aproximadamente el 0,45% en la producción.

A veces, el término tiene un significado más restringido, y exige que la función muestre rendimientos constantes a escala , lo que significa que aumentar el capital K y el trabajo L en un factor k también aumenta la producción Y en el mismo factor, es decir, . Esto se cumple si .

Prueba

Conectando :

Si , entonces los rendimientos a escala son decrecientes, lo que significa que un aumento del capital K y del trabajo L por un factor k producirá un aumento en la producción Y menor que un factor k , es decir . [7]

Si , entonces los rendimientos a escala son crecientes, lo que significa que un aumento en el capital K y el trabajo L por un factor k produce un aumento en la producción Y mayor que un factor k , es decir, . [7]

Remuneración en competencia perfecta

En competencia perfecta , los factores de producción se remuneran a su producto marginal total.

El producto marginal del capital viene dado por: . Esta es la remuneración por cada unidad de capital. Para conocer la remuneración del capital total, multiplicamos esta cantidad por :

.

De esta manera, una parte de la producción remunerará el capital.

Mediante un razonamiento similar, podemos descubrir que una parte de la producción remunerará el trabajo.

Esas acciones suman el 100% de la producción sólo si .

Forma generalizada

En su forma generalizada, la función Cobb-Douglas modela más de dos bienes. La función Cobb-Douglas puede escribirse como [8]

dónde

Críticas

La función ha sido criticada por su falta de fundamento. Cobb y Douglas se vieron influenciados por la evidencia estadística que parecía mostrar que las participaciones de la mano de obra y el capital en la producción total eran constantes a lo largo del tiempo en los países desarrollados; explicaron esto mediante un ajuste estadístico de la regresión de mínimos cuadrados de su función de producción. Ahora se acepta ampliamente que la participación de la mano de obra está disminuyendo en las economías industrializadas. [9] [10] La función de producción contiene un supuesto principal que puede no siempre proporcionar la representación más precisa de las capacidades productivas de un país y las eficiencias del lado de la oferta. Este supuesto es una "participación constante de la mano de obra en la producción", que puede no ser eficaz cuando se aplica a casos de países cuyos mercados laborales están creciendo a tasas significativas. [11] Otro problema dentro de la composición fundamental de la función de producción Cobb-Douglas es la presencia de un sesgo de ecuación simultánea. Cuando se presume la competencia, el sesgo de ecuación simultánea tiene impacto en todos los tipos de funciones que involucran decisiones de la empresa, incluida la función Cobb-Douglas. En algunos casos, este sesgo de ecuación simultánea no aparece. Sin embargo, es evidente cuando se utilizan aproximaciones asintóticas de mínimos cuadrados. [12]

La función de producción Cobb-Douglas no se desarrolló sobre la base de ningún conocimiento de ingeniería, tecnología o gestión del proceso de producción [ cita requerida ] . Este razonamiento puede ser cierto dada la definición del término Capital. Las horas de trabajo y el Capital necesitan una mejor definición. Si el capital se define como un edificio, el trabajo ya está incluido en el desarrollo de ese edificio. Un edificio está compuesto de materias primas, trabajo y riesgos y condiciones generales. En cambio, se desarrolló porque tenía características matemáticas atractivas [ cita requerida ] , como los rendimientos marginales decrecientes de cada factor de producción y la propiedad de que las participaciones óptimas del gasto en cualquier insumo dado de una empresa que opera una tecnología Cobb-Douglas son constantes. Inicialmente, no había fundamentos de utilidad para ello. En la era moderna, algunos economistas intentan construir modelos a partir de agentes individuales que actúan, en lugar de imponer una forma funcional a toda una economía [ cita requerida ] . La función de producción Cobb-Douglas, si se define correctamente, se puede aplicar a un nivel microeconómico, hasta un nivel macroeconómico.

Sin embargo, muchos autores modernos [ ¿quiénes? ] han desarrollado modelos que dan funciones de producción Cobb-Douglas basadas en la microeconomía , incluidos muchos modelos neokeynesianos . [13] Sin embargo, es un error matemático suponer que, sólo porque la función Cobb-Douglas se aplica a nivel microeconómico, también se aplica siempre a nivel macroeconómico . De manera similar, no es necesariamente el caso de que una función Cobb-Douglas macro se aplique a nivel desagregado. Una microfundación temprana de la tecnología Cobb-Douglas agregada basada en actividades lineales se deriva en Houthakker (1955). [14] La función de producción Cobb-Douglas es incompatible con las estimaciones empíricas modernas de la elasticidad de sustitución entre capital y trabajo, que sugieren que el capital y el trabajo son complementos brutos. Un metaanálisis de 2021 de 3186 estimaciones concluye que "el peso de la evidencia acumulada en la literatura empírica rechaza enfáticamente la especificación Cobb-Douglas". [15]

Empresas de servicios públicos Cobb-Douglas

La función Cobb-Douglas se utiliza a menudo como función de utilidad . [16] [8] La utilidad es una función de las cantidades de bienes consumidos:

Las funciones de utilidad representan preferencias ordinales y no tienen unidades naturales, a diferencia de las funciones de producción. Como resultado, una transformación monótona de una función de utilidad representa las mismas preferencias. A diferencia de una función de producción Cobb-Douglas, donde la suma de los exponentes determina el grado de economías de escala , la suma se puede normalizar a uno para una función de utilidad porque la normalización es una transformación monótona de la función de utilidad original. Por lo tanto, definamos y , por lo que , y escribamos la función de utilidad como:

El consumidor maximiza su utilidad sujeto a la restricción presupuestaria de que el costo de los bienes es menor que su riqueza . Si denotamos los precios de los bienes, resuelve:

Resulta que la solución para la demanda Cobb-Douglas es:

Como , el consumidor gasta una fracción de su riqueza en el bien j . Nótese que esta es la solución para o , ya que las mismas preferencias generan la misma demanda.

La función de utilidad indirecta se puede calcular sustituyendo las demandas en la función de utilidad. Definamos la constante y obtenemos:

que es un caso especial de la forma polar de Gorman . La función de gasto es la inversa de la función de utilidad indirecta: [17] : 112 

Diversas representaciones de la función de producción

La forma de la función Cobb-Douglas se puede estimar como una relación lineal utilizando la siguiente expresión:

dónde

El modelo también se puede escribir como

Como se señaló, la función Cobb-Douglas común utilizada en el modelado macroeconómico es

donde K es el capital y L es el trabajo. Cuando los exponentes del modelo suman uno, la función de producción es homogénea de primer orden , lo que implica rendimientos constantes a escala; es decir, si todos los insumos se escalan por un factor común mayor que cero, la producción se escalará por el mismo factor.

Relación con la función de producción CES

La función de producción de elasticidad de sustitución constante (CES) (en el caso de dos factores) es

en el que el caso límite γ = 0 corresponde a una función Cobb-Douglas, con rendimientos constantes a escala. [18]

Para ver esto, el registro de la función CES:

puede llevarse al límite aplicando la regla de L'Hôpital :

Por lo tanto, .

Función de producción translog

La función de producción translog es una aproximación de la función CES mediante un polinomio de Taylor de segundo orden en la variable sobre , es decir, el caso Cobb-Douglas. [19] [20] El nombre translog significa "logarítmico trascendental". Se utiliza a menudo en econometría por el hecho de que es lineal en los parámetros, lo que significa que se podrían utilizar mínimos cuadrados ordinarios si se pudieran suponer entradas exógenas .

En el caso de dos factores anterior, la función de producción translogarítmica es

donde , , , , y se definen adecuadamente. En el caso de tres factores, la función de producción translogarítmica es:

donde = productividad total de los factores, = trabajo, = capital, = materiales y suministros, y = producción.

Véase también

Referencias

  1. ^ Cobb, CW; Douglas, PH (1928). "A Theory of Production" (PDF) . American Economic Review . 18 (Suplemento): 139–165. JSTOR  1811556 . Consultado el 26 de septiembre de 2016 .
  2. ^ Barro, Robert J.; Sala-i-Martin, Xavier (2004). Crecimiento económico (Segunda edición). The MIT Press. pág. 29, nota al pie 7. ISBN 0-262-02553-1.
  3. ^ Brown, Murray (2017). "Funciones Cobb-Douglas". The New Palgrave Dictionary of Economics . Palgrave Macmillan Reino Unido. págs. 1–4. doi :10.1057/978-1-349-95121-5_480-2. ISBN 978-1-349-95121-5.
  4. ^ Nechyba, Thomas J. (2017). Microeconomía: un enfoque intuitivo con cálculo (2.ª ed.). Boston, MA: Cengage Learning. pág. 126. ISBN 978-1-305-65046-6.
  5. ^ abc Douglas, Paul H. (octubre de 1976). "La función de producción Cobb-Douglas una vez más: su historia, sus pruebas y algunos nuevos valores empíricos". Journal of Political Economy . 84 (5): 903–916. doi :10.1086/260489. S2CID  154435697.
  6. ^ Filipe, Jesus; Adams, F. Gerard (2005). "La estimación de la función Cobb-Douglas: una visión retrospectiva". Eastern Economic Journal . 31 (3): 427–445. JSTOR  40326423.
  7. ^ ab Jacques, Ian (2018). Matemáticas para la economía y los negocios (novena edición). Harlow, Reino Unido: Pearson Education. p. 168. ISBN 9781292191713.
  8. ^ ab Brown, Murray (18 de mayo de 2016). Diccionario de economía New Palgrave. Springer. ISBN 9781349588022.
  9. ^ Elsby, Michael; Hobijn, Bart; Sahin, Aysegül (1 de septiembre de 2013). La disminución de la participación laboral en la economía estadounidense (informe). Banco de la Reserva Federal de San Francisco.
  10. ^ Aum, Sangmin; Shin, Yongseok (2020). "¿Por qué está disminuyendo la participación laboral?". Revisión . 102 (4). doi :10.20955/r.102.413-28 . Consultado el 9 de agosto de 2023 .
  11. ^ Hájková, Dana; Hurník, Jaromír (octubre de 2006). «Función de producción Cobb-Douglas: el caso de una economía convergente». Revista Checa de Economía y Finanzas (Finance a User) . 57 (9–10): 465–476 . Consultado el 25 de abril de 2021 .
  12. ^ Hoch, Irving (octubre de 1958). "Sesgo de ecuación simultánea en el contexto de la función de producción Cobb-Douglas". Econometrica . 26 (4): 566–578. doi :10.2307/1907517. JSTOR  1907517.
  13. ^ Walsh, Carl (2003). Teoría y política monetaria (2.ª ed.). Cambridge: MIT Press . ISBN 9780262232319.
  14. ^ Houthakker, HS (1955), "La distribución de Pareto y la función de producción Cobb-Douglas en el análisis de la actividad", The Review of Economic Studies , 23 (1): 27–31, doi :10.2307/2296148, JSTOR  2296148
  15. ^ Gechert, Havranek, Irsova, Kolcunova (2021), "Medición de la sustitución de capital por trabajo: la importancia de la elección de métodos y el sesgo de publicación", Review of Economic Dynamics , 45 : 55–82, doi :10.1016/j.red.2021.05.003, S2CID  236400765{{citation}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  16. ^ Brenes, Adrián (2011). Función de utilidad Cobb-Douglas. Archivado desde el original el 2014-10-03 . Consultado el 2011-08-11 .
  17. ^ Varian, Hal (1992). Análisis microeconómico (tercera edición). Nueva York: Norton. ISBN 0-393-95735-7.
  18. ^ Silberberg, Eugene; Suen, Wing (2001). "Elasticidad de la sustitución". La estructura de la economía: un análisis matemático (tercera edición). Boston: Irwin McGraw-Hill. pp. 246–2477. ISBN 0-07-234352-4.
  19. ^ Berndt, Ernst R.; Christensen, Laurits R. (1973). "La función translogarítmica y la sustitución de equipos, estructuras y mano de obra en la industria manufacturera estadounidense, 1929-68". Journal of Econometrics . 1 (1): 81–113. doi :10.1016/0304-4076(73)90007-9.
  20. ^ Wynn, RF; Holden, K. (1974). Introducción al análisis econométrico aplicado . Nueva York: Halsted Press. pp. 62–65. ISBN 0-333-16711-2.

Lectura adicional

Enlaces externos