Теоремы Дебре - Википедия - Debreu theorems

В экономика, то Теоремы Дебре несколько утверждений о представлении предпочтительный заказ действительной функцией. Теоремы были доказаны Жерар Дебре в течение 1950-х гг.

Фон

Предположим, человеку задают вопросы вида «Вы предпочитаете А или Б?» (когда A и B могут быть вариантами, действиями, которые нужно предпринять, состояниями мира, пакетами потребления и т. д.). Все ответы записываются. Затем предпочтения этого человека представлены числовым вспомогательная функция, так что полезность варианта A больше, чем вариант B тогда и только тогда, когда агент предпочитает A вместо B.

Теоремы Дебре дают ответ на следующий основной вопрос: какие условия отношения предпочтения агента гарантируют, что такая репрезентативная функция полезности может быть найдена?

Существование порядковой функции полезности

Теоремы 1954 года^[1] скажем, грубо говоря, что каждое отношение предпочтения, которое является полным, транзитивным и непрерывным, может быть представлено непрерывная порядковая функция полезности.

Заявление

Эти теоремы обычно применяются к пространствам конечных товаров. Однако они применимы в гораздо более общих условиях. Это общие предположения:

X - это топологическое пространство.
${ displaystyle prevq}$ есть отношение на X, которое общий (все предметы сопоставимы) и переходный.
${ displaystyle prevq}$ $prevq$ является непрерывный. Это означает, что выполняются следующие эквивалентные условия:
1. Для каждого ${ displaystyle x in X}$ , наборы ${ Displaystyle {у | у предшествующий х }}$ и ${ Displaystyle {у | у успех х }}$ находятся топологически замкнутый в ${ displaystyle X}$ .
2. Для каждой последовательности ${ displaystyle (x_ {i})}$ такой, что ${ Displaystyle х_ {я} к х _ { infty}}$ , если для всех я ${ Displaystyle х_ {я} предшествующий у}$ тогда ${ Displaystyle х _ { infty} prevq y}$ , а если для всех я ${ displaystyle x_ {i} successq y}$ тогда ${ Displaystyle х _ { infty} successq y}$

Каждое из следующих условий гарантирует существование действительной непрерывной функции, которая представляет отношение предпочтения ${ displaystyle prevq}$ :

1. Набор классы эквивалентности отношения ${ displaystyle sim}$ (определяется: ${ Displaystyle х сим у}$ если только ${ Displaystyle х prevq y}$ и ${ displaystyle x successq y}$ ) площадь счетный набор.

2. Существует счетное подмножество X, ${ Displaystyle Z = {z_ {0}, z_ {1}, ... }}$ , такое, что для каждой пары неэквивалентных элементов ${ Displaystyle х пре у}$ , есть элемент ${ displaystyle z_ {i} in Z}$ что их разделяет ( ${ Displaystyle х prevq z_ {я} prevq y}$ ).

3. X есть отделяемый и связаны.

4. X есть второй счетный. Это означает, что есть счетный набор S открытых множеств, такое что каждое открытое множество в X является объединением множеств класса S.

В доказательстве четвертого результата был пробел, который позже Дебре исправил.^[2]

Примеры

А. Пусть ${ Displaystyle X = mathbb {R} ^ {2}}$ с стандартная топология (евклидова топология). Определите следующее отношение предпочтения: ${ Displaystyle (х, у) prevq (х ', у')}$ если только ${ displaystyle x + y leq x '+ y'}$ . Это непрерывно, потому что для каждого ${ Displaystyle (х, у)}$ , наборы ${ displaystyle {(x ', y') | x '+ y' leq x + y }}$ и ${ displaystyle {(x ', y') | x '+ y' geq x + y }}$ закрытые полуплоскости. Условие 1 нарушается, так как множество классов эквивалентности несчетно. Однако условию 2 удовлетворяет Z как множество пар с рациональными координатами. Условие 3 также выполняется, поскольку X отделимо и связно. Следовательно, существует непрерывная функция, представляющая ${ displaystyle prevq}$ . Пример такой функции: ${ Displaystyle и (х, у) = х + у}$ .

Б. Пусть ${ Displaystyle X = mathbb {R} ^ {2}}$ со стандартной топологией, как указано выше. В лексикографические предпочтения отношение не является непрерывным в этой топологии. Например, ${ Displaystyle (5,1) succ (5,0)}$ , но в каждом шаре вокруг (5,1) есть точки с ${ displaystyle x <5}$ и эти баллы уступают ${ displaystyle (5,0)}$ . В самом деле, это отношение не может быть представлено непрерывной действительной функцией.

Расширение

Алмаз^[3] применил теорему Дебре к пространству ${ Displaystyle X = ell ^ { infty}}$ , множество всех ограниченных вещественнозначных последовательностей с топологией, индуцированной метрикой супремума (см. L-бесконечность ). X представляет собой набор всех потоков коммунальных услуг с бесконечным горизонтом.

В дополнение к требованию, чтобы ${ displaystyle prevq}$ быть полным, переходным и непрерывным, Он добавил чувствительность требование:

Если поток ${ displaystyle x}$ меньше ручья ${ displaystyle y}$ в каждый период времени, то ${ Displaystyle х пре у}$ .
Если поток ${ displaystyle x}$ меньше или равно потоку ${ displaystyle y}$ в каждый период времени, то ${ Displaystyle х prevq y}$ .

Согласно этим требованиям каждый поток ${ displaystyle x}$ эквивалентно потоку постоянной полезности, и каждые два потока постоянной полезности разделяются потоком постоянной полезности с рациональной полезностью, поэтому условие № 2 Дебре выполняется, и отношение предпочтений может быть представлено вещественным функция.

Результат существования действителен, даже если топология X изменяется на топологию, индуцированную дисконтированной метрикой: ${ displaystyle d (x, y) = sum _ {t = 1} ^ { infty} {2 ^ {- t} | x_ {t} -y_ {t} |}}$

Аддитивность порядковой функции полезности

Теорема 3 1960 г.^[4] грубо говоря, если товарное пространство содержит 3 или более компонентов, и каждое подмножество компонентов предпочтительно не зависит от других компонентов, то отношение предпочтений может быть представлено как добавка функция значения.

Заявление

Это общие предположения:

X, пространство всех связок, является декартовым произведением п товарные площади: ${ Displaystyle X = раз _ {я = 1} ^ {п} {X_ {я}}}$ (т.е. пространство пучков - это набор п-наборы товаров).
${ displaystyle prevq}$ есть отношение на X, которое общий (все предметы сопоставимы) и переходный.
${ displaystyle prevq}$ непрерывно (см. выше).
Существует порядковая полезность функция ${ displaystyle v}$ , представляющий ${ displaystyle prevq}$ .

Функция ${ displaystyle v}$ называется добавка если это можно записать как сумму п порядковые функции полезности на п факторы:

{ displaystyle v (x_ {1}, ..., x_ {n}) = sum _ {i = 1} ^ {n} {k_ {i} v_ {i} (x_ {i})}}

где ${ displaystyle k_ {i}}$ являются константами.

Учитывая набор индексов ${ displaystyle I}$ , набор товаров ${ Displaystyle (X_ {я}) _ {я в I}}$ называется преимущественно независимый если отношение предпочтения ${ displaystyle prevq}$ наведен на ${ Displaystyle (X_ {я}) _ {я в I}}$ при постоянных количествах других товаров ${ Displaystyle (X_ {я}) _ {я notin I}}$ , не зависит от этих постоянных величин.

Если ${ displaystyle v}$ аддитивно, то очевидно, что все подмножества товаров предпочтительно независимы.

Если все подмножества товаров являются преимущественно независимыми И по крайней мере три товара являются существенными (это означает, что их количества имеют влияние на отношение предпочтения ${ displaystyle prevq}$ ), тогда ${ displaystyle v}$ аддитивный.

Более того, в этом случае ${ displaystyle v}$ уникальна до возрастающей линейный трансформация.

Интуитивно понятное конструктивное доказательство см. Обычная полезность - Аддитивность с тремя или более товарами.

Теоремы о кардинальной полезности

Теорема 1 1960 г.^[4] занимается преференциями по лотереям. Это можно рассматривать как улучшение Теорема фон Неймана – Моргенштерна о полезности 1947 года. В более ранней теореме предполагается, что агенты имеют предпочтения в лотереях с произвольными вероятностями. Теорема Дебре ослабляет это предположение и предполагает только то, что агенты имеют предпочтения в отношении лотерей с равными шансами (т. Е. Они могут отвечать только на вопросы вида: «Вы предпочитаете A лотерее с равными шансами между B и C?»).

Формально есть набор ${ displaystyle S}$ верного выбора. Набор лотерей есть ${ displaystyle S times S}$ . Теорема Дебре утверждает, что если:

Набор всех верных вариантов ${ displaystyle S}$ это связаны и отделяемое пространство;
Отношение предпочтений на множестве лотерей ${ displaystyle S times S}$ непрерывно - множества ${ Displaystyle {(А, В) в S раз S | (А, В) prevq (А ', В') }}$ и ${ Displaystyle {(А, В) в S раз S | (А, В) successq (А ', В') }}$ находятся топологически замкнутый для всех ${ displaystyle (A, B) in S}$ ;
${ Displaystyle (A_ {1}, B_ {2}) prevq (A_ {2}, B_ {1})}$ и ${ Displaystyle (A_ {2}, B_ {3}) prevq (A_ {3}, B_ {2})}$ подразумевает ${ Displaystyle (A_ {1}, B_ {3}) prevq (A_ {3}, B_ {1})}$

Тогда существует кардинальная полезность функция ты который представляет отношение предпочтений в наборе лотерей, то есть:

{ Displaystyle и (А, В) = (и (А, А) + и (В, В)) / 2}

Теорема 2 1960 г.^[4] имеет дело с агентами, чьи предпочтения представлены частотой выбора. Когда они могут выбирать между А и B, они выбирают А с частотой ${ Displaystyle р (А, В)}$ и B с частотой ${ Displaystyle п (В, А) = 1-п (А, В)}$ . Значение ${ Displaystyle р (А, В)}$ можно интерпретировать как измерение сколько агент предпочитает А над B.

Теорема Дебре утверждает, что если функция агента п удовлетворяет следующим условиям:

Полнота: ${ Displaystyle р (А, В) + р (В, А) = 1}$
Четверное состояние: ${ Displaystyle p (A, B) Leq p (C, D) тогда и только тогда, когда p (A, C) Leq p (B, D)}$
Преемственность: если ${ Displaystyle р (А, В) Leq q Leq р (А, D)}$ , то существует C такой, что: ${ Displaystyle р (А, С) = д}$ .