Matemática das Coisas Projeto 3 EDFs & Aplicações em Finanças e Economia Grupo 7: Tiago Miguel Silva A101780 João Afonso Silva A101278 Fernando Mendes A101263 Bruno Magalhães A101781 Junlin Lu Pedro Bártolo A101270 A92324 Novembro 2023 1. Introdução 1.1 Objetivos O propósito deste trabalho é aprimorar a nossa compreensão de alguns modelos matemáticos com aplicações na área de Finanças e Economia. Para isso, iremos estudar um produto agrícola comercializado sem armazenamento ao longo do tempo, visando atender à demanda do consumidor e determinar um preço para qual a quantidade procurada é igual à quantidade de oferta. Para além disso, iremos fazer um estudo deste problema com o cálculo de pontos fixos de f, pontos de equilíbrio da EDF, estabilidade (diagrama de teia de aranha), estabilidade (critérios). Por último, iremos fazer a interpretação de todos os resultados recorrendo também a gráficos de lei de procura e oferta bem como a diagramas de teia de aranha. 1.2 Ferramentas usadas ● Wolfram Mathematica 2. Modelo Matemático Para um determinado produto vendido no mercado, sejam ● S(n) representa a oferta, ou seja, o número de unidades desse produto colocadas à venda, no período n (tipicamente uma época ou um ano) ● D(n) representa a procura, ou seja, o número de unidades desse produto compradas, no período n ● p(n) representa o preço de cada unidade desse produto praticado no período n Assumimos que tanto a oferta S(n+1) como a procura D(n) dependem linearmente de p(n) Figura 1: Equação (1) ❖ ms mede a sensibilidade do vendedor ao preço de mercado ❖ md mede a sensibilidade do consumidor ao preço de mercado Para esgotar o produto, satisfazendo a procura do consumidor: ● o preço praticado no mercado é aquele que corresponde a ter a oferta igual à procura, digamos S(n) = D(n) ou S(n+1) = D(n+1), resultando Figura 2: Equação (2) onde, A = -ms/md e B = (bd-bs)/md, que constitui uma equação às diferenças, linear, de ordem 1, autônoma. Obtemos uma EDF linear de ordem 1, para o preço a praticar no mercado ao longo dos vários períodos de tempo (anualmente, época a época), ou seja, para sucessão de preços. 1. A EDF (2), possui a seguinte função de atualização: p(n + 1) = Ap(n) + B ⇔ f(pn) = Ap(n) + B Para determinarmos os pontos fixos desta função de atualização precisamos de descobrir os pontos (p*,f(p *)) tais que f(p *) = p* , fazendo: f(pn) = Ap(n) + B, como p* = f(p*), então p* = Ap* + B p*= Ap* + B ⇔ p* − Ap* = B ⇔ p*(1 − A) = B ⇔p* = 𝐵 ou seja, o ponto fixo é ( 1−𝐴 , 𝐵 1−𝐴 𝐵 1−𝐴 ). 2. Tendo em conta que, S(n)= D(n) ou S(n+1)=D(n+1) e sabendo que: S(n + 1) = ms p(n) + bs D(n+1) = −md p(n+1) + bd podemos dizer que: Obtivemos a expressão (2), o que significa que realmente o preço de equilíbrio, p*, é o mesmo. 3. Equação (2) ⇒ p(n + 1) = Ap(n) + B 4. a) sendo de descobrir : sequência terá n termos, ou seja, b) b) uma progressão geométrica , precisamos onde a razão (q) será A e o =B e a nossa Critérios de estabilidade A estabilidade é estudada através dos seguintes critérios de estabilidade Teorema 1 Seja x∗ um ponto de equilíbrio da equação xn = f(xn), com F : I ⊂ R → R derivável e f′ contínua em x∗, consequentemente (1) Se |f′(x∗)| < 1, então x∗ é assimptoticamente estável. (2) Se |f′(x∗)| > 1, então x∗ é instável. (3) Se |f′(x∗)| = 1, o caso é duvidoso. Teorema 2 Seja x∗ um ponto de equilíbrio da equação xn = f(xn), com F : I ⊂ R → R derivável e f′ contínua em x∗ e f′(x∗) = 1. Consequentemente (1) Se f′′(x) ̸= 0, então x∗ é instável. (2) Se f′′(x) = 0, e f′′′(x∗) > 0 então x∗ é instável. (3) Se f′′(x) = 0, e f′′′(x∗) < 0 então x∗ é assimptoticamente estável. Teorema 3 Seja x∗ um ponto de equilíbrio da equação xn = f(xn), com F : I ⊂ R → R derivável e f′ contínua em x∗ e f′(x∗) = −1. Consequentemente (1) Se 2f′′′(x∗) + 3 [f′′(x∗)]2 > 0, então x∗ é assimptoticamente estável. (2) Se 2f′′′(x∗) + 3 [f′′(x∗)]2 < 0 então x∗ é instável. 5. Caso 1) -1< A < 0 ,aplicando o Teorema 1 um verificamos que p* é assintoticamente estável Caso 2) A < -1 ,aplicando o Teorema 1 um verificamos que p* é instável Caso 3) A= -1 , aplicando o Teorema 1 verificamos que se trata de um caso duvidoso, e uma vez que, Não é possível aplicar o Teorema 2 e 3 neste caso, portanto vamos ter que analisar a estabilidade graficamente. Logo estável, mas não assimptótica. 6. Caso 1) -1<A<0 Caso 2) Caso 3) A=-1 7. Caso 1) a) - Na questão 1. obtivemos o seguinte ponto de equilíbrio Ponto fixo: Ou seja o preço de equilíbrio, p*=4 b) S(n + 1) = ms p(n) + bs e D(n) = −md p(n) + bd, sabendo que: S(n+1)=D(n+1) obtemos ms p(n) + bs = −md p(n+1) + bd o preço equilíbrio p* =4 , c) Conseguimos verificar que é assimptoticamente estável através do diagrama de teia de aranha. As sucessões tendem para 4. Caso 2) a) Na questão 1. obtivemos o seguinte ponto de equilíbrio: , b) c) Através do diagrama de teia de aranha conseguimos verificar que é instável. As sucessões tendem a divergir para o infinto. Caso 3) a) Na questão 1. obtivemos o seguinte ponto de equilíbrio Logo, Ponto fixo = (2,2) b) Aplicando outra vez expressão ,obtemos: c) Podemos verificar que a teia de aranha é estável, logo x ∗ = 2, como ponto de equilíbrio.Mas vemos que a sucessão dos preços, ao oscilar entre dois valores constantes, nem converge para o preço de equilíbrio e são todas com a mesma amplitude. Logo será estável não assimptótica.