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Vom Abstand zweier Kurven zum Preis der besten Menge

Gewinnfunktion

Die Gewinnfunktion sagt, welcher Gewinn bei einer verkauften Menge entsteht:

Was bedeutet diese Differenz bei einer einzelnen Menge?

600 700 800 900 GE −50 0 50 100 Gewinn in GE 8 10 12 14 16 18 20 x in ME E K 732 652 80 GE (12 ∣ 80) 622 603 Abstand 19 GE G(9) = −19 GE Gewinnzone Verlust Verlust Gewinnschwelle ≈ 9,53 E = K, G = 0 Gewinngrenze ≈ 19,12 E = K, G = 0 G(x) = E(x) − K(x) G(12) = 732 − 652 = 80 G(9) = 603 − 622 = −19

Welcher Term gehört zu der Kurve G? Er entsteht aus den Termen von E und K.

Beispiel

Ein Unternehmen hat die Kostenfunktion

und die Preis-Absatz-Funktion

Gewinnmaximum bestimmen

Bei welcher Menge ist der Gewinn am größten? Und wie groß ist er?

Jeder Hochpunkt erfüllt die notwendige Bedingung . Mit ihr beginnt die Suche.

G(x) = −⅓x³ + 9x² − 45x − 100 0 5 10 15 20 −200 −100 0 100 Gewinn in GE x in ME x gesucht Gewinn gesucht Notwendige Bedingung: G′(x) = 0 G′(x) = −x² + 18x − 45 −x² + 18x − 45 = 0 | ·(−1) x² − 18x + 45 = 0 x₁,₂ = 9 ± √(81 − 45) = 9 ± 6 x₁ = 3,x₂ = 15 3

Welche der beiden Stellen ist der Hochpunkt? Das entscheidet die hinreichende Bedingung. Sie weist zusammen mit einen Hochpunkt sicher nach.

G(x) = −⅓x³ + 9x² − 45x − 100 0 3 5 10 15 20 −200 −100 0 100 Gewinn in GE x in ME G Hinreichende Bedingung: Hochpunkt prüfen x₁ = 3,x₂ = 15 G″(x) = −2x + 18 G″(3) = −2· + 18 = 12 > 0 ⇒ Tiefpunkt 3 G″(15) = −2· + 18 = −12 < 0 ⇒ Hochpunkt 15 Tiefpunkt Hochpunkt bei 3: G″(3) = 12m < 0m = 0m > 0 bei 15: G″(15) = −12m > 0m = 0m < 0

Maximalen Gewinn berechnen: 15 in G einsetzen.

Ein Hochpunkt liegt nur höher als die Kurve in seiner Nähe. Der größte Gewinn muss größer sein als bei jeder zulässigen Menge. Menge und Preis dürfen nicht negativ sein:

Zulässiger Bereich:

0 10 20 −100 0 100 G Ausschnitt 0 ≤ x ≤ 20 0 3 15 42,5 x zulässiger Bereich 0 ≤ x ≤ 42,5 Verlaufsskizze, nicht maßstäblich Ausschnitt G′ < 0 G′ > 0 G′ < 0 −100 GE 125 GE E = 0, K > 0 ⇒ G < 0

An beiden Rändern ist der Gewinn negativ. Also ist 125 GE der größte Gewinn im ganzen Bereich.

Gewinnmaximale Menge: 15 ME. Maximaler Gewinn: 125 GE.

Warum G′(x)=0?

Die Gleichung hat die Mengen 3 und 15 geliefert. Was sagt der Wert von G′ über die Kurve G?

−200 −100 0 100 Gewinn in GE 0 5 10 15 20 −80 −40 0 40 Steigung m in GE/ME x in ME G G′ m =27 G′(12) = 27 m = 20G′(13) = 20 m = 11G′(14) = 11 m = 0G′(15) = 0 m = −13G′(16) = −13 m = −28G′(17) = −28 m = −45G′(18) = −45 P(12 ∣ 80) P(15 ∣ 125) P(18 ∣ 62) Δx = 2 ME Δy = 54 GE m = 54/2 = 27 GE/ME xG(x)G′(x) 128027 151250 1862−45 +→0→−

G′(x) ist die Steigung der Tangente an G. Am Hochpunkt ist sie null. Wie wird daraus eine Gleichung für x?

G′(x) =−x² + 18x − 45Steigung bei beliebigem xG′(x)= 0gesucht: waagerecht = 0 −x² + 18x − 45 x² − 18x + 45 = 0 ⇒ x = 3 oder x = 15 −200 −100 0 100 Gewinn in GE 0 5 10 15 20 −80 −40 0 40 Steigung m in GE/ME x in ME G G′ m = 0 m = 0

findet die Stellen mit waagerechter Tangente.

Warum G″(x)<0?

Bei 3 und bei 15 ist die Tangente waagerecht. Was unterscheidet den Hochpunkt vom Tiefpunkt?

50 100 G 12 15 18 −40 0 40 G′ H(15 ∣ 125) m = 27 m = 0 m = −45 G″(15) = −12 + → 0 → −G″(15) = −12 < 0 −160 −140 G −20 0 20 G′ 234 m = −13 m = 0 m = 11 G″(3) = 12 − → 0 → +G″(3) = 12 > 0 T(3 ∣ −163) Bei 3 ME ist der Verlust in dieser Umgebungam größten: 163 GE.

Die Steigung nimmt ab.

heißt eine Stelle mit .

Ist , liegt bei ein Hochpunkt. Ist , liegt dort ein Tiefpunkt.

Es braucht immer beide Zahlen:

✓ Hochpunkt
Tangente fällt

Und wenn ist?

f(x) = −(x − 2)⁴ 1 2 3 −2 0 f′(2) = 0, f″(2) = 0 + | 0 | − Hochpunkt h(x) = (x − 2)³ 1 2 3 −1 0 1 h′(2) = 0, h″(2) = 0 + | 0 | + kein Extrempunkt

: Dieser Test entscheidet nicht.

Dann entscheidet der Wechsel von Steigen zu Fallen.

Cournotscher Punkt

Welcher Preis gehört zu 15 ME?

0 5 10 20 −200 −100 0 100 Gewinn in GE 0 5 10 20 0 20 40 80 x in ME Preis in GE/ME p H(15 ∣ 125) p(x) = −2x + 85 15 ME 15 ME p( 15 ) = −2·15 + 85 = 55 55 C(15 ∣ 55) Preis 55 GE/ME Gewinn 125 GE

Preis: 55 GE/ME. Cournotscher Punkt: .

Der Cournotsche Punkt ist der Punkt auf der Preis-Absatz-Funktion, der zur gewinnmaximalen Menge gehört: .

Preis und Gewinn hängen über den Erlös zusammen. Die Kosten bei 15 ME sind GE.

Schema

Jede Aufgabe dieser Art geht denselben Weg.

Bereich und Gewinnfunktion: zulässigen Mengenbereich festlegen; , .

  • I:Suchen: notwendige Bedingung für Extremstellen im Inneren des Bereichs. lösen, Kandidaten im Bereich behalten.
  • II:Prüfen: bestätigt bei einen Hochpunkt, einen Tiefpunkt. Bei den Verlauf von G′ links und rechts prüfen.
  • III:Vergleichen: Gewinne der möglichen Maximalstellen und der Ränder vergleichen. Der größte Wert ist , seine Menge .
  • IV:Preis: berechnen. bei einem inneren Hochpunkt, auf der Preis-Absatz-Funktion.

Beispiele

a) Gegeben sind , und .

−12 −8 −4 0 4 Gewinn in GE 0 2 4 6 0 4 8 x in ME Preis in GE/ME H(2 ∣ 3) p C(2 ∣ 4)

b) Gegeben sind und . Das Unternehmen kann höchstens 1 ME herstellen, also gilt .

−1 −0,5 0 Gewinn in GE 0 ⅓ ⅔ 1 0 2 4 6 x in ME Preis in GE/ME H(⅓ ∣ 7/30) p C(⅓ ∣ 4)

c) Gegeben sind , und .

−40 −20 0 20 Gewinn in GE 0 4 8 12 16 20 0 5 10 Preis in GE/ME x in ME H(8 ∣ 20) C(8 ∣ 6)

d) Gegeben sind und . Das Unternehmen kann höchstens 10 ME herstellen, also gilt .

−20 0 20 Gewinn in GE 0 1 5 10 0 10 20 Preis in GE/ME x in ME G(10) = −254 Tiefpunkt H(5 ∣ 21) C(5 ∣ 20)

e) Gegeben sind , und .

Kleinster Verlust im Modell: 7 GE bei 3 ME.

−50 −25 0 Gewinn in GE 0 3 8 0 10 16 Preis in GE/ME x in ME H(3 ∣ −7) C(3 ∣ 10)

Die fünf Beispiele im Vergleich, zuerst Suchen und Prüfen:

  • a) ⇒ ;
  • b) ⇒ ;
  • c) ⇒ ;
  • d) ⇒ oder ;
  • e) ⇒ ;

Dann Vergleichen und Preis:

  • a), ; ,
  • b), ; ,
  • c), ; ,
  • d), ; ,
  • e), ; ,

Bei begrenzter Menge

Ein Unternehmen kann höchstens 4 ME herstellen, also gilt . Sein Gewinn ist

Wo liegt der größte Gewinn, wenn 5 ME nicht möglich sind?

G(x) = −x² + 10x − 9, 0 ≤ x ≤ 4 0 1 2 3 4 5 6 −9 5 10 15 Gewinn in GE x in ME Bereich 0 ≤ x ≤ 4 außerhalb des Bereichs G′(4) = 2 P(4 ∣ 15) x = 5: außerhalb G(0) = −9 G(4) = −16 + 40 − 9 = 15

Größter Gewinn: 15 GE bei 4 ME.

Am Rand kann der größte Gewinn liegen, obwohl die Tangente dort steigt. Einen Hochpunkt hat G dort nicht. Der Punkt heißt darum .

Zu diesem Gewinn gehören und :

ist die beste Kombination aus Menge und Preis im begrenzten Modell. Die Kapazitätsgrenze, also die größte herstellbare Menge, bestimmt sie mit.

Übungen

Bestimmt die gewinnmaximale Menge, den maximalen Gewinn und den zugehörigen Preis im angegebenen Bereich.

  • a), ,
  • b), ,
  • c), ,

Lösungen

a) , ,

b) , ,

c) , ,

24 GE bei 4 ME, zugehöriger Preis 12 GE/ME.

a) 0 4 10 −40 0 26 H(4 ∣ 26) b) 0 7 10 0 10 20 30 Tiefpunkt H(7 ∣ 92/3) c) 0 4 6 0 10 20 x 0 ≤ x ≤ 4 P(4 ∣ 24) G′(4) = 4

Wirtschaftliche Deutung

Im Beispiel bei 15 ME:

10 15 20 600 700 800 900 x in ME GE E K Grenzerlös 25 GE/ME Grenzkosten 25 GE/ME 125 GE

An dieser Stelle stimmen die momentanen Änderungen von Erlös und Kosten überein.