规模经济与自然垄断的关系探讨(

1规模经济与自然垄断的关系探讨于立（东北财经大学产业组织与企业组织研究中心大连116025）内容提要：在简要回顾规模经济和自然垄断的传统定义的基础上，利用成本函数和成本函数的严格劣加性重新定义了点概念意义上的规模经济和自然垄断。并根据新定义的规模经济和自然垄断的定义，进一步讨论了规模经济与自然垄断之间的相互关系，得出单产品情况下，规模经济是自然垄断的充分而非必要条件；多产品情况下，规模经济既不是自然垄断的充分条件，也不是自然垄断的必要条件。关键词：规模经济成本函数严格劣加性自然垄断一、问题的提出规模经济和自然垄断是经济学中的两个基本概念之一。传统经济理论认为：“在既定的（不变的）技术条件下，生产一单位单一或复合产品的成本，如果在某一区间生产的平均成本递减（或递增），1则称在该区间存在规模经济（或规模不经济）。”2规模经济的传统定义表明：（1）规模经济是一个区间概念，即在某个特定的产量区间范围内才存在；（2）在某个特定的产量区间范围内存在规模经济等价于生产平均成本曲线在该区间内是下降的；（3）规模经济主要是针对单一产品生产而言的。自然垄断的定义是：“如果有一个厂商生产整个行业产出的生产总成本比由两个或两个以上厂商生产这个产出水平的生产总成本低，则这个行业是自然垄断的。”3从规模经济和自然垄断的定义可以得到两个命题，并且几乎国内的每本初级经济学教科书都编入了这两个结论，并广为流传。命题1：在单产品情况下，某个特定产量区间内存在规模经济等价于平均成本曲线在该产量区间内（严格）下降。命题2：单产品情况下，如果在所有的产出水平范围内都存在规模经济，那么必然导致该产品是自然垄断生产。随着经济理论的进一步发展，必须对规模经济的概念和相关命题进行充实和发展。另外，现实经济生活中几乎所有的企业都是生产多种产品的，所以也必须把规模经济、自然垄断的概念和相关命题扩展到多产品情况。二、规模经济和自然垄断的重新定义鲍莫尔、潘泽与威利格等从成本函数的角度重新定义了规模经济（Baumol、Panzar&Willig，1982；Panzar，1989）。他们的规模经济定义如下：定义1：（规模经济）成本函数角度的规模经济程度可以用本文于2002—05经过东北财经大学产业组织与企业组织研究中心讨论而成。1这里已经隐含地假定平均成本曲线是连续可微的。2约翰·伊特维尔、莫里·米尔盖特、彼得·纽曼主编：《新帕尔格雷夫经济学大辞典》（中译本），P84，经济科学出版社，1996。此外，定义里的规模经济实际上是指规模收益递增。3约翰·伊特维尔、莫里·米尔盖特、彼得·纽曼主编：《新帕尔格雷夫经济学大辞典》（中译本），P648，经济科学出版社，1996。2,,/,iiSywCywyCyw衡量。4当S大于、等于或小于1时，分别对应着规模收益（局部）递增、不变或下降。其中y为产出产品的向量组合，w为不变的要素价格向量，,Cyw为成本函数，0iy，/iiCCy。同时，鲍莫尔、潘泽与威利格及夏基等人还利用成本函数劣加性的概念严格定义了自然垄断（Baumol、Panzar&Willig，1982；Panzar，1989；Sharkey，1982）。定义2：（成本函数的严格劣加性）如果对任意的产出向量12,,,,0,,1,2,,;kiiiyyyyyyyikyy，有iCyCy成立，则称成本函数Cy在产出水平y具有严格劣加性。定义3：（自然垄断）在所有相关产出范围内，成本函数都具有严格劣加性，则该产业被称为自然垄断产业。或者说，在所有产出水平y的范围内，对任意的yy，成本函数Cy都具有严格劣加性，则该产业是自然垄断产业。鲍莫尔、潘泽与威利格及夏基等人之所以重新定义规模经济和自然垄断，一是为了克服原来传统描述性定义的不足，实现定义的严格化；二是把规模经济和自然垄断的定义扩展到多产品情况下，以便更好地解释现实经济生活。比较规模经济的传统定义和鲍莫尔、潘泽与威利格对规模经济的新定义，有两点儿显著的区别：（1）传统的规模经济是一个区间概念；而新定义的规模经济是一个点概念，即在某个既定的产量水平上，5也存在规模经济的概念，而不必再限于某个区间；（2）新定义的规模经济概念适用于一般的多产品情况，也适用于单产品情况；6而传统的规模经济概念主要是针对单一产品生产而言的。利用成本函数的严格劣加性定义的自然垄断概念要求在特定的产量区间范围内的每一产出水平上，成本函数都有严格的劣加性，因此处处存在严格的成本劣加性是自然垄断的充要条件和本质特征。新定义的自然垄断概念和传统的描述性自然垄断概念是一致的：两者都是区间概念，在一定的产量区间范围内才有意义；两者都表示在所有可能的产量范围内，几个企业的联合生产不及一个单一供给者提供相同产量时成本低，即单个企业能比两家或两家以上的企业更有效率地向市场提供同样数量的产品。不同的是利用成本函数的严格劣加性概念，新定义的自然垄断概念可以得到严格的证明或证伪，克服了原定义单纯描述性的局限。三、关于规模经济、自然垄断及两者之间关系的几个结论从鲍莫尔、潘泽与威利格及夏基等人重新定义的规模经济和自然垄断的概念出发，可以得到以下几条命题，7并且命题1不再成立。我们先引进严格下降的单产品平均成本的概念：定义4：（严格下降的单产品平均成本）如果存在一个实数0，,yy满足yyyy，都有//ACyCyyCyyACy成立，则称平均成本函数在产出水平y处是严格下降的。如果,yy满足0yyy，都有//ACyCyyCyyACy成立，则称平均成本函数在整个产出水平范围y内是严格下降的。4这里隐含地假定成本曲线是可微的，定义3中也有相同的假定。5如果假定成本函数是连续函数，根据连续函数的性质，在某个点上成立的概念，在该点附近足够小的邻域内也成立。从这个意义上说，也可以称规模经济是一个局部概念，但与区间概念有着本质的不同。6单产品情况可以看成多产品情况的特例。对多产品情况成立的结论一定对单产品情况也成立，反之未必成立。7这几条命题的证明可以参见鲍莫尔、潘泽与威利格（1982）、夏基（1982）、潘泽（1989）。3命题3：在单产品情况下，某个特定产量区间内每一点都存在规模经济是平均成本曲线在该产量区间内严格下降的充分而非必要条件。证明：（充分性）在单产品情况下，根据规模经济的定义（定义1），规模经济程度可以表示为：,,/,//iiSywCywyCywCyyMCyACyMCy。如果在某个特定产量区间内每一点都存在规模经济，即在该产量区间内每一点规模经济程度都大于1，也就是,/1SywACyMCy，即ACyMCy。（一般情况下，0,0ACyMCy）。因为////dACdydCyydyMCyACyy，所以/0dACdy对该产量区间内每一点都成立，所以平均成本曲线ACy在该产量区间内是严格下降的。（非必要性，举出一个反例即可）。考虑成本函数321Cyyy，显然平均成本函数为321ACyy，对足够小的0，有：33121212ACACAC，即平均成本函数ACy在1y处是严格下降的，但在1y处，2MCAC，1/1SACMC，所以在1y处不存在规模经济。命题3的含义是企业生产单产品时，如果某个特定产量区间内每一点都存在规模经济，则必然导致平均成本曲线在该产量区间内严格下降；反过来，如果企业平均成本曲线在某个特定产量区间内严格下降，并不能保证该产量区间内的每一点都存在规模经济。即规模经济不再等价于平均成本曲线严格下降。命题4：在单产品情况下，如果在最大产出水平为y的产量区间范围内平均成本曲线是严格递减的，则成本函数在产出水平y具有严格劣加性；反之未必成立。证明：对既定的产出水平y的任意非空分割12,,,,,kiiyyyyyyy，0iyy，1,2,,ik，因为在最大产出水平为y的产量区间范围内平均成本曲线是严格递减的，所以//iiiACyCyyACyCyy，即/iiyCyyCy。又因为iyy，所以/iiyCyyCyCy，根据定义2，成本函数在产出水平y处具有严格劣加性。CyACyF2CyFay/ACyFyay2aFOyO/myFa2/syFay图1图24考察成本函数2CyFay，其中F为大于零的常数，0y。显然该成本函数是连续的，并且平均成本函数是U型的：在0/myyFa上是下降的，在/yFa上是上升的（成本函数和平均成本函数的图像分别见图1和图2）。显然平均成本函数ACy在/,2/FaFa内是严格递增的。该成本函数在0,2/syFa范围内都具有严格劣加性。对0,2/syyFa，当2k时，即把既定的产出y任意分成两部分：12,1;:01yxyyxyxx。则：22222022210220iCyCyFayxxFayFayxx因为:01,xx都有20221/2xx，所以22222/2FayxxFay。当2/20Fay，即02/syyFa时，不等式iCyCy成立。当3k时，把y任意分成k部分：;:01,1,1,2,,iiiiiyxyxxxik。有：2222200110iiiCyCykFayxFaykFayx因为01,1iixx，所以2011ix成立，即222111ikFayxkFay。当210kFay，即01/ykFa时，iCyCy成立。注意到3k，所以2/1/FakFa，因此02/syyFa时，不等式iCyCy成立。综上所述，成本函数2CyFay在0,2/syFa范围内都具有严格劣加性。命题4说明，在单产品情况下，在某一特定产量区间内存在严格下降的平均成本曲线，只是成本函数在某一特定产出水平具有严格劣加性的充分而非必要条件。即虽然递减的平均成本曲线可以保证严格劣加性成立；但在某一产量区间范围内，成本函数处处有严格劣加性成立，平均成本曲线却可能是严格递增的，并不一定是严格递减的。命题5：在单产品情况下，如果在所有产量区间范围内的每一点处处存在规模经济，则在每一点成本函数都具有严格的劣加性，即该产品是自然垄断生产；反之未必成立。也就是说，单产品情况下每一产出水平都存在规模经济只是该产品自然垄断生产的充分而非必要条件。证明：（充分性）由命题1可知，在单产品情况下，某个特定产量区间内每一点都存在规模经济可以推出平均成本曲线在该产量区间内是严格下降的。由命题2可知，成本函数在该产量区间内的每一点都具有严格的劣加性，即在市场需求不超出该产量区间最大产出水平时，产品是自然垄断生产。（非必要性，举出一个反例即可）考察命题2中的例子：成本函数2CyFay，其中F为大于零的常数，0y。平均成本函数ACy在/,2/FaFa内是严格递增的，显然在/,2/FaFa内的每一产出水平上都不存在规模经济。但成本函数2CyFay在0,2/syFa范围内都具有严格劣加性，即在市场需求不超出2/Fa时，产品是自然垄断生产。命题5显示：即使在单产品情况下，如果只是在一定产量区间范围内存在规模经济，并不一定能得到该产品是自然垄断生产的结论；必须在任意产出水平都存在规模经济时，才能保证该产品是自然垄断生产。另外，某种产品是自然垄断生产，并不是说该产品的生产过程一定是规模经济的；在规模不