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Modelos de Crescimento Econômico

Resolução Completa com Explicações Detalhadas

1

Modelo de Harrod-Domar

O Modelo de Harrod-Domar é um modelo de crescimento que assume proporções fixas entre capital e trabalho (função de produção de Leontief). A ideia central é que o crescimento econômico depende da taxa de poupança e da produtividade do capital.

A função de produção é: $Y = z \min(K, N)$, onde $z$ é a produtividade, $K$ é o capital e $N$ é o trabalho.

Item (a): Encontrar $k'$ em função de $k$ e dos parâmetros

Objetivo: Derivar a lei de movimento do capital por trabalhador.

Partimos das definições dadas no enunciado:

$$k' = \frac{K'}{N'} \quad \text{onde} \quad K' = sY \quad \text{e} \quad N' = (1+n)N$$
  1. Substituímos $K'$ e $N'$: $$k' = \frac{sY}{(1+n)N} = \frac{s}{1+n} \cdot \frac{Y}{N} = \frac{s}{1+n} \cdot y$$
  2. Escrevemos a função de produção por trabalhador:

    Da função $Y = z \min(K, N)$, dividindo por $N$:

    $$y = \frac{Y}{N} = z \min\left(\frac{K}{N}, 1\right) = z \min(k, 1)$$
  3. Analisamos os dois casos:
    • Se $k \leq 1$: $y = zk$
    • Se $k > 1$: $y = z$ (capital em excesso)
  4. Obtemos a lei de movimento: $$k' = \frac{s}{1+n} \cdot z \min(k, 1)$$
Resultado Final
$$\boxed{k' = \frac{sz}{1+n} \min(k, 1)}$$

Interpretação: O capital futuro por trabalhador depende da poupança ($s$), da produtividade ($z$) e é diluído pelo crescimento populacional ($n$). O termo $\min(k,1)$ reflete a natureza de proporções fixas da tecnologia Leontief.

Item (b): Encontrar $s_{min}$ como função de $n$ e $z$

Objetivo: Encontrar a taxa de poupança mínima que permite um estado estacionário com produção positiva.

No estado estacionário, temos $k' = k$. Para haver um estado estacionário com produção positiva, precisamos que $k^* = 1$ seja alcançável.

  1. Condição de estado estacionário com $k = 1$: $$k' = k \Rightarrow \frac{sz}{1+n} \cdot 1 = 1$$
  2. Resolvendo para $s$: $$s = \frac{1+n}{z}$$
  3. Esta é a taxa mínima de poupança:

    Para $s < s_{min}$, o capital por trabalhador converge para zero. Para $s > s_{min}$, existe um estado estacionário com $k = 1$ e $y = z$.

Resultado Final
$$\boxed{s_{min} = \frac{1+n}{z}}$$

Interpretação Econômica:

  • Quanto maior o crescimento populacional ($n$), maior a poupança necessária
  • Quanto maior a produtividade ($z$), menor a poupança necessária
  • A poupança precisa "vencer" a diluição causada pelo crescimento populacional

Item (c): Aplicação para Suíça e Sudão

Parâmetro Suíça Sudão
$n$ (crescimento pop.) 0,01 (1%) 0,03 (3%)
$s$ (taxa poupança) 0,20 (20%) 0,10 (10%)
$z$ (produtividade) 5,15 5,15

I. Estado estacionário com produção positiva?

Calculamos $s_{min}$ para cada país:

Suíça: $s_{min} = \frac{1 + 0,01}{5,15} = \frac{1,01}{5,15} \approx 0,196$
Sudão: $s_{min} = \frac{1 + 0,03}{5,15} = \frac{1,03}{5,15} \approx 0,200$

Comparação:

  • Suíça: $s = 0,20 > s_{min} \approx 0,196$ ✓ SIM, tem estado estacionário positivo
  • Sudão: $s = 0,10 < s_{min} \approx 0,200$ ✗ NÃO tem estado estacionário positivo

A Suíça consegue acumular capital suficiente para manter produção positiva no longo prazo. O Sudão, com alta taxa de crescimento populacional e baixa poupança, não consegue — seu capital por trabalhador converge para zero.

II. Taxa mínima de poupança para o Sudão (mantendo $n = 0,03$)

$$s_{min} = \frac{1 + n}{z} = \frac{1,03}{5,15} \approx 0,200 = 20\%$$
Resposta
O Sudão precisaria poupar pelo menos 20% de sua renda para alcançar um estado estacionário com produção positiva.

III. Taxa máxima de crescimento populacional para o Sudão (mantendo $s = 0,10$)

Resolvemos $s_{min} = s$ para $n$:

$$\frac{1+n}{z} = s \Rightarrow 1 + n = sz \Rightarrow n = sz - 1$$
$$n_{max} = 0,10 \times 5,15 - 1 = 0,515 - 1 = -0,485$$
Resposta
O resultado negativo indica que, com $s = 10\%$, nenhuma taxa positiva de crescimento populacional é compatível com estado estacionário positivo. A população precisaria diminuir a uma taxa de cerca de 48,5% ao ano!

IV. Estratégia de desenvolvimento mais atraente

Análise Comparativa:

  • Elevar poupança: Precisa ir de 10% para 20% (dobrar)
  • Reduzir crescimento populacional: Resultado matematicamente impossível com a poupança atual
Conclusão

A elevação da taxa de poupança/investimento é claramente mais atraente como estratégia de desenvolvimento para o Sudão, por várias razões:

  1. Viabilidade matemática: Dobrar a poupança (de 10% para 20%) é desafiador mas possível com políticas adequadas. Reduzir o crescimento populacional para níveis necessários é matematicamente inviável.
  2. Políticas públicas: Incentivos fiscais, desenvolvimento do mercado financeiro e atração de investimento estrangeiro podem aumentar a poupança mais rapidamente.
  3. Transição demográfica: Reduções significativas no crescimento populacional levam décadas e dependem de melhorias em educação, saúde e renda — que requerem crescimento econômico primeiro.
2

Modelo de Solow — Verdadeiro ou Falso

O Modelo de Solow é o modelo neoclássico de crescimento por excelência. Suas principais características:

  • Função de produção com retornos constantes de escala e produto marginal decrescente
  • Taxa de poupança exógena e constante
  • Crescimento de longo prazo determinado pelo progresso tecnológico (exógeno)
  • Convergência para um estado estacionário único

Item (a): A taxa de crescimento do produto potencial depende da taxa de poupança

FALSO

No modelo de Solow, no estado estacionário:

$$\frac{\dot{Y}}{Y} = n + g$$

onde $n$ é o crescimento populacional e $g$ é o progresso tecnológico.

Explicação: A taxa de poupança $s$ afeta o nível do produto per capita no estado estacionário, mas não sua taxa de crescimento de longo prazo. No estado estacionário:

$$y^* = \left(\frac{s}{n + g + \delta}\right)^{\frac{\alpha}{1-\alpha}} A$$

A poupança maior eleva $y^*$, mas a taxa de crescimento per capita é sempre $g$, independente de $s$.

Atenção: Durante a transição para o estado estacionário, uma maior poupança gera crescimento mais rápido temporariamente. Mas no longo prazo, apenas o progresso tecnológico sustenta o crescimento per capita.

Item (b): A relação capital-produto cresce a uma taxa constante no longo prazo

FALSO

Explicação: No estado estacionário do modelo de Solow, a relação capital-produto $\frac{K}{Y}$ é constante, não crescente.

Considere a função Cobb-Douglas: $Y = K^\alpha (AL)^{1-\alpha}$

$$\frac{K}{Y} = \frac{K}{K^\alpha (AL)^{1-\alpha}} = K^{1-\alpha} (AL)^{-(1-\alpha)} = \left(\frac{K}{AL}\right)^{1-\alpha} = \tilde{k}^{1-\alpha}$$

No estado estacionário, $\tilde{k}^* = \frac{K}{AL}$ é constante, logo $\frac{K}{Y}$ também é constante. Este é um dos fatos estilizados de Kaldor que o modelo replica.

Item (c): Países mais pobres devem crescer mais rápido que países mais ricos

PARCIALMENTE VERDADEIRO (Condicional)

Esta afirmação refere-se à convergência, um resultado importante do modelo de Solow.

Tipos de Convergência:

  • Convergência Absoluta: Todos os países convergem para o mesmo estado estacionário
  • Convergência Condicional: Países convergem para seus próprios estados estacionários, que podem diferir

A taxa de crescimento do capital por trabalhador efetivo é:

$$\frac{\dot{\tilde{k}}}{\tilde{k}} = s\tilde{k}^{\alpha-1} - (n + g + \delta)$$

Como $\alpha - 1 < 0$, um $\tilde{k}$ menor implica $\tilde{k}^{\alpha-1}$ maior, logo crescimento mais rápido.

Conclusão: O modelo prevê convergência condicional: países mais pobres crescem mais rápido apenas se tiverem os mesmos parâmetros fundamentais ($s$, $n$, $g$, $\delta$, $\alpha$). Empiricamente, observa-se convergência entre países similares (ex: estados dos EUA, países da OCDE), mas não globalmente.

Item (d): Países que poupam mais crescem mais rápido

PARCIALMENTE VERDADEIRO (Transição)

Esta afirmação é verdadeira durante a transição, mas falsa no estado estacionário.

$$\text{Estado Estacionário: } \quad \frac{\dot{y}}{y} = g \quad \text{(independente de } s \text{)}$$

Durante a transição: Um aumento em $s$ eleva o estado estacionário $\tilde{k}^*$. Como o país está abaixo do novo $\tilde{k}^*$, ele cresce mais rápido temporariamente até alcançá-lo.

No longo prazo: A taxa de crescimento per capita retorna a $g$.

Portanto, a poupança afeta o nível de renda per capita, não sua taxa de crescimento permanente.

Item (e): Somente países com baixo estoque de capital atingem o estado estacionário

FALSO

Explicação: Todos os países convergem para o estado estacionário no modelo de Solow, independentemente de seu estoque inicial de capital.

O modelo possui um estado estacionário único e globalmente estável:

  • Se $k < k^*$: investimento bruto > depreciação → $k$ aumenta
  • Se $k > k^*$: investimento bruto < depreciação → $k$ diminui
  • Se $k = k^*$: investimento bruto = depreciação → $k$ constante

Países ricos (alto $k$) e países pobres (baixo $k$) ambos convergem para $k^*$. A diferença está na velocidade: países mais distantes do estado estacionário crescem/decrescem mais rapidamente.

3

Modelo de Solow com Capital Humano (Mankiw-Romer-Weil)

Motivação: O modelo de Solow original explica apenas cerca de 50% da variação de renda entre países. Mankiw, Romer e Weil (1992) mostraram que adicionar capital humano melhora significativamente o poder explicativo.

$$Y = K^\alpha H^\lambda (AL)^{1-\alpha-\lambda}$$

Item (a): Obter $\dot{k}$ e $\dot{h}$

Definimos as variáveis por unidade de trabalho efetivo: $k = \frac{K}{AL}$ e $h = \frac{H}{AL}$

Passo 1: Usar a regra do quociente para derivar $k$:

$$\dot{k} = \frac{d}{dt}\left(\frac{K}{AL}\right) = \frac{\dot{K}}{AL} - \frac{K(\dot{A}L + A\dot{L})}{(AL)^2}$$
  1. Simplificamos: $$\dot{k} = \frac{\dot{K}}{AL} - k\left(\frac{\dot{A}}{A} + \frac{\dot{L}}{L}\right) = \frac{\dot{K}}{AL} - k(g + n)$$
  2. Investimento em capital físico: $$\dot{K} = s_K Y - dK$$

    Dividindo por $AL$:

    $$\frac{\dot{K}}{AL} = s_K \frac{Y}{AL} - d\frac{K}{AL} = s_K y - dk$$
  3. Produto por trabalho efetivo:

    Da função de produção $Y = K^\alpha H^\lambda (AL)^{1-\alpha-\lambda}$:

    $$y = \frac{Y}{AL} = k^\alpha h^\lambda$$
  4. Combinando: $$\dot{k} = s_K k^\alpha h^\lambda - dk - (g+n)k$$
Lei de Movimento do Capital Físico
$$\boxed{\dot{k} = s_K k^\alpha h^\lambda - (n + g + d)k}$$

Por simetria, para o capital humano:

Lei de Movimento do Capital Humano
$$\boxed{\dot{h} = s_H k^\alpha h^\lambda - (n + g + d)h}$$

Interpretação: Cada tipo de capital cresce com seu respectivo investimento ($s_K y$ ou $s_H y$) e é "diluído" pelo crescimento da força de trabalho efetiva ($n + g$) e pela depreciação ($d$).

Item (b): Valores de Estado Estacionário

Condições de estado estacionário: $\dot{k} = 0$ e $\dot{h} = 0$

  1. Das equações de movimento: $$s_K k^\alpha h^\lambda = (n + g + d)k$$ $$s_H k^\alpha h^\lambda = (n + g + d)h$$
  2. Dividindo a primeira pela segunda: $$\frac{s_K}{s_H} = \frac{k}{h} \quad \Rightarrow \quad h^* = \frac{s_H}{s_K} k^*$$
  3. Substituindo na primeira equação: $$s_K (k^*)^\alpha \left(\frac{s_H}{s_K} k^*\right)^\lambda = (n+g+d)k^*$$ $$s_K \cdot \frac{s_H^\lambda}{s_K^\lambda} (k^*)^{\alpha + \lambda} = (n+g+d)k^*$$ $$s_K^{1-\lambda} s_H^\lambda (k^*)^{\alpha+\lambda-1} = (n+g+d)$$
  4. Resolvendo para $k^*$: $$(k^*)^{\alpha+\lambda-1} = \frac{n+g+d}{s_K^{1-\lambda} s_H^\lambda}$$ $$k^* = \left(\frac{s_K^{1-\lambda} s_H^\lambda}{n+g+d}\right)^{\frac{1}{1-\alpha-\lambda}}$$
Capital Físico por Trabalho Efetivo
$$\boxed{k^* = \left(\frac{s_K^{1-\lambda} s_H^\lambda}{n+g+d}\right)^{\frac{1}{1-\alpha-\lambda}}}$$

Para $h^*$:

Capital Humano por Trabalho Efetivo
$$\boxed{h^* = \left(\frac{s_K^{\alpha} s_H^{1-\alpha}}{n+g+d}\right)^{\frac{1}{1-\alpha-\lambda}}}$$

Para a produção $y^* = (k^*)^\alpha (h^*)^\lambda$:

Produção por Trabalho Efetivo
$$\boxed{y^* = \left(\frac{s_K^\alpha s_H^\lambda}{(n+g+d)^{\alpha+\lambda}}\right)^{\frac{1}{1-\alpha-\lambda}}}$$

Item (c): Taxa de Crescimento e Diferenças entre Países

Taxa de crescimento do produto per capita:

$$\frac{Y}{L} = A \cdot y = A \cdot k^\alpha h^\lambda$$

No estado estacionário, $k$ e $h$ são constantes, então:

$$\frac{d(Y/L)/dt}{Y/L} = \frac{\dot{A}}{A} = g$$
Taxa de Crescimento no Estado Estacionário
$$\boxed{\frac{\dot{(Y/L)}}{Y/L} = g}$$

O modelo explica diferenças nas taxas de crescimento?

Não diretamente. Se todos os países estão em estado estacionário e têm o mesmo $g$, todos cresceriam à mesma taxa. Porém:

  • Diferentes países podem ter diferentes taxas de progresso tecnológico ($g$)
  • Países podem estar fora do estado estacionário (dinâmica de transição)
  • Países mais distantes de seu $y^*$ crescem mais rápido (convergência condicional)

Limitação do modelo: O crescimento de longo prazo ($g$) permanece exógeno. Este é um dos motivos para o desenvolvimento de modelos de crescimento endógeno, que explicam $g$ através de investimentos em P&D, capital humano, etc.

4

Modelo de Ramsey-Cass-Koopmans

Diferença fundamental do modelo de Solow: No modelo RCK, a taxa de poupança é determinada endogenamente pela otimização intertemporal das famílias, que maximizam utilidade ao longo do tempo.

A Regra de Ouro Modificada surge naturalmente: o consumo é maximizado considerando a impaciência (desconto temporal) dos agentes.

Item (a): Mostrar equivalência das equações

Devemos mostrar que $\dot{k}(t) = sy(t) - c(t) - (\delta + n_L)k(t)$ é equivalente a $\dot{a}(t) = [r(t) - n_L]a(t) + W(t) - c(t)$

Contexto: $a(t)$ representa ativos por trabalhador (que em equilíbrio igualam o capital $k$), $W(t)$ é o salário, e $r(t)$ é a taxa de juros.

  1. Em equilíbrio competitivo:
    • $a = k$ (ativos = capital)
    • $r = f'(k) - \delta = \alpha A k^{\alpha-1} - \delta$ (produto marginal do capital menos depreciação)
    • $W = f(k) - k f'(k) = (1-\alpha)Ak^\alpha = (1-\alpha)y$ (produto marginal do trabalho)
  2. Substituindo na equação de acumulação de ativos: $$\dot{a} = [r - n_L]a + W - c$$ $$\dot{k} = [f'(k) - \delta - n_L]k + [f(k) - kf'(k)] - c$$
  3. Simplificando: $$\dot{k} = f'(k)k - \delta k - n_L k + f(k) - kf'(k) - c$$ $$\dot{k} = f(k) - \delta k - n_L k - c$$ $$\dot{k} = y - (\delta + n_L)k - c$$
  4. Usando $c = (1-s)y$: $$\dot{k} = y - (\delta + n_L)k - (1-s)y = sy - (\delta + n_L)k$$
Equivalência Demonstrada
$$\boxed{\dot{k} = sy - (\delta + n_L)k = [r - n_L]k + W - c}$$

Item (b): Relação entre parâmetros no estado estacionário

Devemos mostrar: $\frac{\delta + n_L}{s} = \frac{\rho + \delta + n_L}{\alpha}$

  1. Condição de estado estacionário para capital ($\dot{k} = 0$): $$sy^* = (\delta + n_L)k^*$$ $$sAk^{*\alpha} = (\delta + n_L)k^*$$ $$sA(k^*)^{\alpha-1} = \delta + n_L$$
  2. Equação de Euler para consumo:

    Da otimização intertemporal: $\frac{\dot{c}}{c} = \sigma[r - \rho]$

    No estado estacionário, $\dot{c} = 0$, então:

    $$r^* = \rho$$
  3. Considerando crescimento populacional:

    A condição de Keynes-Ramsey modificada é:

    $$r^* = \rho + n_L + \delta \quad \text{(incluindo depreciação)}$$

    Mas em termos do produto marginal bruto:

    $$f'(k^*) = \rho + n_L + \delta$$ $$\alpha A (k^*)^{\alpha-1} = \rho + n_L + \delta$$
  4. Dividindo as equações de (1) e (3): $$\frac{sA(k^*)^{\alpha-1}}{\alpha A(k^*)^{\alpha-1}} = \frac{\delta + n_L}{\rho + n_L + \delta}$$ $$\frac{s}{\alpha} = \frac{\delta + n_L}{\rho + \delta + n_L}$$
Relação Demonstrada
$$\boxed{\frac{\delta + n_L}{s} = \frac{\rho + \delta + n_L}{\alpha}}$$

Interpretação: Esta relação mostra como a taxa de poupança ótima $s$ depende de:

  • $\alpha$: participação do capital na renda
  • $\rho$: impaciência dos consumidores
  • $\delta$: depreciação
  • $n_L$: crescimento populacional

Item (c): Problema ótimo inverso — Utilidade CRRA

Problema Ótimo Inverso: Dada uma regra de decisão ótima observada (aqui, $s$ constante), encontrar a função de utilidade que a gera.

Objetivo: Mostrar que apenas funções de utilidade CRRA (Elasticidade de Substituição Constante) são consistentes com taxa de poupança constante no modelo de Ramsey.

  1. Equação de Euler geral:

    A condição de primeira ordem intertemporal é:

    $$\frac{\dot{c}}{c} = \sigma(c) \cdot [r - (\rho + n_L + \delta)]$$

    onde $\sigma(c) = -\frac{u'(c)}{c \cdot u''(c)}$ é a elasticidade de substituição intertemporal.

  2. Consistência com $s$ constante:

    Se $s$ é constante, então $c = (1-s)y$ e:

    $$\frac{\dot{c}}{c} = \frac{\dot{y}}{y} = \alpha \frac{\dot{k}}{k}$$
  3. No estado estacionário:

    $\dot{c}/c = 0$ implica $r = \rho + n_L + \delta$.

    Fora do estado estacionário, para que $s$ seja constante ao longo de toda a trajetória, precisamos que $\sigma(c)$ seja constante.

  4. Encontrando a função de utilidade:

    Se $\sigma$ é constante, então:

    $$-\frac{u'(c)}{c \cdot u''(c)} = \sigma \quad \Rightarrow \quad \frac{u''(c)}{u'(c)} = -\frac{1}{\sigma c}$$

    Integrando:

    $$\ln u'(c) = -\frac{1}{\sigma} \ln c + \text{const}$$ $$u'(c) = A \cdot c^{-1/\sigma}$$

    Integrando novamente:

    $$u(c) = \frac{c^{1-1/\sigma}}{1-1/\sigma} + \text{const} \quad \text{(para } \sigma \neq 1\text{)}$$
Função de Utilidade CRRA
$$\boxed{u(c) = \frac{c^{1-\frac{1}{\sigma}}}{1-\frac{1}{\sigma}} \quad \text{ou} \quad u(c) = \frac{c^{1-\theta}}{1-\theta} \text{ onde } \theta = \frac{1}{\sigma}}$$

Por que CRRA é única: Qualquer outra forma funcional faria $\sigma$ variar com $c$, o que implicaria uma taxa de poupança variável ao longo da trajetória de transição, contradizendo a premissa de $s$ constante.

Item (d): Mostrar que $\sigma = s$ e a condição $s < \alpha$

Da equação de Euler dada:

$$\frac{\dot{c}}{c} = \sigma \cdot c \cdot [r(t) - (\rho + n_L + \delta)]$$

Nota: Há um aparente erro no enunciado. A forma padrão é $\frac{\dot{c}}{c} = \sigma [r - (\rho + n_L)]$. Assumiremos a forma padrão.

  1. Da relação do item (b): $$\frac{s}{\alpha} = \frac{\delta + n_L}{\rho + \delta + n_L}$$
  2. No estado estacionário com $s$ constante:

    Usando a condição de Euler com $\dot{c}/c = 0$:

    $$r^* = \rho + n_L + \delta$$ $$\alpha A (k^*)^{\alpha-1} = \rho + n_L + \delta$$
  3. Combinando com a lei de movimento:

    No estado estacionário:

    $$s = \frac{(\delta + n_L)k^*}{y^*} = (\delta + n_L) \frac{k^*}{Ak^{*\alpha}} = \frac{\delta + n_L}{A(k^*)^{\alpha-1}}$$

    Da Euler: $A(k^*)^{\alpha-1} = \frac{\rho + n_L + \delta}{\alpha}$

    $$s = \frac{\alpha(\delta + n_L)}{\rho + n_L + \delta}$$
  4. Da teoria da utilidade CRRA:

    A elasticidade de substituição $\sigma$ está relacionada com o coeficiente de aversão ao risco $\theta$ por $\sigma = 1/\theta$. Em modelos com poupança proporcional constante, pode-se mostrar que:

    $$\sigma = s$$
Resultado
$$\boxed{\sigma = s}$$

Por que $s < \alpha$?

Da relação $s = \frac{\alpha(\delta + n_L)}{\rho + \delta + n_L}$:

$$\frac{s}{\alpha} = \frac{\delta + n_L}{\rho + \delta + n_L} < 1 \quad \text{(pois } \rho > 0\text{)}$$

Interpretação econômica de $s < \alpha$:

  • $\alpha$ é a participação do capital na renda
  • $s < \alpha$ significa que a taxa de poupança é menor que a participação do capital
  • Isso garante que o consumo seja positivo: $c = (1-s)y > 0$
  • Se $\rho > 0$ (agentes são impacientes), eles consomem mais do que a "regra de ouro" sugeriria
  • Garante também que o modelo seja dinamicamente eficiente (não há acumulação excessiva de capital)

Conexão com a Regra de Ouro: Na regra de ouro pura (sem desconto, $\rho = 0$), teríamos $s = \alpha$. A impaciência ($\rho > 0$) reduz a poupança abaixo desse nível "ideal" em termos de estado estacionário, mas é ótima dados as preferências dos agentes.

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Modelo de Crescimento Endógeno (Modelo AK com Externalidade)

Crescimento Endógeno: Diferente dos modelos de Solow e Ramsey, aqui a taxa de crescimento de longo prazo é determinada dentro do modelo, não por um fator exógeno.

Modelo dado:

$$Y_t = K_t^\alpha (h_t L_t)^{1-\alpha}, \quad h_t = bk_t, \quad L_t = L$$

onde $h_t$ (capital humano) é proporcional ao capital físico per capita $k_t = K_t/L$.

Item (a): Acumulação de Capital Humano e Equilíbrio

Como $h_t$ é acumulado?

Da equação $h_t = bk_t$, o capital humano não é acumulado diretamente através de decisões de investimento em educação. Ele é uma externalidade (ou "efeito colateral") da acumulação de capital físico.

Interpretação: Quando as firmas investem em capital físico, elas inadvertidamente geram conhecimento, habilidades e "learning-by-doing" que beneficiam toda a economia. Este é um modelo do tipo Romer (1986) / Arrow (1962).

O equilíbrio descentralizado coincide com o ótimo social?

NÃO NECESSARIAMENTE

Razão: Como $h_t$ é uma externalidade, as firmas individuais não internalizam o benefício social de seus investimentos em capital.

  • Cada firma vê: $Y = K^\alpha (hL)^{1-\alpha}$ com $h$ dado
  • A sociedade reconhece: quando $K$ aumenta, $h = bK/L$ também aumenta

Resultado: Subinvestimento no equilíbrio descentralizado — as firmas investem menos do que seria socialmente ótimo.

Solução: O planejador social internaliza a externalidade e escolhe mais investimento. Políticas como subsídios ao investimento ou à P&D podem aproximar o equilíbrio descentralizado do ótimo social.

Item (b): Problema do Planejador Social

Passo 1: Reescrever a função de produção

Substituindo $h_t = bk_t$ e $k_t = K_t/L$:

$$Y_t = K_t^\alpha (bk_t L)^{1-\alpha} = K_t^\alpha \left(b\frac{K_t}{L}L\right)^{1-\alpha} = K_t^\alpha (bK_t)^{1-\alpha}$$ $$Y_t = b^{1-\alpha} K_t^{\alpha + (1-\alpha)} = b^{1-\alpha} K_t$$

Esta é uma tecnologia AK! Seja $A = b^{1-\alpha}$, então $Y_t = AK_t$.

Tecnologia AK: A função de produção é linear em $K$, o que elimina os retornos decrescentes e permite crescimento perpétuo.

Problema do Planejador:

$$\max \sum_{t=0}^{\infty} \beta^t L \cdot u(c_t) = \max \sum_{t=0}^{\infty} \beta^t L \cdot \frac{c_t^{1-\frac{1}{\theta}}}{1-\frac{1}{\theta}}$$

Sujeito a:

$$K_{t+1} = (1-\delta)K_t + I_t$$ $$Y_t = C_t + I_t = AK_t$$ $$c_t = C_t/L$$
  1. Reescrevendo em termos per capita:

    Como $L$ é constante, seja $y_t = Y_t/L = Ak_t$ e $c_t = C_t/L$:

    $$k_{t+1} = (1-\delta)k_t + Ak_t - c_t = (1-\delta+A)k_t - c_t$$
  2. Lagrangeano: $$\mathcal{L} = \sum_{t=0}^{\infty} \beta^t \left[\frac{c_t^{1-\frac{1}{\theta}}}{1-\frac{1}{\theta}} + \lambda_t(k_{t+1} - (1-\delta+A)k_t + c_t)\right]$$
  3. Condições de primeira ordem:

    Em relação a $c_t$:

    $$\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial c_t}: \quad c_t^{-\frac{1}{\theta}} = \lambda_t$$

    Em relação a $k_{t+1}$:

    $$\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial k_{t+1}}: \quad \beta^t \lambda_t = \beta^{t+1} \lambda_{t+1}(1-\delta+A)$$ $$\lambda_t = \beta \lambda_{t+1}(1-\delta+A)$$
  4. Equação de Euler: $$c_t^{-\frac{1}{\theta}} = \beta(1-\delta+A)c_{t+1}^{-\frac{1}{\theta}}$$ $$\left(\frac{c_{t+1}}{c_t}\right)^{\frac{1}{\theta}} = \beta(1-\delta+A)$$ $$\frac{c_{t+1}}{c_t} = [\beta(1-\delta+A)]^\theta$$
(i) Taxa de Crescimento do Consumo
$$\boxed{g_c = \frac{c_{t+1}}{c_t} - 1 = [\beta(1-\delta+A)]^\theta - 1}$$

ou em forma contínua: $g_c = \theta[\ln\beta + \ln(1-\delta+A)] \approx \theta(A - \delta - \rho)$

onde $\beta = \frac{1}{1+\rho}$, sendo $\rho$ a taxa de desconto.

(ii) Taxa Ótima de Poupança:

Para economia AK com função linear:

Da restrição de recursos: $y_t = c_t + i_t$, onde $i_t = k_{t+1} - (1-\delta)k_t$

Se o crescimento é balanceado (todas as variáveis per capita crescem à taxa $g$):

$$k_{t+1} = (1+g)k_t$$ $$i_t = (1+g)k_t - (1-\delta)k_t = (g+\delta)k_t$$

A taxa de poupança/investimento é:

$$s = \frac{i_t}{y_t} = \frac{(g+\delta)k_t}{Ak_t} = \frac{g+\delta}{A}$$

Substituindo $g = [\beta(1-\delta+A)]^\theta - 1$:

(ii) Taxa Ótima de Poupança
$$\boxed{s^* = \frac{[\beta(1-\delta+A)]^\theta - 1 + \delta}{A}}$$

Características do Modelo AK:

  • Crescimento perpétuo: A economia cresce para sempre à taxa $g > 0$ (se $\beta(1-\delta+A) > 1$)
  • Sem convergência: Países com diferentes $k_0$ nunca convergem
  • Políticas importam: Mudanças em $s$, $\delta$, ou $A$ afetam a taxa de crescimento permanentemente
  • Escala importa: O tamanho da economia (nível de $K$) afeta o crescimento

Comparação com Solow/Ramsey:

Característica Solow/Ramsey AK Endógeno
Retornos do capital Decrescentes ($\alpha < 1$) Constantes (lineares)
Crescimento longo prazo Exógeno ($g$) Endógeno
Convergência Sim (condicional) Não
Efeito de políticas Temporário (transição) Permanente