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範例 16:經濟學上的Lorenz Curve

經濟學上的Lorenz曲線是個很好的均值定理的應用,你想進一步了解它嗎?

《 解答 》

經濟學上的Lorenz曲線是個很好的均值定理(Mean-Value Theorem)的應用,比方說我們想要研究一個國家中的每個家庭所得收入的情形,我們可以用以下方式來了解:

  1. 先將所有住戶以所得由小到大排列
  2. 橫軸代表住戶的 "百分等級",縱軸所顯示的是 "累積所得" 佔總所得的百分比
如下圖:
如此一來,描繪出來的點畫成的曲線即為Lorenz Curve。

Lorenz Curve具有下面的幾個特質:

此曲線一定是遞增,並且凹口向上的圖形(因為住戶數夠多,於是我們可將Lorenz Curve畫得平滑些, 至少二階可微分)
不妨這樣子看:Lorenz Curve可以表示成 ,其中 為百分等級為 的住戶的所得佔全部所得的比例。

即此圖形的縱軸值

(微積分基本定理)
遞增
(因為排序方式是由小到大)
凹口向上。

ESC(Equal-Share Coefficient)

我們希望在Lorenz Curve一找到切線斜率為1的點,我們稱這個點是ESC(Equal-Share Coefficient),簡記為 ,點 的收入正好和平均收入一樣(因為平均收入為(0,0)與(1,1)的割線斜率),因此它是一個很好的指標:在 以下的住戶所得比平均所得低,在 以上的住戶所得比平均所得高。此點 在Lorenz Curve上存在嗎?

答案是肯定的,因為均值定理(Mean-Value Theorem)告訴我們:如果一函數在閉區間連續,在開區間 可微,則存在一點,使得 。用在Lorenz Curve上,即為點。導函數就是。並且:如果每個住戶所得不相等,則圖形的斜率函數嚴格遞增,於是可以保證 唯一。

Gini Coefficient

Gini Coefficient是一種衡量貧富差距大小的指標,我們可以想見:如果每個住戶的收入都一樣的時候,畫出來的Lorenz Curve是(0,0)到(1,1)的直線,如果貧富差距愈大,則 Lorenz Curve就會離那條直線愈遠,Gini Coefficient就是計算以下式子:


Lorenz Curve和對角線所包圍的面積與面積的比值

如果我們清楚Lorenz Curve的函數式,那麼Gini Coefficient就會是


所以我們也可利用積分工具以得到Gini Coefficient。


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