Aplicação da teoria das matrizes não-negativas e matrizes-M ao modelo de Leontief

Abstract

Seja Uln sistema econômico, que envolve n indústrias interdependentes tais que cada indústria produz um único tipo de artigo. Denotemos com t ij a quantidade da entrada (insumo) da iêsima mercadoria que a economia necessita para produzir uma unidade da mercadoria} de saída (produto). A matriz T := [ tlj ] de insumo-produto de Leontief é uma matriz não-negativa. Descreveremos as propriedades das matrizes não-negativas, necessárias para uma análise matemática do modelo de Leontief. Se esse modelo descreve uma economia viável, a soma dos elementos em cada coluna de T será menor ou igual a l. Suponhamos mais que o sistema econômico modelado contenha um setor aberto, onde trabalho, lucro, etc. entram como segue. Seja x, o produto total que a indústria i requer para atender à demanda do setor aberto e das n indústrias. Então x = Tx + d, onde d := [ d,] é o vetor das demandas, isto é, d; é a demanda do s~tor aberto sobre a indústria iésúna. Aqui l;JXj representa o insumo que a j ésima indústria necessita da i•s•ma indústria. Os níveis de produção requeridos pela totalidade das n indústrias, a fim de poder atender a essas demandas, constituem o vetor-solução do sistema linear Ax = d, com A := I- T. Como a soma dos elementos de cada coluna de T é menor ou igual a I; o raio espectral de T também é menor ou igual a 1. Quando o raio espectral é menor que 1, T é convergente e A tem um inversa com todos os elementos não-negativos (matriz não-negativa). Discutiremos as matrizes não-negativas. Além disso, os elementos não-diagonais de A := I - T são todos negativos ou nulos. Matrizes com esse quadro de sinais, cujas inversas são não-negativas, são ditas matrizes-M não-singulares. Discutjremos também as matrizes-M não-singulares e singulares. O objetivo principal deste trabalho é a apl icação interessante da teoria das matrizes nãonegativas e matrizes-M, na análise do modelo de Leontief descrito muito brevemente acima, resultando um método elegante de análise de insumo-produto.

Let us consid~r an economic system, that involves n interdependent industries, assuming that each industry produces only one type of commodities. Let tij denote the amount of input ofthe ith commodity needed by the economy to produce a unit output o f commodity j. The Leontief input-output matrix T := [ tij] is a nonnegative matrix. We will describe the properties of nonnegative matrices, necessary for a mathematical analysis ofthe Leontiefs model. Ifthat model describes an economically feasible situation, the sum of the elements in each column of T does not exceed I. Let us further suppose that the modeled economic system contains an open sector, where labor, profit, etc. enter in the following way. Let x, be the total output o f the industry i required to meet the demand o f the open sector and ali n industries. Then x = Tx + d, where d := [ d; ], is the vector ofthe demands, that is, d; is the demand of the open sector from the ith industry. Here li]Xj represents the input requirement of the jth industry from the ith. The output leveis required o f the totality o f the n industries, in order to meet these demands, are the solution vector x ofthe linear system Ax = d, with A :=I- T. As the sum ofthe elements of each column ofT is at most I, it follows that the spectral radius ofT is also at most I. When the spectral radius is less than 1, T is convergent and A is inverse-positive, that is, A'1 is a nonnegative matrix. We will discuss the nonnegative matrices. Besides, A:= I - T has ali its off-diagonal entries nonpositive. Jnverse-positive matrices with this sign pattem are called nonsingular M-matrices. We will also discuss nonsingular and singular M-matrices. The main goal of this work is the interesting appl ication of the nonnegative matrices and M-matrices theory to the analysis ofthe Leontiefs model, described very shortly above, resulting in an elegant method o f input-output analysis.