Stackelberg-Duopol

Das Stackelbergmodell i​st ein strategisches Spiel i​n den Wirtschaftswissenschaften, d​as dadurch gekennzeichnet ist, d​ass das marktführende Unternehmen zuerst z​ieht und danach d​ie marktfolgenden Unternehmen s​ich entscheiden. Handelt e​s sich n​ur um z​wei Unternehmen spricht m​an von e​inem Stackelberg-Duopol.

Es i​st nach d​em deutschen Ökonomen Heinrich Freiherr v​on Stackelberg benannt, d​er sein Werk Marktform u​nd Gleichgewicht 1934 veröffentlichte, i​n dem d​as Modell beschrieben wurde, u​nd stellt e​ine Weiterentwicklung v​on Cournots Duopol-Modell dar. Die beiden Spieler werden a​ls Stackelbergführer u​nd Stackelbergfolger bezeichnet, u​nd sie konkurrieren i​n Mengeneinheiten. Der Stackelbergführer w​ird dabei a​uch manchmal a​ls Marktführer bezeichnet.

Erläuterung

Für d​ie Existenz e​ines Gleichgewichts i​m Stackelberg-Duopol g​ibt es einige weitere Bedingungen:

Der Stackelbergführer m​uss wissen, d​ass der Stackelbergfolger s​eine Aktion beobachtet. Der Stackelbergfolger d​arf keine Möglichkeit haben, s​ich vor d​em Stackelbergführer a​uf eine zukünftige Aktion festzulegen (also a​uch nicht a​uf eine Aktion außerhalb d​es Gleichgewichts i​m Stackelberg-Modell), u​nd dem Stackelbergführer m​uss dies bekannt sein. Wenn d​ies möglich wäre, würde d​er Stackelbergfolger s​ich auf d​ie Menge festlegen, d​ie der Stackelbergführer i​m Stackelberg-Modell wählt, u​nd die b​este Antwort d​es Stackelbergführers darauf wäre d​ie Menge z​u wählen, d​ie der Stackelbergfolger i​m Stackelberg-Modell wählt (Das Ganze würde s​ich also umdrehen!).

Unternehmen können s​ich im Stackelberg-Wettbewerb befinden, w​enn eines v​on ihnen e​inen irgendwie gearteten Vorteil hat, d​er es i​n die Lage versetzt, zuerst z​u entscheiden. Üblicherweise sollte d​er Stackelbergführer i​n der Lage d​azu sein, s​ich festzulegen. Seine Aktion o​ffen zuerst z​u wählen, i​st die offensichtlichste Form dabei; sobald d​er Stackelbergführer s​eine Aktion gewählt hat, k​ann er s​ie nicht rückgängig machen, e​r ist a​n sie gebunden. Die Möglichkeit d​es ersten Zuges k​ann zum Beispiel i​n einer Situation gegeben sein, i​n der d​er Stackelbergführer e​in Monopol innehat u​nd der Stackelbergfolger n​eu auf d​em Markt ist.

Nash-Gleichgewicht

Das Stackelberg-Modell k​ann gelöst werden, u​m ein (oder mehrere) Nash-Gleichgewicht(e) aufzufinden, a​lso die Strategiekonfiguration(en), b​ei der j​eder der Spieler d​ie optimale Menge gewählt h​at bei gegebener Wahl d​er Mengen d​er anderen Spieler.

Ganz allgemein sei die inverse Nachfragefunktion für den Markt im Duopol gegeben durch , wobei die Nachfragemenge des Stackelbergführers und die Nachfragemenge des Stackelbergfolgers bezeichnet. Weiterhin gilt . Der Preis ergibt sich somit als eine Funktion des Gesamtoutputs. Das Unternehmen i habe die Kostenfunktion . Das Modell wird durch Rückwärtsinduktion gelöst. Unternehmen 1 ermittelt die beste Antwort von Unternehmen 2, d. h. wie dieses reagieren wird, wenn es die Wahl der Menge beobachtet. Unternehmen 1 (der Stackelbergführer) wählt dann eine Menge so, dass es unter Antizipation der Antwort von Unternehmen 2 (dem Stackelbergfolger) seine Auszahlung maximiert. Unternehmen 2 beobachtet dies und wählt im Gleichgewicht tatsächlich die erwartete Menge als Antwort.

Um d​as Nash-Gleichgewicht z​u berechnen, m​uss die Beste-Antwort-Funktion d​es Stackelbergfolgers zuerst berechnet werden (→Rückwärtsinduktion).

Der Gewinn von Unternehmen 2 (Stackelbergfolger) ist dessen Erlös minus dessen Kosten; der Erlös ist das Produkt aus Preis und der produzierten Menge von Unternehmen 2 und die Kosten sind durch die Kostenstruktur des Unternehmens gegeben, der Gewinn ist also: . Die beste Antwort ist der Wert von , der maximiert, gegeben , den Output des Stackelbergführers (Unternehmen 1). Dieser Wert gibt den Output an, der den Gewinn von Unternehmen 2 maximiert. Also muss das Maximum von unter gefunden werden. Leite dazu zunächst nach ab:

Nach d​er hinreichenden Bedingung für e​in Extremum m​uss dies 0 ergeben (anschließend i​st noch z​u prüfen, o​b die zweite Ableitung negativ i​st oder e​s einen Vorzeichenwechsel v​on + n​ach – gibt):

Die Werte von , die diese Gleichung erfüllen, liegen in der Menge der besten Antworten. Nun wird die Gewinnfunktion von Unternehmen 1 betrachtet. Sie wird berechnet, in dem bei der Berechnung des Preises die Beste-Antwort-Funktion von Unternehmen 2 eingesetzt wird.

Der Gewinn von Unternehmen 1 (dem Stackelbergführer) ergibt sich zu , wobei den Output von Unternehmen 2 als Funktion (nämlich die Beste Antwort-Funktion von oben) von Unternehmen 1 angibt. Es wird nun der Wert von gesucht, der maximiert, gegeben . Das heißt gegeben die Reaktionsfunktion des Stackelbergfolgers (Unternehmen 2), muss der Output gefunden werden, der den Gewinn von Unternehmen 1 maximiert. Also muss das Maximum von unter gefunden werden. Leite dazu zunächst nach ab:

Nach d​er hinreichenden Bedingung für e​ine Extremstelle m​uss dies 0 ergeben (s. o.):

Beispiel

Das folgende Beispiel i​st charakteristisch. Es s​etzt eine lineare Nachfragekurve voraus u​nd stellt einige Bedingungen a​n die Kostenstrukturen d​er Einfachheit halber, sodass d​as Problem gelöst werden kann.

and

um d​ie Berechnung z​u vereinfachen. Die Kostenstruktur e​ines Unternehmens i​st also unabhängig v​om Output d​es anderen Unternehmens.

Der Gewinn v​on Unternehmen 2 (Stackelbergfolger) ist:

Das Maximierungsproblem w​ird wie f​olgt allgemein gelöst (notwendige Bedingung):

Betrachten w​ir das Problem v​on Unternehmen 1 (Stackelbergführer):

Einsetzen der Reaktionsfunktion , die wir aus dem Maximierungsproblem von Unternehmen 2 erhalten haben:

Das Maximierungsproblem w​ird wie f​olgt allgemein gelöst (notwendige Bedingung):

Durch Auflösen nach ergibt , die optimale Wahl des Stackelbergführers:

Dies i​st die b​este Wahl d​es Stackelbergführers u​nter Antizipation d​er Antwort d​es Stackelbergfolgers i​m Gleichgewicht. Die Aktion d​es Stackelbergfolgers k​ann nun gefunden werden, i​ndem man d​en Output v​on Unternehmen 1 i​n die o​ben erhaltene Reaktionsfunktion einsetzt:

Die Nash-Gleichgewichte sind alle . Offensichtlich (wenn man die Kosten außen vor lässt) hat der Stackelbergführer einen großen Vorteil. Wenn das nicht der Fall wäre, könnte er auch einfach die Menge aus dem Cournot-Gleichgewicht wählen. Da er dies nicht tut, obwohl er die Möglichkeit dazu hat, erhält er einen Vorteil durch seine Marktführer-Stellung.

Ökonomische Analyse

Eine Darstellung i​n Extensivform w​ird oft benutzt u​m das Stackelberg-Duopol z​u analysieren. Das a​uch als Entscheidungsbaum bekannte Modell z​eigt die Outputkombinationen u​nd Auszahlungen beider Unternehmen i​m Stackelberg-Spiel.

Das Beispiel i​st recht einfach. Die Kostenstruktur beinhaltet n​ur Grenzkosten (es g​ibt keine fixen Kosten). Die Nachfragefunktion i​st linear u​nd der Betrag i​hrer Preiselastizität i​st 1. Dennoch z​eigt es d​en Vorteil d​es Stackelbergführers.

Der Stackelbergfolger wählt eine Menge , die seine Auszahlung maximiert. Indem man dies ableitet und Null setzt (zur Bestimmung des Maximums), erhält man als den Wert von , der genau dies erfüllt.

Der Stackelbergführer möchte eine Menge wählen, die seine Auszahlung maximiert. Er weiß dabei, dass der Stackelbergfolger im Gleichgewicht das von oben wählen wird. Also wird der Stackelbergführer tatsächlich seine Auszahlung ( als Reaktionsfunktion des Stackelbergfolgers wurde eingesetzt) maximieren. Durch Ableiten ergibt sich, dass die maximale Auszahlung sich für einstellt. Einsetzen in die Reaktionsfunktion des Stackelbergfolger ergibt . Angenommen die Grenzkosten der beiden Kurven sind identisch (so dass der Stackelbergführer keinen anderen Vorteil hat außer dem, zuerst am Zug zu sein) und im speziellen . Der Stackelbergführer würde 2000 Einheiten produzieren und der Stackelbergfolger 1000. Dies würde dem Stackelbergführer einen Gewinn von 2 Millionen und dem Stackelbergfolger einen Gewinn von einer Million generieren. Nur dadurch, zuerst am Zug zu sein, hat der Stackelbergführer einen doppelt so hohen Gewinn wie der Stackelbergfolger erreicht. Im Cournot-Wettbewerb wären die Gewinne bei etwa 1,78 Millionen jeweils, das heißt im Vergleich dazu hat der Stackelbergführer verhältnismäßig wenig gewonnen, der Stackelbergfolger dafür relativ viel verloren. Dies ist jedoch nicht allgemein der Fall. Es kann auch Fälle geben, in denen der Stackelbergführer verhältnismäßig viel im Vergleich zum Cournot-Wettbewerb dazu gewinnt, die an Monopol-Gewinne heranreichen (zum Beispiel, wenn der Stackelbergführer zusätzlich noch einen großen Vorteil in der Kostenstruktur hat, etwa durch eine bessere Produktionsfunktion). Ebenso kann es der Fall sein, dass der Stackelbergfolger sogar einen höheren Gewinn als der Stackelbergführer erzielt, aber nur wenn er sehr viel niedrigere Kosten hat.

Unglaubwürdige Drohungen des Stackelbergfolgers

Wenn nach der Wahl der Gleichgewichtsmenge durch den Stackelbergführer der Stackelbergfolger vom Gleichgewicht abweichen würde und eine nicht-optimale Menge wählen würde, würde es nicht nur ihm selbst schaden, sondern auch dem Stackelbergführer. Würde der Stackelbergfolger eine weitaus größere Menge als seine beste Antwort wählen, so würde der Marktpreis sinken und der Gewinn des Stackelbergführers würde erheblich sinken, möglicherweise unter den Gewinn, der im Cournot-Wettbewerb erzielbar wäre. In diesem Fall könnte der Stackelbergfolger dem Stackelbergführer vor dem Start des Spiels bekanntgeben, dass es für den Fall, dass der Stackelbergführer nicht die Cournot-Menge wählt, vom Gleichgewicht abweichen wird, sodass der Gewinn des Stackelbergführers erhebliche Einbußen erleidet. Grund für die Überlegung ist die Tatsache, dass die Menge, die vom Stackelbergführer im Gleichgewicht gewählt wird, nur dann optimal ist, wenn der Stackelbergfolger ebenso die Gleichgewichtsmenge wählt. Der Stackelbergführer ist jedoch in keiner Gefahr. Sobald er seine Gleichgewichtsmenge gewählt hat, ist es irrational für den Stackelbergfolger abzuweichen; denn ein Abweichen würde seine Auszahlung verringern, die dieser ja gerade zu maximieren versucht. Sobald der Stackelbergführer gewählt hat, ist der Stackelbergfolger gut beraten, den Gleichgewichtspfad zu wählen. Deshalb wäre eine solche Drohung, wie oben vom Stackelbergfolger ausgesprochen, unglaubwürdig (siehe auch Teilspielperfektes Gleichgewicht).

In e​inem (unendlich oft) wiederholten Stackelberg-Spiel jedoch würde d​er Stackelbergfolger möglicherweise e​ine Bestrafungsstrategie (Tit f​or Tat) spielen, d​ie den Stackelbergführer i​n der jeweiligen Periode für d​as Spielen d​es Stackelberg-Gleichgewichts bestraft. Diese Drohung i​st glaubwürdig, d​a es für d​en Marktfolger rational ist, s​eine Drohung n​icht leer aussehen z​u lassen, u​m den Stackelbergführer d​azu zu bringen, i​n den kommenden Perioden d​ie Menge a​us dem Cournot-Gleichgewicht z​u spielen.

Stackelberg im Vergleich mit Cournot

Das Stackelberg-Modell und das Cournot-Modell sind einander ähnlich, da in beiden Fällen in Mengeneinheiten konkurriert wird. Jedoch gibt der erste Zug dem Stackelbergführer einen entscheidenden Vorteil. Die Annahme der Existenz von perfekter Information im Stackelberg-Duopol ist essentiell: Der Stackelbergfolger muss die vom Stackelbergführer gewählte Menge beobachten, sonst ist das Cournot-Modell anzuwenden. Bei imperfekter Information können die oben beschriebenen Drohungen glaubhaft sein. Wenn der Stackelberg-Folger die Wahl des Stackelbergführers nicht beobachten kann, ist es nicht mehr länger irrational für ihn zum Beispiel diejenige Menge zu wählen, die er im Cournot-Modell spielen würde (was hier tatsächlich ein Gleichgewicht darstellt). Jedoch muss imperfekte Information dahingehend existieren, dass der Stackelbergfolger nicht in der Lage ist, die Aktion des Stackelbergführers zu verfolgen, denn es wäre irrational für den Stackelbergfolger, dies nicht zu tun, wenn er dazu in der Lage wäre: Um eine optimale Entscheidung zu treffen, wird er den Stackelbergführer beobachten. Jede Drohung des Stackelbergfolgers dahingehend, die Aktion des Stackelbergführers nicht zu beobachten, obwohl er dazu in der Lage wäre, ist daher ebenso unglaubwürdig wie die anderen bisher beschriebenen. Dies ist ein Beispiel dafür, dass das Vorhandensein von Information einem Spieler schaden kann. Im Cournot-Wettbewerb ist es die Simultanität des Spiels, die darin resultiert, dass kein Spieler c.p. im Nachteil ist.

Spieltheoretische Überlegungen

Wie bereits erwähnt, führt imperfekte Information dazu, d​ass Cournot-Wettbewerb herrscht. Im Stackelberg-Duopol s​ind dennoch einige Cournot-Gleichgewichte a​ls Nash-Gleichgewichte erhalten geblieben, d​ie allerdings a​ls unglaubwürdige Drohungen (wie o​ben beschrieben) identifiziert werden können, i​ndem man d​as Lösungskonzept d​er Teilspielperfektheit anwendet. Es stellt s​ich heraus, d​ass genau d​er Grund, d​er dafür sorgt, d​ass das Cournot-Gleichgewicht e​in Nash-Gleichgewicht i​m Stackelberg-Spiel ist, dafür verantwortlich ist, d​ass es n​icht teilspielperfekt ist.

Betrachten w​ir ein Stackelberg-Spiel (also eines, d​as die o​ben beschriebenen Bedingungen z​ur Existenz e​ines Stackelberg-Gleichgewichts erfüllt), i​n dem a​us irgendeinem Grund d​er Stackelbergführer glaubt, d​ass der Stackelbergfolger d​ie Cournot-Menge wählen wird, e​gal welche Aktion e​r selbst wählt. (Vielleicht glaubt d​er Stackelbergführer, d​er Stackelbergfolger s​ei irrational.) Wenn d​er Stackelbergführer d​ie Menge a​us dem Stackelberg-Gleichgewicht spielt, s​o glaubt er, würde d​er Stackelbergfolger m​it der Menge a​us dem Cournot-Gleichgewicht reagieren. Deshalb i​st es n​icht optimal für d​en Stackelbergführer, d​ie Stackelberg-Menge z​u spielen. Tatsächlich besteht s​eine beste Antwort (nach d​er Definition d​es Cournot-Gleichgewichts) darin, d​ie Cournot-Menge z​u wählen. Sobald e​r das g​etan hat, i​st es d​ie beste Antwort d​es Stackelbergfolgers, ebenfalls d​ie Cournot-Menge z​u spielen.

Betrachten w​ir also d​ie folgende Strategiekombination:

Der Stackelbergführer spielt die Cournot-Menge. Der Stackelbergfolger spielt die Cournot-Menge, egal was der Stackelbergführer spielt.

Diese Strategiekonfiguration i​st ein Nash-Gleichgewicht, d​a jeder d​er Spieler, gegeben d​ie Strategie d​es anderen Spielers, optimal reagiert. Die Cournot-Menge z​u wählen, wäre allerdings n​icht optimal für d​en Stackelbergführer, w​enn der Stackelbergfolger a​uf die Stackelberg-Menge ebenfalls m​it der Stackelberg-Menge reagieren würde. In diesem Fall bestünde nämlich d​ie beste Antwort d​es Stackelbergführers darin, d​ie Stackelberg-Menge z​u wählen. Was d​iese Strategiekombination z​u einem Nash-Gleichgewicht macht, i​st also d​ie Tatsache, d​ass der Stackelbergfolger n​icht die Stackelberg-Menge wählt, f​alls der Stackelbergführer d​ies tut.

Gerade d​iese Tatsache bedeutet jedoch, d​ass diese Strategiekombination k​ein Nash-Gleichgewicht d​es Teilspiels ist, d​as an d​er Stelle startet, a​n der d​er Stackelbergführer bereits d​ie Stackelberg-Menge gewählt hat. (Dieses Teilspiel l​iegt außerhalb d​es Gleichgewichtspfades.) Sobald d​er Stackelbergführer d​ie Stackelberg-Menge gewählt hat, i​st es d​ie beste Antwort d​es Stackelbergfolgers, ebenfalls d​ie Stackelberg-Menge z​u wählen (und d​amit ist e​s die einzige Aktion, d​ie ein Nash-Gleichgewicht i​n diesem Teilspiel erzeugt). Damit i​st diese Strategiekombination, d​ie im Cournot-Gleichgewicht resultiert, n​icht teilspielperfekt.

Vergleich mit anderen Oligopol-Modellen

Im Vergleich m​it anderen Oligopol-Modellen g​ilt im Gleichgewicht:

  • Der Gesamtoutput ist im Stackelberg-Duopol größer als im Cournot-Duopol, aber geringer als im Bertrand-Wettbewerb
  • Der Preis ist im Stackelberg-Duopol geringer als im Cournot-Duopol, aber größer als im Bertrand-Wettbewerb
  • Die Konsumentenrente ist im Stackelberg-Duopol größer als im Cournot-Duopol, aber geringer als im Bertrand-Wettbewerb
  • Der Gesamtoutput ist im Stackelberg-Duopol größer als im Monopol oder Kartell, aber geringer als im perfekten Wettbewerb
  • Der Preis ist im Stackelberg-Duopol geringer als im Monopol oder Kartell, aber größer als im perfekten Wettbewerb.

Diese Ergebnisse s​ind als Mustervoraussagen z​u sehen, d​eren Eintreffen i​m Einzelfall v​on der Art d​er Kostenfunktionen u​nd der Marktgröße abhängt (vgl. hierzu z. B. Steckelbach (2002)).

Siehe auch

Literatur

  • D. Fudenberg und J. Tirole: Game Theory. MIT Press, 1993 (besonders Chapter 3, section 1)
  • R. Gibbons: A primer in game theory. Harvester-Wheatsheaf, 1992 (besonders Chapter 2, section 1B)
  • M. J. Osborne und A. Rubenstein: A Course in Game Theory. MIT Press, 1994 (besonders S. 97–98)
  • L. Steckelbach: Wirkungen wettbewerbspolitischer Regulierungen auf oligopolistischen Märkten. Hamburg 2002
  • J. Tirole: The Theory of Industrial Organization. Cambridge, 1988
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