Bachelorarbeit, 2013
35 Seiten, Note: 1,7
1. Die Hopf-Verzweigung
1.1 Aufkommen der Hopf-Verzweigung
1.1.1 Ein akademisches Beispiel
1.1.2 Arten der Hopf-Verzweigung
1.2 Existenz & Stabilität periodischer Lösungen bei einer Hopf-Verzweigung
1.2.1 Ein Existenzsatz - der Satz von Hopf
1.2.2 Bestimmung der Verzweigungsrichtung
2. Das Business Cycle Modell von Kaldor
2.1 Ein Business-Cycle-Modell : Das Modell von Kaldor
2.1.1 Modell und seine Annahmen
2.1.2 Existenz einer Hopf-Verzweigung im Kaldor Modell
2.1.3 Stabilität des Zyklus im Kaldor Modell
2.2 Ein konkretes Kaldor Business Cycle Modell
2.2.1 Wahl der Investitions-und Sparfunktionen
2.2.2 Bestimmung des kritischen Parameterwertes
3. Simulation des konkreten Kaldor Modells bei variierendem α
Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendbarkeit der Hopf-Verzweigungstheorie auf das makroökonomische Business-Cycle-Modell von Kaldor, um die Existenz und Stabilität von Konjunkturzyklen in einem nichtlinearen mathematischen System nachzuweisen.
Die Hopf-Verzweigung
Betrachtet werden Dynamische Systeme, die abhängig von einem Parameter sind. Ziel ist es, das (qualitative) Verhalten des Systems in Abhängigkeit des Parameters zu studieren, da Änderungen dieses Parameters zu neuem Verhalten des gegebenen Systems führen können. Hierfür reduziert sich die Betrachtung auf den nichthyperbolischen Fall, da die anderen Fälle für die weitere Arbeit keine Rolle spielen werden. Dabei wird zunächst nur die planare Situation betrachtet ; jedoch sind diese Ergebnisse auch auf höhere Dimensionen übertragbar. Die rechte Seite des zu betrachtenden Systems sei dabei im Folgenden für Abschnitt 1 stets genügend oft differenzierbar, insbesondere auch in der Umgebung der(s) Fixpunkte(s).
Angenommen, die folgende Situation liege vor: x_punkt = f(x, µ) , x ∈ R^2, µ ∈ R und f(0^T, 0) = 0, d.h. ohne Einschränkung sei (0, 0, 0) ein Fixpunkt des Systems. Die Jacobi-Matrix J_f habe die Eigenschaft, dass sie Eigenwerte λ(µ) = α_dach(µ) ± iβ(µ) hat, für die α_dach(0) = 0 und β(0) ≠ 0 gilt. Weiter sei d(α_dach)/dµ (µ)|µ=0 ≠ 0. Dann besitzt das betrachtete System eine Hopf-Verzweigung und (x^0, µ^0) = (0, 0, 0) nennt man den Hopfverzweigungspunkt. Diese Hopf-Verzweigung ist ein Phänomen, welches nur bei nichtlinearen Systemen der Dimension n ≥ 2 erscheint. Anhand eines Prototypbeispiels soll ein Überblick verschafft werden, welche Gestalt eine solche Verzweigung annehmen kann.
1. Die Hopf-Verzweigung: Dieses Kapitel führt die mathematischen Grundlagen für nichtlineare Systeme ein und definiert die Bedingungen für das Auftreten einer Hopf-Verzweigung sowie die Existenz und Stabilität periodischer Lösungen.
2. Das Business Cycle Modell von Kaldor: Hier wird die Hopf-Verzweigungstheorie auf das ökonomische Kaldor-Modell angewendet, wobei die Existenz von Konjunkturzyklen durch eine mathematische Stabilitätsanalyse nachgewiesen wird.
3. Simulation des konkreten Kaldor Modells bei variierendem α: Dieses Kapitel widmet sich der praktischen Anwendung mittels der Software XPP-AUTO, um die theoretisch hergeleiteten Zyklen bei Variation des Parameters α zu simulieren und zu visualisieren.
Hopf-Verzweigung, Kaldor-Modell, Konjunkturzyklus, Dynamische Systeme, Grenzzyklus, Stabilitätsanalyse, Business Cycle, Nichtlineare Dynamik, Fixpunkt, ökonomische Modellierung, Parameter α, XPP-AUTO, Investitionsfunktion, Sparfunktion, Bifurkation.
Die Arbeit untersucht die mathematische Fundierung von Konjunkturzyklen innerhalb des klassischen ökonomischen Kaldor-Modells unter Verwendung der Hopf-Verzweigungstheorie.
Die Arbeit verknüpft makroökonomische Theorien mit der Theorie dynamischer Systeme, insbesondere der qualitativen Analyse von Differentialgleichungen und numerischen Simulationen.
Das Ziel ist es, nachzuweisen, dass das Kaldor-Modell unter bestimmten Bedingungen eine Hopf-Verzweigung aufweist, aus der stabile Konjunkturzyklen hervorgehen.
Es werden Methoden aus der Theorie der dynamischen Systeme genutzt (z.B. Jacobi-Matrizen, Eigenwertanalyse) sowie computergestützte Simulationen mit dem Programm XPP-AUTO durchgeführt.
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der Verzweigungsbedingungen und deren Anwendung auf die ökonomischen Funktionen des Kaldor-Modells sowie die anschließende numerische Simulation.
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Hopf-Verzweigung, Konjunkturzyklus, Stabilitätsanalyse und das Kaldor-Modell.
Die Stabilität wird durch eine Koordinatentransformation in die Normalform und die Anwendung des Vorzeichentests für den führenden kubischen Koeffizienten bestimmt.
XPP-AUTO eignet sich hervorragend, um komplexe nichtlineare Systeme zu visualisieren und durch die integrierte AUTO-Routine automatisiert Verzweigungsdiagramme für verschiedene Parameter zu erstellen.
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