Определение оптимального объема партии товараи розничной цены продажи непрерывно портящейся продукции
Рассматривается задача определения оптимального объема партии товара, поступающего в розничную продажу, и определения его розничной цены в случае, когда продаваемый товар непрерывно портится со временем (фрукты, овощи и т.д.). Рассматривается также вопрос управления ценой розничной продажи, максимизирующий доход в единицу времени.
The determination of optimal volume of goods and a retail priceof the continuously spoiling product.pdf В последнее время стала приобретать большое вни-мание тематика, которая получила название микро-структуры рынка [1]. В ней рассматриваются вопросыустановления цены продаваемого товара, измененияцены продажи в зависимости от времени и т.п. Даннаяработа находится в русле этой проблематики и про-должает работы [2, 3].ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫПусть имеется некоторая скоропортящаяся продук-ция (например, фрукты, овощи и т.д.), которая портит-ся с течением времени (овощи и фрукты гниют и т.п.).Продавец покупает партию товара объема Q0 по оп-товой цене d и продает ее по розничной цене с. Ставит-ся задача нахождения значений Q0 и с, при которыхсредняя прибыль продавца будет максимальной.НАХОЖДЕНИЕ ПРИБЫЛИ(ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЙ СЛУЧАЙ)Пусть Q(t) есть количество товара, имеющегося вналичии в момент времени t. Рассмотрим интервалвремени [t,t + t] . Будем считать, что за этот промежу-ток времени произойдут следующие изменения.1. Испортится количество товара Q(t) = Q(t)t ++o(t) .2. За это время придут (c)t + o(t) покупателей икаждый из них купит детерминированное количествотовара a1 .Тогда имеет место соотношениеQ(t + t) = Q(t) − (Q(t) + a1(c))t + o(t) .Отсюда получаем следующее дифференциальноеуравнение для Q(t)( ) ( ) ( ) ,1 Q t a cdtdQ t = − − (1)которое надо решить при начальном условии Q(0) = Q0 .Решая это уравнение стандартными методами, по-лучим его решение в видеQ t Q e−t a c ( − e−t)( ) = − 1 ( ) 10 . (2)Найдем момент T0 окончания продажи этой партиитовара. Он определяется соотношением( )(1 ) 0 0 1 00 − =Q e−T − a c e−T ,откуда получаем⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+=( )1 ln 1100 a cT Q . (3)Так как на покупку этой партии товара было потра-чено dQ0 денег, то прибыль от реализации этой партиисоставит величину = a1c(c)T0 − d ⋅Q0. (4)КРИТЕРИЙ ОПТИМАЛЬНОСТИИ НАХОЖДЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ОБЪЁМАПАРТИИ ТОВАРАБудем считать, что после реализации партии товарапродавец тратит время Tb на приобретение следующейпартии. Тогда средняя прибыль продавца в единицувремени составит величину=+ ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+− ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+ ⋅ =a c TbQa c dQa c c Q1 ln 1 ( )( ) 1 ln 1 ( )100101.ln 1 ( )( ) ln 1 ( )100101a c TbQa c d Qa c c Q + ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+ − ⎟⎠⎞⎜⎝⎛ ⋅ += (5)Будем считать, что критерием оптимальности рабо-ты продавца является максимизация прибыли, полу-чаемой за единицу времени, то есть критерий опти-мальности имеет видQ0 , c max .Решим сначала задачу о нахождении оптимальногообъёма партии товара Q0 . Представим (5) в видеTba cQa cQcda cQa c c + ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+⋅ − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ = ⋅( )ln 1( ) ( )ln 1( )1010101 .Пусть розничная цена продажи с фиксирована. Обозна-чим z = Q0 a1(c) . Тогда можно представить в видеz Tba c c z d c z+ + + − ⋅ = ⋅ln(1 )1 ( ) ln(1 ) ( ) , (6)и, при фиксированном с, задача примет видz Tb zf z z d c z maxln(1 )( ) ln(1 ) ( ) + + + − ⋅= . (7)Выясним сначала, при каких условиях этот макси-мум существует. Прежде всего заметим, что, так как приz ≥ 0 ln(1+ z) ≤ z , то при d c ≥ 1 f (z) ≤ 0 , что, впро-чем, совершенно естественно. Поэтому надо рассмат-ривать лишь случай d c < 1 .Заметим, что f (0) = 0 . Вычисляя производную отf (z) , получим(ln(1 ) )2ln(1 )1( )( )bbbz TTcz dcdzT d c zf z+ + − + − + + = , (8)откуда следует, что(0) 1 ( ) > 0− =Tbf d c ,т.е. в окрестности точки z = 0 f (z) монотонно возрастает.Далее, из (7) легко получить, что при z +f (z) − , что говорит о том, что максимальное зна-чение f (z) существует.Само оптимальное значение z находится из условияf (z) = 0 , которое приводит у уравнениюln(1 ) 01( ) − + − =+ +bb Tcz dcdzT d c z . (9)В силу сказанного выше, это уравнение всегда име-ет корень.Покажем, что этот корень единственный. Для этогоперепишем уравнение (9) в видеT zdc T z z b b ) 1 ( 1 ) 1 ln( ) 1 ( − + ⎟⎠⎞⎜⎝+ + = ⎛ − . (10)Функция ϕ(z) = (1+ z) ln(1+ z) монотонно возрастаети выпукла вниз, так как при z ≥ 0 ϕ(z) ≥ 0 и ϕ(z) ≥ 0 .При z + она растет как z ln z , т.е. быстрее, чемaz . С другой стороны, правая часть (10) представляетсобой график прямой линии, причем при z = 0 значе-ние выражения, стоящего в правой части (10) положи-тельно. Поэтому уравнение (10) имеет единственныйкорень и оптимальное значение z единственно.Обозначая оптимальное значение z через zopt (егоможно найти лишь численно), можно найти и опти-мальный объём партии товара:=opt 1 ( )optz a cQ . (11)НАХОЖДЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙРОЗНИЧНОЙ ЦЕНЫПусть теперь поддерживается opt z = z . Тогда за-висит от розничной цены с через сомножительc(c) ln(1+ zopt ) − (c)d ⋅ zopt ,и поэтому задача нахождения оптимальной розничнойцены приобретает вид( ) ln(1 opt ) ( ) opt mcax.c c + z − c d ⋅ z (12)Приравнивая нулю производную от этого выраже-ния по с, получим уравнение( ) ln(1 )( )optoptzzdcc c+=+ . (13)В общем случае трудно решить вопрос о числе кор-ней этого уравнения. Рассмотрим поэтому лишь част-ный случай, когда+ =1 ( )( ) 0cc , (14)с > 1. Тогда легко получить, что11( )( ) −−= −cccc ,и уравнение (13) приобретает видln(1 )1 1 1optopt1 zd zcc+⋅= − ⎟⎠⎞⎜⎝⎛− − . (15)При > 1 левая часть этого выражения для c (0, + )монотонно возрастает от − до + , и поэтому урав-нение (15) имеет единственный корень copt, причем сростом opt z розничная цена opt c также возрастает.Вообще же, надо совместно решать следующуюсистему уравнений( ) ln(1 )( )optoptzzdcc c+=+ ,(1 opt ) ln(1 opt ) 1 (1 T )zoptdz z Tb c b − + ⎟⎠⎞⎜⎝+ + = ⎛ − .В силу сказанного выше, эта система, по-видимому,имеет единственное решение, хотя доказать этот фактне удалось.УПРАВЛЕНИЕ РОЗНИЧНОЙ ЦЕНОЙ ТОВАРАВыше рассматривалась ситуация, когда розничнаяцена продажи товара остается постоянной. Представля-ет интерес рассмотреть случай, когда розничная ценаменяется со временем.Пусть розничная цена c(t) есть функция времени t.Тогда, в детерминированном приближении, имеем сле-дующее дифференциальное уравнение для количестватовара в момент времени t:Q a1 (c(t))dtdQ = − − , (16)которое надо решить при начальном условии Q(0) = Q0 .Найдем решение этого уравнения, используя преоб-разование Лапласа. Пусть Q~( p) и ~( p) есть преобра-зования Лапласа от функций Q(t) и (c(t)) . Применяяпреобразование Лапласа к уравнению (16), получим( p + )Q~( p) −Q0 = a1~( p) .Отсюда+ −+ =pa ppQ p Q ~( )~( ) 0 1 и решение уравне-ния (33) имеет вид= − − − − tQ t Q e t a c e t d0( )( ) 0 1 ( ( )) . (17)Обозначим через T0 момент окончания продажи пар-тии товара, т.е. в этот момент времени Q(T0 ) = 0 . Тогдаимеем( ( )) 000 00( )0 − 1 = − − −TQ e T a c e T d ,откуда получается связь величин Q0 и T0 :( ( )) 0000 = 1 = TQ a c e d . (18)Выручка от продажи этой партии товара составитвеличину T = a c c dT( ) ( ) ( ( ))000 1 , так что средняяприбыль в единицу времени будет равнаbTT Tc c d dQa+ − =00010( ) ( ( )).Учитывая (18), это выражение можно переписать такbT TT Tc c d d c e da+ − = 00 010 0( ) ( ( )) ( ( )). (19)Так как T0 и Q0 связаны однозначно, то можно искатьмаксимум не по Q0 и c() , а по T0 и c() , т.е. ре-шать задачу0 , ( )max T c. Это приводит к условиям00=T; 0( )= c, (20)где символ означает вычисление вариации.Второе условие из (20) приводит к уравнению[( ( ) ) ( ( ))] 0( ) − = c de cc,которое в явном виде выглядит так:= + decc c( ( ))( ) ( ( )) . (21)Сравнивая это уравнение с уравнением (13) мы ви-дим, что розничная цена продажи должна возрастать современем. Объяснить это можно следующим образом.Пусть мы купили партию товара достаточно большогообъема Q0 . Так как товара много, то и количество ис-портившегося товара в единицу времени велико, и что-бы уменьшить потери от его порчи нам выгодно рас-продавать его даже по несколько меньшей цене. Помере продажи товара, его количество уменьшается,уменьшаются и потери от его порчи, и выгодно не-сколько увеличить розничную цену. Именно это и от-ражает уравнение (21).Если считать, что зависимость c() найдена, то пер-вое условие из (20) дает уравнение для определенияоптимального значения T0 :( − ) =00( ) ( ( ))Tc de c d= ( ( 0 ))( ( 0 ) )( 0 ) ,0b c T c T − deT T +T (22)откуда, зная T0 , можно найти и объем партии Q0 (см. (18)).ДИФФУЗИОННОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕВывод уравнения. В предыдущих разделах былорас-смотрено детерминированное приближения для про-цес-са продаж. На самом деле, конечно, процесс про-даж является случайным процессом, и этот факт требу-ет специального изучения.Обозначим через (t) общий объем продаж на мо-мент времени t. В этом разделе будет рассмотренодиффузионное приближение для процесса (t) . Как и впредыдущей главе рассмотрим следующую аппрокси-мацию этого процессаd(t) = a1dt + a2dw(t), (16)где w(t) - стандартный винеровский процесс. Для крат-кости, у (c) в данном разделе не будет выписыватьсяаргумент с.Пусть T(Q) есть среднее время до окончания про-дажи партии товара, если в данный момент мы имеемпартию объема Q. Тогда, рассматривая малый интервалвремени t , можно записать соотношениеT(Q) = t + M{T(Q − Qt − }.Считая T(Q) дважды дифференцируемой функцией иразлагая выражение в правой части в ряд Тейлора, получим{ }2 {( )} ( ).1( ) ( )222M Q t o tdQd TdQ M Q tT Q t T Q dT+ ⋅ + + = + − + +Учитывая, что M{} = a1t + o(t) и M{()2} == a2t + o(t) , получаем 0 = − dQ (Qt + a1t) +t dT2 2 ( ) .22 o tdQa t ⋅ d T + + Деля на t и переходя к преде-лу t 0 получим, что T(Q) удовлетворяет следую-щему дифференциальному уравнению( ) 12 2 122 ⋅ − + = −Q adQdTdQa d T , (24)которое надо решать при естественном граничном ус-ловии T(0) = 0 .Нахождение асимптотики. Покажем, что при боль-ших значениях Q решение этого уравнения имеет вид (3).Для обоснования этого предположения получим асим-птотику для T(Q) непосредственно из уравнения (24).Возьмем это уравнение и подставим в него решениев виде T(Q) = A⋅ ln(1+ Q) . Тогда имеем( ) 12 (1 )2 1 122 + = −+ −+ ⋅− Q aQAQa A. (25)Делая в этом выражении предельный переход Q ,получим, что A = 1 , т.е. A = 1 .Если взять A = 1 , то выражение (23) примет вид0112 (1 )1222 =+ −++ ⋅QaQa .Умножая это выражение на 1+ Q и делая предель-ный переход Q получим, что a1 −1 = 0 , т.е. = a1 , что и подтверждает высказанное выше пред-положение.Этим же путем можно получить и последующиечлены асимптотики для T(Q) . Для этого будем искатьT(Q) в виде++ ++ + += 21 2( ) 1 ln(1 ) 1 (1 )QcQT Q Q c+ K+ ++ + 4433(1 ) (1 Q)cQc . (26)Запишем уравнение (17) в форме(1 ) 12 2 122 ⋅ − + = −dQa Q dTdQa d T ,и подставим в него решение в виде (26). Приравниваякоэффициенты при одинаковых степенях1+ Q1 , по-лучим, чтоc1 = 0 ;= 2122 4ac a ; c3 = 0 ; 4 21224 163=ac a (27)и так далее. Таким образом, асимптотика для T(Q)имеет видT Q Q c (28)с коэффициентами cn , приведенными выше. Отсюдаясна и область применимости этой асимптотики - онаприменима в области Q >> 1 .Что касается дальнейшего исследования, то заметим сле-дующее. Главный член асимптотики T(Q) 1 ln(1+ Q)=совпадает с тем выражением, которое было получено вдетерминированном случае. Поэтому все результатыпросто повторяются.ОБЩИЙ СЛУЧАЙРассмотрим теперь случай, когда величина покупких есть случайная величина, распределенная по экспо-ненциальному закону с плотностью вероятностей p(x)и поток покупок является пуассоновским потоком по-стоянной интенсивности .Обозначим, как и выше, через T(Q) среднее времядо распродажи всего товара, если в начальный моментмы имеем партию товара объема Q. Тогда, рассматри-вая изменения состояний системы за малый интервалвремени t , можно записатьT(Q) = t + (1− t)T(Q − Qt) +( ) ( ) ( ),0 + − + Qt T Q x p x dx o t (29)откуда имеем( ) ( ) ( ).( ) (1 ) ( )0 + − + + ⎟⎠⎞⎜⎝= + − ⎛ − Qt T Q x p x dx o tdQ Q tT Q t t T Q dTРаскрывая скобки, сокращая T(Q) , деля на t и пе-реходя к пределу t 0 , получим интегро-дифферен-циальное уравнение для T(Q) : + − − =QT Q Q T Q T Q x p x dx0( ) ( ) ( ) ( ) 1. (30)Рассмотрим случай произвольного вида p(x) с един-ственным ограничением: Qp(x)dx убывает при Q не медленней, чем exp(−Q) .Будем снова искать асимптотику решения этогоуравнения в виде T(Q) = Aln(1+ Q) . Подставляя ее в внаше уравнение, получим+ + −+ ln(1 )1A QQA Qln(1 ( )) ( ) 1.0 − + − =QA Q x p x dxВ силу высказанного выше ограничения приQ это соотношение эквивалентно следующемуln(1 ( )) ( ) 1 .1 ln(1 ) ( )00− + − =+ + −+ QQA Q x p x dxQ A Q p x dxA QЗаписывая его в виде = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ + −− + Qp x dxQA Q xQA Q0( ) 11ln 1 ( )1и используя верное при Q разложениеK + ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ ++ = −= ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ − = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ + −22 1111ln 11ln 1 ( )QxQxQxQQ xполучим11 1 2 (1 )2221 + =+ ⋅−+ + + KQA aQA aQA Q , (31)где { k}ak = M x .После предельного перехода Q вновь получа-ем, что A = 1 . При этом значении А выражение (31)можно привести к виду0111 (1 )1 1 = ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ + + ++ −QoQaQ.Умножая это выражение на 1+ Q и снова делаяпредельный переход Q получим, что = a1 ,т.е. и в этом самом общем случае имеет место та жесамая асимптотика.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ОБЪЕМАПАРТИИ ТОВАРАС УЧЕТОМ НАКЛАДНЫХ РАСХОДОВВыше была рассмотрена задача определения опти-мального объема партии товара, когда на закупку но-вой партии требуется некоторое время. Ниже будетрассмотрена ситуация, когда закупка партии товаратребует некоторых накладных расходов, связанных,например, с транспортными расходами и т.д. В даль-нейшем будем считать, что покупка партии товара объ-ема Q стоит нам d ⋅Q +G денег, где d - оптовая ценатовара, и G - накладные расходы.Пусть мы купили партию товара объема Q. Тогдаона будет продана в течение времени T(Q) =⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=11 ln 1aQ по розничной цене с, и мы выручим отее продажи ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+=1( ) 1 ( ) ln 1aT Q a c c Q денег. В даль-нейшем, где это не будет необходимо, аргумент с у(c) мы будем опускать. Тогда средний доход в еди-ницу времени будет равен=⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+− − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ =1111 ln 1( ) ln 1aQdQ Gaa c c Q.ln 1ln 1( )11 1 11⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+−⋅ − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+= aQa cGaQcdaQa c c (33)Обозначим для краткости=a1z Q ,c = d ,=a cg G1. Тогда выражение для примет видln(1 )1 ( ) ln(1 ) za c c z z g++ − − = , (34)и, при фиксированной розничной цене с задача определе-ния оптимального объема закупаемой партии примет видz za c c z z g maxln(1 )1 ( ) ln(1 ) ++ − − = . (35)Прежде всего выясним, когда вообще имеет смыслпокупать товар для продажи. Для этого заметим, что, всилу неравенства ln(1+ z) ≤ z при >1 числитель у всегда отрицательный. Поэтому первое условие разре-шимости задачи имеет вид 0 , необходимо, чтобы выполнялось условиеmax[ln(1+ z) − z − g] > 0z. Точка максимума этой разностинаходится из условия 01[ln(1 ) ] 1 − =++ − − =zz z g , от-куда следует, что максимум достигается в точке − = ) 1 ( z и этот максимум равен g − − − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛ln 1 (1 ) .Требование неотрицательности этого максимума при-водит к условию ) 1 ( 1 ln − − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛g < , или, в явном виде,⎥⎦⎤⎢⎣⎡+ − ⎟⎠⎞⎜⎝⎛ 0 , то f (z)выпукла вниз. Зная zopt , можно найти и оптимальныйобъем закупаемой партии товараQ0 = a1(c)zopt . (38)Рассмотрим теперь более общую схему покупок, ко-торая выглядит следующим образом: покупка совер-шается в тот момент, когда запас нашего товара станетравным Q1 и объем закупаемой партии равен Q0 , такчто сразу после покупки у нас будет партия товара объ-емом Q0 +Q1 . Процесс покупок изображен на рис. 2.TQ(t)tQ0+ Q1Q1Рис. 2В этом случае уравнение для Q(t) + Q = −a1dtdQнадо решить в форме двухточечной задачи при услови-ях Q(0) = Q1 +Q0 , Q(T) = Q1 . Решение имеет вид Q(t) =t ( e t)aQ Q e− − −= ( + ) − 1 11 0 , и второе условие прини-мает вид ( ) 11( ) ( 1 0 ) 1 e QaQ T Q Q e T − T == + − − − . От-сюда находится промежуток времени между покупками⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛ + +=1 11 ln 1 0Q aT Q . (39)Cредняя прибыль в единицу времени равна⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛ + +− ⋅ − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛ + + ⋅ =1 1001 1011 ln 1( ) 1 ln 1Q aQd Q GQ aa c c Q.Вводя обозначения z0 = Q0 a1 , z1 = Q1 a1 , = d c , g = G a1c(c) , приведем эту формулу к виду=⎟ ⎟⎠= ⋅ −zza c c z g (40)Но теперь заметим, что при возрастании z1 величина101 zz+монотонно убывает, величина ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛++101ln 1zz такжемонотонно убывает, величина ⎟⎠⎞⎜⎝⎛+ + +10( 0 ) ln 1 1 zz g zмонотонно возрастает и поэтому величина монотон-но убывает. Поэтому максимум достигается приz1 = 0 , то есть при Q1 = 0 и мы приходим к рассмот-ренному выше случаю.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙРОЗНИЧНОЙ ЦЕНЫПусть мы покупаем партию товара объема Q. Тогда,доход в единицу времени составит (33)⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ + = −( )ln 1( )11a cQa c c d Q G . (41)Обозначим z = Q a1(c) , так что Q = za1(c) . Тогдавыражение для принимает видln(1 )( ) 1 ( )1 za c c d a c z G+⋅ + = − . (42)Для нахождения оптимальной розничной цены с иоптимальной партии товара надо решить систему урав-нений = 0z, = 0c, которая, после некоторых уп-рощений, приобретает вид⎪ ⎪⎩⎪⎪⎨⎧+⋅=++⋅ + ⋅ + =.( ) ln(1 )( ),1( ) ln(1 ) 1 ( )1zd zcc czd a c z d a c z G(43)К сожалению, вопрос о числе корней этой системыостается открытым, хотя, по-видимому, она имеетединственное решение.ОБЩИЙ СЛУЧАЙРассмотрим в заключение общий случай, когда учиты-ваются и накладные расходы, и временные потери. В этомслучае средняя прибыль в единицу времени имеет видTba cQd Q Ga ca c c Q + ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛+ − ⋅ − ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛ + =( )ln 1( )( ) ln 1111. (44)Вводя величиныa1 (c)z Q= ,c = d ,a1c (c)g G= , при-ведем это выражение к видуz Tba c c z z g+ + + − − = ⋅ln(1 )1 ( ) ln(1 ) . (45)Приравнивая нулю производную от по z, получим уравне-ние, определяющее оптимальное значение z, а, следовате-льно, и оптимальный объем покупаемой партии товара Q:g T T z z b b + ⎟⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝ ⎛ −(1+ ) ln(1+ ) = ( − ) + 1 1 . (46)Так как + ⎟ ⎟⎠⎞⎜ ⎜⎝⎛−Tb g и поэтому уравне-ние(46) имеет единственный корень независимо от зна-ка − Tb .
Скачать электронную версию публикации
Загружен, раз: 271
Ключевые слова
Авторы
ФИО | Организация | Дополнительно | |
Новицкая Елена Викторовна | Анжеро-Судженский филиал Кемеровского государственного университета | старший преподаватель кафедры информатики | nov@asf.ru |
Терпугов Александр Федорович | Томский государственный университет | профессор, доктор физико-математических наук, профессор кафедры прикладной информатики факультета информатики, заслуженный деятель науки РФ | terpugjv@fpmk.tsu.ru |
Ссылки
