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EC220 Problem Set 3

2020

1   Repeated Games: Cournot [will be covered in Seminar, time permit- ting]

Two firms 1 = 1, 2 compete repeatedly in a market. They choose their production quan- tities u1 , u2 every period from [0, ]. Production is costless. The market then sets a price P (u1 , u2 ) = 1 · u1 · u2  at which each unit of the good is sold. Firms wish to maximize discounted profits, and they discount at a rate o.  As our Folk Theorems apply only to repeated games with finite stage games, they do not necessarily work here.

1.1 Find the set of Nash Equilibria of the stage-game.  Find their payoff vectors.

1.2 Find  the feasible  set F .   (Hint:  first  look for  the  largest  sum  the players’ payoffs can  be  in  the  stage  game,  and  the  individual payoffs  they  can  attain  with  actions  that maximize the sum of their payoffs)

1.3 Suppose w e F .  Show there is a pure action profile that achieves w in the stage-game.

1.4 Suppose w  e F  and w  is  strictly  above  the  Nash  Reversion point -NE .   Construct Nash Reversion strategies for the repeated game with payoffs w.  Find a sufficiently high discount factor such that at any greater discount factor, those strategies form an SPNE. (You can assume a pure action profile u(w) solves the previous question.)

1.5 Consider the payoff vector (1/6, 1/12).  Is it feasible?

1.6 Can the payoff vector be achieved in a Nash-Reversion SPNE of the repeated game?

1.7 Find the minmax vector.

1.8 Consider strategies  that revert to  minmaxing  the  last deviator forever,  or until an- other deviation  occurs.   Construct such strategies  with payoff vector (1/6, 1/12).  Show that  if the players  are patient  enough  (provide  a  sufficient  condition  on  o)  then  these

strategies form an SPNE.

Hints:

● The pure action profile (1/3, 1/6) gives stage-game payoffs (1/6, 1/12).

● To check that a strategy profile is an SPNE, it’s sufficient to check the unprof- itability of all ‘one-shot’ deviations - that is, strategies that differ from the original strategy at only a single history. More complicated deviations need not be checked, because in an SPNE, continuation play at any history (even one after a deviation) is itself an SPNE, and therefore players are already doing the best they can! (This always holds for repeated games with finite action sets, and just happens to hold in this setting as well despite the infinite action sets.)


2   Cournot with Incomplete Information about Costs [will be covered in Seminar]

Two firms 1 = 1, 2 compete once in a market. They choose their production quantities u1 , u2 from [0, ]. Production is costly. The market then sets a price 1 · u1 · u2  at which each unit of the good is sold. Firms wish to maximize profits, that is, their sales revenue minus their cost of production.  (All NE/BNE in this exercise are pure, and you can assume this)

Production costs for firm p is denoted ci, and it is a per unit cost, so that firm p pays uici to produce ui  units. First we’ll consider the case where the production costs of each firm are commonly known.

2.1  Assume  production  costs  are  commonly  known  to  be  (c1 , c2 )  =  (0, 0) .    Solve  for the pure Nash equilibrium.

2.2 Assume production  costs  are  commonly known to  be  (c1 , c2 ) = (  , ) .  Solve for the pure Nash equilibrium.

2.3 Assume production  costs  are  commonly known to  be  (c1 , c2 ) = (  , 0) .  Solve for the pure Nash equilibrium.

Now we assume that each firm only knows its own production cost. There is, however, a common prior over the production costs. These production costs are independent.

2.4 Assume production  costs  are  identically  and independently  distributed with P (c1  =

0) = P (c2 = 0) = g and P (c1 = ) = P (c2 = ) = 1 · g.  Solve for the pure Bayes-Nash equilibrium.

Now, we assume production costs are correlated, that is, each firm’s production costs contain statistical information about the other’s.

2.5 Assume production  costs  are  distributed  according  to  P (c1  = 0, c2  = 0) = P (c1  = , c2  = ) = g and P (c1  = 0, c2  = ) = P (c1  = , c2  = 0) =  · g.  Solve for the pure Bayes-Nash equilibrium as a function of g .

2.6 How  does  the  correlation parameter  (g)  affect production  choices?   Why?   How  do your answers here compare to your answers under commonly known production costs?