Welfare reducing licensing Abstrakt: Basierend auf dem Artikel „Welfare reducing licensing“ von Ramon Fauli-Oller und Joel Sandonis beschäftigt sich diese Seminararbeit mit der Lizenzierung einer Innovation an eine konkurrierende Firma in unterschiedlichen Situationen. Als Instrument für die Lizenzierung dient ein two-tariff Kontrakt und als Szenarios werden das Cournot Modell und das Bertrand Modell betrachtet. Besonderes Augenmerk wird auf die soziale Wohlfahrt, im Speziellen auf die Verminderung der Wohlfahrt, gelegt. Seminar: 175.018, Seminar aus angewandter Spieltheorie Leitung: Prof. Alexander Mehlmann, TU-Wien Author: Peter Welzl Matrikelnummer: 9825351 Erstellungsdatum: 30. Mai 2003 Welfare reducing licensing Inhaltsverzeichnis Einleitung ................................................................................................................................... 3 Das Basismodell ......................................................................................................................... 4 Der Bertrand Wettbewerb .......................................................................................................... 5 Der Cournot Wettbewerb ........................................................................................................... 8 Zusammenfassung .................................................................................................................... 10 Peter Welzl, 9825351 2/10 Welfare reducing licensing Einleitung Eine Firma erforscht eine neue kostensenkende Technologie und lässt diese Innovation patentieren. Die Innovation kann eine drastische oder nicht-drastische Entwicklung sein. Für den Patentinhaber besteht nun die Möglichkeit diese Errungenschaft an andere Firmen und auch konkurrierende Unternehmen zu lizenzieren. Die beiden Firmen stehen am Markt über ihre Güter im Wettbewerb, wobei zu beachten ist, ob es sich um homogene oder inhomogene Güter handelt. Für eine Lizenz muss der Lizenznehmer einen Kontrakt mit dem Patentinhaber abschließen. Dabei kann der Vertrag sowohl einen einmalige fixe Abgabe als auch eine variable Gebühr enthalten. Die Höhe der Gebühr hängt von der Anzahl der produzierten Güter ab. Sie kann auch von der Anzahl der verkauften Güter abhängen. Für den Patentinhaber stellt sich die Frage auf welche Art und Weise er die Lizenzen verteilt. Er kann mit jedem Unternehmen, welches eine Lizenz wünscht, einen Vertrag schließen oder er kann nur einem Teil die Technologie zur Verfügung stellen. In den klassischen Arbeiten wird die Lizenzierung einer nicht-drastischen Technologie mittels einer Gebühr weniger profitabel als eine Lizenzierung durch eine fixe Abgabe oder eine Auktion gesehen. Andere Arbeiten untersuchen dieses Thema unter den Gesichtspunkten der Existenz von asymmetrischer Information, moral hazard, Unsicherheit, strategic delegation, Produktdifferenzierung und den Fall, dass ein Patentinhaber selber als Produzent in der Industrie tätig ist. Es wurde herausgefunden, dass des dem Patentinhaber möglich ist, die Grenzkosten der Lizenznehmer mittels Gebühren zu steuern. Somit kann er einen Kostenvorteil für sich beanspruchen und die konkurrierenden Unternehmen agieren am Markt weniger aggressiv. In dieser Arbeit wird als Erstes ein optimaler two part tariff Kontrakt ermittelt. Dieser Vertrag besteht aus einer fixen Abgabe und einer variablen Gebühr. Der optimale Vertrag wird in einem mit differenzierten Güter Bertrand Modell und Cournot Duopol errechnet. In diesen Märkten tritt der Patentinhaber selber als Produzent auf. Wir können zeigen, dass der optimale Vertrag immer eine variable Gebühr und oft auch eine fixe Abgabe enthält. Außerdem sieht man, dass im Fall von homogenen Gütern, auch drastische Innovationen lizenziert werden. Im nächsten Teil dieser Arbeit wird die soziale Wohlfahrt genauer untersucht. Die soziale Wohlfahrt ist die Summe des Konsumentengewinns und der Firmenprofite. Im Bertrand Fall sinkt die soziale Wohlfahrt durch eine Lizenzvereinbarung. Die positive Gebühr beeinflusst nicht nur die Grenzkosten der Lizenznehmer, und der Patentinhaber kann einen höheren Preis verlangen, sondern macht die Unternehmen am Markt weniger aggressiv. Im Cournot Modell kann man jedoch keinen derartigen Effekt beobachten, da die Entscheidungen auf der produzierten Menge basieren. Peter Welzl, 9825351 3/10 Welfare reducing licensing Das Basismodell In der Einleitung wurden schon einige Gedanken zum Basismodell präsentiert, wobei hier näher auf das mathematische Modell eingegangen wird. Das Modell besteht aus 2 Unternehmen und beide Firmen produzieren unterschiedliche Güter. Die inverse Nachfragefunktion ist für beide Unternehmen: pi a xi x j , i, j 1,2, i j Wobei a 0 und 0,1 den Grad der Produktdifferenzierung angeben. Die Nachfrage ist vom Maximierungsproblem eines repräsentativen Konsumenten abgeleitet, welcher die folgende Nutzenfunktion hat: x2 x2 ux1 , x2 a x1 x2 1 2 x1 x2 m 2 2 Die Nachfragefunktionen sind pj pi a xi , i, j 1,2, i j 2 1 1 1 2 Die Firma 2 hat konstante Kosten pro produzierter Einheit von c . Firma 1 hat eine patentierte Prozessinnovation, die es ihr erlaubt Gut 1 unter den Grenzkosten zu produzieren. Die Grenzkosten sind hier null gesetzt. Die zweite Firma hingegen kann durch eine Lizenzierung die Kosten des Gutes 2 nur auf null drücken. Die Technologie kann in drastische und nichtdrastische Innovation unterschieden werden. Eine Innovation ist drastisch wenn der Inhaber den Markt monopolisieren kann und nämlich genau dann wenn der Monopolpreis, unter Innovation, unter den Grenzkosten c liegt. Genauer gesagt, wenn c c M , wobei c M a 2 2 ist. Dadurch, dass die Grenzkosten der Firma 1 null sind, ist die soziale Wohlfahrtfunktion als W x1 , x2 ux1 , x2 c2 x2 definiert. Normalerweise ist c2 c und wenn die Technologie lizenziert wird, ist c2 0 . Das Spiel läuft nun wie folgt ab: In der ersten Stufe bietet der Patentinhaber der Firma 2 einen Vertrag auf der take-itor-leave Basis an. In der zweiten Stufe entscheidet der potentielle Kunde, ob er den Vertrag annimmt oder ablehnt. Danach gehen beide auf den Markt und konkurrieren über die Preise oder die Mengen miteinander. Zum teilspielperfekten Nash Gleichgewicht gelangt man durch Rückwärtsinduktion. Ein Vertrag wird durch das Paar f , r definiert. Der Paramter f gibt die fixe Abgabe an und r beschreibt die flexible Gebühr pro produzierter Einheit. Dabei ist zu beachten, dass keine negativen Gebühren erlaubt sind, da es sonst dem Patentinhaber möglich wäre die Firma 2 zu bestechen, sodass das zweite Unternehmen den Markt verlässt. In der dritten Stufe kommt der Unterschied zwischen Cournot und Bertrand zum Tragen. Im Falle von Cournot muss die Firma 2, wenn sie eine Lizenz erworben hat, folgendes Maximierungsproblem lösen: Max x1 p1 x1 , x2 x1 rx 2 , Max x2 p2 x1 , x2 x2 rx 2 Peter Welzl, 9825351 4/10 Welfare reducing licensing Die Bedingungen erster Ordnung sind: p p p1 x1 1 0, p2 x2 2 0 x1 x2 Ändert man die strategische Variable von der Menge auf den Preis, kommt ein wichtiger Effekt zur market competion stage hinzu. Wird ein Preis festgesetzt, dann sieht sich Firma 1 nicht nur einem Effekt, der den Profit beeinflusst, gegenüber, sondern auch der Nachfrage xi p1 , p2 , i, j 1,2 an die Firma 2, der die Gebühren beeinflusst. Max p1 p1 x1 p1 , p2 rx 2 p1 , p2 , Max p2 p2 x2 x1 , x2 rx 2 x1 , x2 Die Bedingungen erster Ordnung sind: x x x x x1 p1 1 r 2 0, x2 p2 2 r 2 0 p1 p1 p2 p2 In diesen neuen Bedingungen bewirkt der neue (dritte) Term, dass der Patentinhaber weniger aggressiv am Markt auftritt. Er erhöht durch einen höheren Preis die Nachfrage bei der Konkurrenz und somit auch die eigenen Lizenzeinnahmen. Dieser Effekt ist bei Mengenfestlegung nicht vorhanden, da die Nachfrage bei Firma 2 nicht durch die Produktionsentscheidung von des ersten Unternehmens beeinflusst wird. Eine positive Gebühr im Bertrand Modell erlaubt dem Patentinhaber nicht nur die Grenzkosten der Lizenznehmer zu kontrollieren, sondern auch einen höheren Preis festzulegen. Der Bertrand Wettbewerb In diesem Abschnitt wird das Modell im Fall eines Bertrand Wettbewerb betrachtet. Dabei konkurrieren die beiden Kontrahenten über die Preise. Nachdem die Firma 2 eine Vereinbarung f , r akzeptiert hat, wobei r c sei, sonst würde nämlich die Technologie nicht lizenziert werden. Dann ist das Nash Gleichgewicht der dritten Stufe durch folgende Gleichungen beschrieben: a 2 2 3r a 2 2 2 2 r p1 r p r 2 4 2 4 2 a 2 r 1 a 2 2r 1 x1 r x2 r 2 1 4 1 4 2 1 r p1 r x1 r 2 r p2 r r x2 r Zur Überprüfung dieses internen Gleichgewicht kontrollieren wir, ob kein Marktteilnehmer eine Veranlassung hat den Preis zu senken um den Gegner vom Markt zu drängen. Das Gleichgewicht ist gültig, wenn r r M wobei a 8 8 3 4 2 16 24 2 9 4 6 r 28 8 2 3 Allgemein gilt, wenn r M c M , dann repräsentiert das obige Gleichgewicht den Fall einer nicht-drastischen Innovation. Für kleine Werte von r kann leicht bewiesen werden, dass i r r 0 gilt. Das bedeutet, dass beide Firmen daran interessiert sind eine positive Lizenzgebühr zu vereinbaren und keine fixe Abgabe festzulegen. Hier ist die Gebühr als collusive device zu verstehen und bedeutet, dass davon beide Firmen profitieren. M Peter Welzl, 9825351 5/10 Welfare reducing licensing Erfolgt keine Lizenzierung bei c c P , wobei c P a 2 2 2 2 . Dann gelten folgende Gleichungen im Gleichgewicht: a 2 2 c a 2 2 2c P1 c P c 2 4 2 4 2 a 2 2 c a 2 2 c2 2 X c 2 4 5 2 4 4 5 2 4 1 c P1 c X 1 c 2 c P2 c c X 2 c X 1 c Hier sind beide Firmen aktiv. Wenn nun c P c c M ist, dann gilt: a 1 c P1 ( c ) P2 c c X 1 c ac X 2 c 0 1 c P1 c X 1 c 2 c 0 In diesem Bereich ist die Firma 2 am Markt nicht aktiv und die Firma 1 kann dennoch nicht den Monopolpreis verlangen. In der ersten Stuafe legt die Firma 1 den Kontrakt f , r nach folgenden Bedingungen fest: max 1 r rx2 r f f 2 r 2 c , r c f ,r Da die erste Einschränkung immer gilt, kann man die Bedingungen umformulieren: max 1 r rx2 r 2 r 2 c rc f ,r Die Lösung von dieser Aufgabe führt direkt zum Satz 3.1. Satz 3.1: Unter Bertrand Wettbewerb ist der optimale two-part tariff Lizenzvertrag wie folgt festgelegt: 2 a 2 r * min rB , c wobei rB 24 5 2 f * 2 r * 2 c Die obigen Gleichgewichtsgleichungen zeigen, dass die Abgabe und die Gebühr immer positiv sind. Zur Erklärung, dass Gebühren verlangt werden, brauchen wir in diesem Modell asymmetrischer Information und Unsicherheit nicht einbeziehen. Die Gebühren werden in hier aus rein strategischen Gründen festgelegt, um den ex-post Wettbewerb sanfter zu gestalten. Die fixe Abgabe ist auch positiv, wenn r * c ist, da der Profit der Firma 2 mit einer Lizenz höher als im Status quo ist. Der Grund liegt im weniger aggressiven Auftreten der Firma 1. Nun wollen wir den eine Innovation betrachten, welche drastisch ( c c M ) ist. In diesem Fall hat der Patentinhaber die Möglichkeit die Innovation für sich zu behalten, also keine Lizenzen zu vergeben, aber auch Lizenzen an Konkurrenten zu verteilen. Entscheidet sich die Firma 1 dafür die Technologie nicht weiterzugeben, dann kann sie monopolistische Profite erwirtschaften. Im anderen Fall vergibt sie die Lizenzen nach den Regeln von Satz 3.1. Es zu beachten, dass rB r M gilt, wenn die Güter keine perfekten Substitute sind. Das bedeutet, dass bei Lizenzierung die Firma 2 immer aktiv wird. Satz 3.2 vergleicht die beiden Alternativen: Peter Welzl, 9825351 6/10 Welfare reducing licensing Satz 3.2: Unter Bertrand Wettbewerb und wenn die Güter keine perfekten Subsititue sind, werden auch drastische Innovationen lizenziert. Zur Überprüfung dieses Satzes nehmen wir an, dass wenn der Patentinhaber keine Lizenzierung erlaubt, dann ist sein Profit ( a 2 2 ) niedriger als wenn er die Technologie nach den Bedingungen von Satz 3.1 ( 1 rB rB x2 rB 2 rB ) vergibt. Allgemein gilt, dass wenn die Güter keine perfekten Substitute sind, auch die Lizenzierung einer drastischen Innovation Sinn macht. Sie erlaubt dem Patentinhaber den licensee’s profitable market offen zu halten. Die Einkünfte über die Gebühren kompensieren dabei die Steigerung des Wettbewerbs. Der letzte Satz lässt vermuten, dass die soziale Wohlfahrt steigt, da der Lizenzierungsmechanismus die Diffusion aller Innovationen erlaubt und impliziert eine Steigerung der Effizienz durch den Einsatz der fortschrittlicheren Technologie. Die Effizienzsteigerung bewirkt jedoch auch eine Steigerung der Preise, auf Grund der Lizenzkontrakte. Der nächste Satz beschreibt diesen trade-off. Satz 3.3: Für Substitute, die nahe bei einander liegen ( 0.72 ), gibt es für die Größe der Innovation ( c ) zwei threshold Werte. Wenn die Innovation im Interwall liegt, dann wird die soziale Wohlfahrt reduziert. Dieses Ergebnis folgt aus dem Vergleich der sozialen Wohlfahrt unter Lizenzierung und unter dem Status quo. Ist 0.72 , dann ist der Status quo nie die bessere Wahl. Liegt im Interwall von 0.72 0.94 , ist der Status quo besser wenn (und nur dann) c l1 c c l 2 gilt. Nimmt 0.94 , dann gilt c l 3 c c l 2 . Die Werte für c l werden wie folgt berechnet: c l1 2a 8 8 2 2 4 3 4 5 16 8 2 3 4 a 8 2 2 10 4 32 16 4 2 76 3 113 4 70 5 85 6 c 24 4 5 2 5 3 l2 a 8 2 2 10 4 32 16 4 2 76 3 113 4 70 5 85 6 c 24 4 5 2 5 3 l3 Hinter diesem Ergebnis stehen folgende Überlegungen: Erstens, wenn die Güter nahe Subsitute werden, hemmt die Lizenzierung eher den Wettbewerb, da die optimale Gebühr steigt. Zweitens, für niedrige Werte von c ist die Lizenzgebühr klein und die Weitergabe beeinflusst den Wettbewerb nur gering. Wenn die Innovation größer wird, nimmt der Patentinhaber eine höhere Gebühr ein und macht damit die Lizenzierung wettbewerbshemmender. Beide Punkte zusammen bewirken, bei kleinen c und und bei Lizenzierung, eine Wohlfahrtssteigerung. Drittens, bei drastischen Innovationen und ohne Lizenzierung würde ein Monopol entstehen. Unter Lizenzierung würde ein Duopol (siehe Satz 3.2) entstehen. Bei fast drastischen und bei drastischen Innovationen müsste die Wohlfahrt besser als zum Status quo sein. Diese drei Punkte zusammen stellen die Ergebnisse aus obigem Satz dar. Im Diagramm 1 ist die soziale Wohlfahrt unter dem optimalen Lizenzierungskontrakt (W1) und unter dem Status quo (Wsq) als Funktionen von c dargestellt. In unserem Fall sind die Güter gut miteinander substituierbar ( 0.72 ). Der Effekt von c auf die Status quo Wohlfahrtsfunktion ist sehr komplex. Wenn c steigt, wird das Gut 2 ineffizienter produziert, Peter Welzl, 9825351 7/10 Welfare reducing licensing jedoch zur gleichen Zeit wird die Industrieproduktion auf die effizientere Firma konzentriert. Für genug hohe Werte von c dominiert der letztere Effekt, welcher sich im steigenden Teil der Funktion widerspiegelt. Wenn nun c die Region, wo Firma 2 nicht mehr produziert aber die Firma 1 nicht den Monopolpreis ( c P c c M ) verlangen kann, erreicht, bewirkt eine Steigerung von c nur eine Erhöhung der Preise und kein Effizienzeffekt. Die Funktion sinkt. Bei drastischen Innovationen ( c c M ) ist die Wohlfahrtsfunktion in c konstant. Im abnehmenden Teil der Wohlfahrtsfunktion W1 ( c r B ) produzieren beide Firmen bei Grenzkosten von Null. Steigt c , erhöht sich auch die optimale Gebühr, welche zusätzlich den Wettbewerb vermindert und bewirkt, dass die Wohlfahrtsfunktion mit c abnimmt. Im Fall von c r B ist die optimale Lizenzgebühr in c konstant und der Wettbewerb wird nicht beeinflusst. Wie das Diagramm 1 zeigt, reduziert der optimale Lizenzierungskontrakt die soziale Wohlfahrt, in Bezug auf den Status quo, bei dazwschenliegenden Werten von c . Diagramm 1 Der Cournot Wettbewerb Hat nun die Firma 2 das Angebot ( f , r ), unter der Bedingung r c , akzeptiert, kann das Nash Gleichgewicht der dritten Stufe berechnet werden: a 2 r a x1 r min , 2 2 4 a 2 2r x2 r max ,0 2 4 a 2 r a p1 r min , 2 2 4 a 2 2 2 r p2 r max , r 4 2 1 r x1 r 2 2 r x2 r 2 Interessant hierbei ist, dass die Ableitung der Gewinnfunktion 1 r r 0 und 2 r r 0 ist. Das bedeutet, dass beim Cournot Wettbewerb von einer Lizenzgebühr der Patentinhaber profitiert und den Lizenznehmer benachteiligt. In diesem Fall ist die Gebühr wettbewerbsschädigend, aber nicht so sehr wie bei Bertrand. Peter Welzl, 9825351 8/10 Welfare reducing licensing Wird r mit c substituiert, bleiben der Output, Preise und Profite unter dem Status quo auf gleichem Niveau. Produziert die Firma 2 nichts, dann ist der Output der Firma 1 x1 a 2 . In der zweiten Stufe des Spiels entscheidet nun Firma 2, ob sie den Vertrag akzeptieren soll. Sie wird jedes Angebot akzeptieren, welches die Bedingung f 2 r 2 c erfüllt. In der ersten Stufe versucht die Firma 1 einen Vertrag zu finden, der die Bedingung max 1 r rx2 r f f 2 r 2 c, r c erfüllt. Da die erste Bedingung immer gilt, kann das Maximierungsproblem auf max 1 r rx2 r 2 r 2 c rc Umformuliert werden. Die Lösung führt direkt zum Satz 4.1. Satz 4.1: Unter Cournot Wettbewerb ist der optimale two-part tariff licensing Vertrag durch 2 a 2 * r min c, rC rC 24 3 2 f * 2 r * 2 c gegeben. Hier ist zu beachten, dass der optimale Kontrakt immer eine positive Lizenzgebühr beinhaltet. Der Patentinhaber kann nun, durch die Erhöhung der Grenzkosten des Lizenznehmers, den ex-post Wettbewerb mildern. Im Gegensatz zum Bertrand Fall kann die Gebühr aber nicht vom Lizenznehmer für ein weniger aggressives Verhalten am Markt benutzt werden. Das erklärt den speziellen Fall r * c , bei dem der Lizenznehmer den selben Gewinn wie im Status quo hat. Aus diesem Grund darf der Vertrag keine fixe Abgabe enthalten. Es stellt sich nun die Frage, wann eine Firma eine Innovation von einer feindlichen Firma lizenziert. In einem Cournot Markt mit homogenen Gütern werden nur nicht-drastische Innovationen lizenziert. Der folgende Satz bezieht sich auf differenzierte Güter. Satz 4.2: Im Cournot Wettbewerb werden, wann immer die Güter keine perfekten Substitute sind, auch drastische Innovationen lizenziert. Wann immer 1 ist, dann gilt rC c M . Die Firma 2 produziert in diesem Fall, mit dem optimalen Vertrag und mit der lizenzierten Technologie, eine positive Menge. Das ist das gleiche Ergebnis, welches wir im Bertrand Fall beobachtet haben. Das scheint etwas komisch zu sein, da der Wettbewerb intensiver im Bertrand als im Cournot geführt wird und der Patentinhaber sollte in diesem Fall ein geringeres Interesse haben eine Lizenz zu vergeben. Im Bertrand Fall erlaubt die Gebühr dem Patentinhaber zu einem höheren Preis zu kommen. Dieser Effekt vermindert den Wettbewerb. Er ist so wichtig, sodass er in eine Situation führt in welcher die Preise der dritten Stufe, bei optimaler (uneingeschränkter) Gebühr, höher sind. Daher sind Output und soziale Wohlfahrt bei Bertrand geringer als bei Cournot. Falls keine Lizenzierung durchgeführt wird, sind die Gleichgewichtspreise geringer als bei Cournot. Wie Satz 3.3 zeigt, könnte auch Cournot zu einer Wohlfahrtsverminderung führen. Der nächste Satz besagt, dass Lizenzierung im Cournot Wettbewerb die Wohlfahrt nicht vermindern kann. Satz 4.3: Unter Cournot Wettbewerb ist die Lizenzierung immer wohlfahrtsverbessernd. Der Grund für diese Aussage liegt in der Tatsache, dass die optimale Lizenzgebühr nie c erreicht und der Wettbewerb wird nie im Falle des optimalen Kontraktes vermindert. Im extremen Fall r c bleibt der Wettbewerb unverändert nachdem die Lizenz verkauft wurde. Peter Welzl, 9825351 9/10 Welfare reducing licensing Aber die Effizienz der Industrie (und die soziale Wohlfahrt) steigt, durch die Verwendung der neuen Technologie, mit der Menge der Kostenreduktion. Die bisherigen Ergebnisse sind eine direkte Konsequenz aus der Tatsache, dass wenn die Firmen die Mengen wählen, die Lizenzeinnahmen des Patentinhabers nicht von der Wahl der Outputmenge abhängt. Das impliziert, dass die Gebühr nicht vom Patentinhaber eingesetzt werden kann um ein weniger aggressives Verhalten am Markt zu erzeugen. Beim Cournot Wettbewerb die Nachfrage nicht durch die Output Entscheidung des Patentinhabers beeinflusst wird. Zusammenfassung Ausgehend von einer kostenreduzierenden Innovation wurde gezeigt, dass der optimale Lizenzierungsvertrag aus einer fixen Abgabe und einer variablen Gebühr besteht. Diese zwei Parameter des Vertrags geben dem Patentinhaber die Möglichkeit die Grenzkosten des Lizenznehmers zu beeinflussen. Bei der Betrachtung der Konkurrenz über Preis und über Menge ist der Effekt, der Lizenzierung an eine konkurrierende Firma, auf die soziale Wohlfahrt unterschiedlich. Bei Bertrand nimmt die soziale Wohlfahrt ab. Im Falle des Cournot Modells steigt die Wohlfahrt. Es ist dabei zu beachten, dass die Güter sich gut substituieren lassen und die Innovation groß und nicht-drastisch ist. Auf jeden Fall wird eine positive Gebühr verlangt. Sowohl bei Bertand als auch bei Cournot hat der Patentinhaber die Möglichkeit den ex-post Wettbewerb zu mildern. Im Bertrand Fall kann er auch zu einem höheren Preis gelangen. Peter Welzl, 9825351 10/10