El lema de Hotelling establece que para la función de beneficio indirecto $\Pi^\star(p,w,r)$ tenemos que la oferta de producción de la empresa viene dada por:
$q^s = \frac{d \Pi^\star}{dp}$
He aquí su prueba:
La función de beneficio optimizada viene dada por
$\Pi^\star(p,w,r) = \Pi(p,L^\star(p),K^\star(p))$
$ = p \cdot q(L^\star(p), K^\star(p)) - w L^\star(p) - r K^\star(p)$
Recordemos que las condiciones de optimalidad para la maximización del beneficio vienen dadas por
$\frac{\partial \Pi}{\partial L}|_{L = L^\star} = 0$ ,
$\frac{\partial \Pi}{\partial K}|_{K = K^\star} = 0$ .
Tomando la derivada total del beneficio optimizado $\Pi^\star$ con respecto a $p$ en las entradas óptimas,
$\frac{d\Pi^\star}{dp} = \frac{\partial \Pi}{\partial L}|_{L=L^\star(p)} \frac{\partial L}{\partial w} + \frac{\partial \Pi}{\partial K}|_{K=K^\star(p)} \frac{\partial K}{\partial w} + \frac{\partial \Pi}{\partial p} = 0 + 0 + \frac{\partial \Pi}{\partial p} = \frac{\partial \Pi}{\partial p}$
$= q(L^\star(p),K^\star(p)) = q^s(p)$ .