TLDR: La definición de monopolio natural tiene que ver con el costo promedio, no el costo marginal.
El resto son detalles técnicos aburridos para quienes estudian ese modelo particular en microeconomía:
La noción de “monopolio natural” proviene del modelo de competencia perfecta en microeconomía: en ese modelo, a la larga, el número de empresas está impulsado por las decisiones de entrada y salida de las empresas competitivas y el equilibrio a largo plazo es el punto que el participante marginal no obtiene ganancias económicas aproximadamente (en el sentido: la empresa marginal que está en la industria obtiene ganancias no negativas y la empresa marginal que está fuera de la industria no puede ingresar y obtener ganancias positivas).
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Ese equilibrio a largo plazo significa que los precios son tales que cada empresa produce en o por encima de la escala eficiente, que se define como la cantidad a la que se minimiza el costo promedio.
Si la estructura de costos es tal que el CA está disminuyendo para todas las cantidades, simplemente no puede haber un equilibrio a largo plazo (en el modelo de competencia perfecta) en el que haya múltiples empresas activas en la industria. ¿Por qué? Porque si el precio estuviera por encima del AC para alguna cantidad, entonces entrarían nuevas empresas. Si el precio fuera inferior a AC para todas las cantidades, todas las empresas saldrían. Esta es la situación que llamamos “monopolio natural”.
El ejemplo más típico de una estructura de costos como esta es el gran costo fijo y el costo marginal constante. TC (x) = F + kx. entonces AC (x) = F / x + k está disminuyendo. Pero también puede tener que en algún rango MC está aumentando para obtener una CA decreciente.