Nemlineáris programozás 2.

Hasonló dokumentumok
Optimalizálás alapfeladata Legmeredekebb lejtő Lagrange függvény Log-barrier módszer Büntetőfüggvény módszer 2017/

Kétváltozós függvények differenciálszámítása

A legjobb közeĺıtés itt most azt jelentette, hogy a lineáris

Losonczi László. Debreceni Egyetem, Közgazdaság- és Gazdaságtudományi Kar

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

Optimalizálási eljárások GYAKORLAT, MSc hallgatók számára. Analízis R d -ben

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Matematika III előadás

2 (j) f(x) dx = 1 arcsin(3x 2) + C. (d) A x + Bx + C 5x (2x 2 + 7) + Hx + I. 2 2x F x + G. x

A lineáris programozás alapjai

Nem-lineáris programozási feladatok

A lineáris programozás alapfeladata Standard alak Az LP feladat megoldása Az LP megoldása: a szimplex algoritmus 2018/

A lineáris programozás alapfeladata Standard alak Az LP feladat megoldása Az LP megoldása: a szimplex algoritmus 2017/

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

2. SZÉLSŽÉRTÉKSZÁMÍTÁS. 2.1 A széls érték fogalma, létezése

Függvények szélsőérték vizsgálata

1. Parciális függvény, parciális derivált (ismétlés)

3. Lineáris differenciálegyenletek

valós számot tartalmaz, mert az ilyen részhalmazon nem azonosság.

Kétváltozós függvény szélsőértéke

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

Boros Zoltán február

Matematika. 4. konzultáció: Kétváltozós függvények szélsőértéke. Parciális függvény, parciális derivált

Ellenőrző kérdések a Matematika I. tantárgy elméleti részéhez, 2. rész

Matematika szigorlat, Mérnök informatikus szak I máj. 12. Név: Nept. kód: Idő: 1. f. 2. f. 3. f. 4. f. 5. f. 6. f. Össz.: Oszt.

Matematika A1a Analízis

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

r a sugara, h a magassága a hengernek a maximalizálandó függvényünk a V (r, h) = πr 2 h. Az érintkezési pontokban x 2 + y 2 = r 2 és z = h/2.

Többváltozós, valós értékű függvények

Dualitás Dualitási tételek Általános LP feladat Komplementáris lazaság 2017/ Szegedi Tudományegyetem Informatikai Intézet

A fontosabb definíciók

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

P 2 P ábra Az f(x) függvény globális minimuma (P 1 ) és egy lokális minimuma (P 2 ).

Többváltozós, valós értékű függvények

A szimplex algoritmus

Óravázlatok: Matematika 2.

Operációkutatás. Vaik Zsuzsanna. ajánlott jegyzet: Szilágyi Péter: Operációkutatás

További programozási esetek Hiperbolikus, kvadratikus, integer, bináris, többcélú programozás

Követelmények Motiváció Matematikai modellezés: példák A lineáris programozás alapfeladata 2017/ Szegedi Tudományegyetem Informatikai Intézet

Követelmények Motiváció Matematikai modellezés: példák A lineáris programozás alapfeladata 2017/ Szegedi Tudományegyetem Informatikai Intézet

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

1. Számsorok, hatványsorok, Taylor-sor, Fourier-sor

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Konvex optimalizálás feladatok

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat, megoldással,

Matematika I. NÉV:... FELADATOK: 2. Határozzuk meg az f(x) = 2x 3 + 2x 2 2x + 1 függvény szélsőértékeit a [ 2, 2] halmazon.

DR. NAGY TAMÁS. egyetemi docens. Miskolci Egyetem Alkalmazott Matematikai Tanszék

Matematika I. NÉV:... FELADATOK:

Bevezetés az operációkutatásba A lineáris programozás alapjai

Matematika III előadás

I. feladatsor. 9x x x 2 6x x 9x. 12x 9x2 3. 9x 2 + x. x(x + 3) 50 (d) f(x) = 8x + 4 x(x 2 25)

A gyakorlatok anyaga

Érzékenységvizsgálat

Konjugált gradiens módszer

A derivált alkalmazásai

9. feladatsor: Többváltozós függvények deriválása (megoldás)

11. gyakorlat megoldásai

Opkut deníciók és tételek

Alapfogalmak, valós számok Sorozatok, határérték Függvények határértéke, folytonosság A differenciálszámítás Függvénydiszkusszió Otthoni munka

9. TÖBBVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK DIFFERENCIÁLSZÁMITÁSA. 9.1 Metrika és topológia R k -ban

2014. november Dr. Vincze Szilvia

LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 4. Előadás

Analízis II. Analízis II. Beugrók. Készítette: Szánthó József. kiezafiu kukac gmail.com. 2009/ félév

1/ gyakorlat. Hiperbolikus programozási feladat megoldása. Pécsi Tudományegyetem PTI

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

11. gyakorlat megoldásai

Szélsőérték feladatok megoldása

Matematika szigorlat június 17. Neptun kód:

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

6. Folytonosság. pontbeli folytonosság, intervallumon való folytonosság, folytonos függvények

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

GPK M1 (BME) Interpoláció / 16

Szélsőérték-számítás

Többváltozós függvények Feladatok

Lineáris algebra numerikus módszerei

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

11. Előadás. 11. előadás Bevezetés a lineáris programozásba

Matematika III. harmadik előadás

Megoldások MATEMATIKA II. VIZSGA (VK) NBT. NG. NMH. SZAKOS HALLGATÓK RÉSZÉRE (Kérjük, hogy a megfelelő szakot jelölje be!

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Lagrange egyenletek. Úgy a virtuális munka mint a D Alembert-elv gyakorlati alkalmazását

12. Mikor nevezünk egy részhalmazt nyíltnak, illetve zártnak a valós számok körében?

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

10. Előadás. 1. Feltétel nélküli optimalizálás: Az eljárás alapjai

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

2012. október 2 és 4. Dr. Vincze Szilvia

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

SZÉLSŐÉRTÉKKEL KAPCSOLATOS TÉTELEK, PÉLDÁK, SZAKDOLGOZAT ELLENPÉLDÁK. TÉMAVEZETŐ: Gémes Margit. Matematika Bsc, tanári szakirány

Feladatok megoldásokkal az első gyakorlathoz (differencia- és differenciálhányados fogalma, geometriai és fizikai jelentése) (x 1)(x + 1) x 1

4. Előadás: Erős dualitás

KONVEXITÁS, ELASZTICITÁS

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

Függvények Megoldások

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Abszolútértékes és gyökös kifejezések

Átírás:

Optimumszámítás Nemlineáris programozás 2. Többváltozós optimalizálás feltételek mellett. Lagrange-feladatok. Nemlineáris programozás. A Kuhn-Tucker feltételek. Konvex programozás. Sydsaeter-Hammond: 18.1-5, 8-10 Winston: 10.7,8 Csató László BCE Operációkutatás és Aktuáriustudományok Tanszék laszlo.csato@uni-corvinus.hu 2016. március 25.

18.1: Két változó, egy egyenlőségi feltétel max(min) z = f (x, y) f.h. g(x, y) = c Optimum esetén a g(x, y) görbe (x, y)-beli érintőjének meredeksége megegyezik az f (x, y) e pontbeli szintvonalát érintő egyenes meredekségével. Vagyis: f 1 (x, y) f 2 (x, y) = g 1 (x, y) g 2 (x, y) Feladat 615. o.: 18.1 Keresse meg az alábbi feladat egyetlen lehetséges megoldását: max f.h. xy 2x + y = m Megjegyzés: behelyettesítés után egyváltozós függvényt kapunk

18.2: A Lagrange-szorzók módszere max(min) z = f (x, y) f.h. g(x, y) = c Legyen a Lagrange-függvény a következő: L(x, y) = f (x, y) λ(g(x, y) c) Ezt x és y szerint differenciálva a következő egyenleteket kapjuk: f 1(x, y) λg 1(x, y) = 0 és f 2(x, y) λg 2(x, y) = 0. A g(x, y) = c feltétellel együtt 3 egyenletünk lesz 3 ismeretlenre... Figyelmeztetés A Lagrange-módszer a feladat megoldására szükséges, de nem elégséges feltételeket ad!

18.2: A Lagrange-szorzók módszere Ezek alapján a max(min) z = f (x, y) f.h. g(x, y) = c optimalizálási feladat megoldásának menete: 1. Képezzük az L(x, y) = f (x, y) λ(g(x, y) c) Lagrange-függvényt, ahol λ egy paraméter. 2. Differenciáljuk a Lagrange-függvényt x és y szerint, a parciális deriváltakat tegyük egyenlővé 0-val. 3. Az előző pontból kapott két egyenlet és a korlátozó feltétel az alábbi egyenletrendszert adja: f 1(x, y) = λg 1(x, y) f 2(x, y) = λg 2(x, y) g(x, y) = c 4. Oldjuk meg az egyenletrendszert az x, y és λ ismeretlenekre.

18.2: A Lagrange-szorzók módszere Feladat 618. o.: 18.3 Használja a Lagrange-módszert a max f.h. xy 2x + y = m feladat megoldására! Feladat 618. o.: 18.4 Oldja meg az alábbi feladatot! max(min) x 2 + y 2 f.h. x 2 + xy + y 2 = 3 Honnan lehet tudni, hogy létezik maximum és minimum is? Megoldás A Weierstarss-tétel következtében létezik maximum és minimum is. A Lagrange-szorzók módszerével kapott megoldások: (1, 1), ( 1, 1), ( 3, 3), ( 3, 3).

18.2: A Lagrange-szorzó közgazdasági értelmezése Ha f * (c) jelöli az f függvény optimumértékét a c konstans függvényében, akkor (bizonyos feltételek teljesülése esetén) df * (c) dc = λ(c), vagyis λ Lagrange-szorzó az a szám, amellyel a célfüggvény optimumértéke változik a c konstans változásának hatására (árnyékár!). Feladat 618. o.: 18.5 Tekintse a max f.h. xy 2x + y = m feladatot. Vegye az m = 100 értéket, és határozza meg, mi történik az értékfüggvénnyel, ha a konstans eggyel növekszik. Közeĺıtse a Lagrange-szorzó segítségével!

18.3: A Lagrange-módszer igazolása Lagrange tétele Tegyük fel, hogy f (x, y) és g(x, y) függvényeknek léteznek a folytonos parciális deriváltjai az xy-sík egy A tartományában, továbbá azt, hogy (x 0, y 0 ) az A belső pontja és az f (x, y)-nak a g(x, y) = c feltétel melletti lokális szélsőértéke. Tegyük fel, hogy a g 1 (x 0, y 0 ) és g 2 (x 0, y 0 ) közül legalább az egyik nem 0. Ekkor létezik pontosan egy olyan λ szám, hogy az L(x, y) = f (x, y) λ(g(x, y) c) Lagrange függvénynek az (x 0, y 0 ) pontban stacionárius pontja van. Feladat 626. o.: 18.3/3 Definiáljuk az f és a g függvényeket a következőképpen: f (x, y) = (x + 2) 2 + y 2 és g(x, y) = y 2 x(x + 1) 2. Határozza meg az f (x, y) függvény g(x, y) = 0 feltétel melletti minimumát (rajzoljon ábrát)!

18.4: Elégséges feltételek Globális elégségesség Tegyük fel, hogy f (x, y) és g(x, y) folytonos differenciálhatók az R 2 egy nyílt, konvex A halmazán. Legyen (x 0, y 0 ) az L(x, y) = f (x, y) λ(g(x, y) c) Lagrange-függvény stacionárius pontja, és g(x 0, y 0 ) = c. Ekkor L(x, y) konkáv (x 0, y 0 ) optimális megoldása a maximum feladatnak L(x, y) konvex (x 0, y 0 ) optimális megoldása a minimum feladatnak Megjegyzés L(x, y) konkáv, ha f (x, y) konkáv és g(x, y) konvex.

18.4: Globális elégségesség Feladat Winston, 585. o.: 22 Egy cég 10 000 dollárt akar reklámra költeni. Percenként 3000 dollárba kerül a hirdetés a televízióban, míg percenként 1000 dollárba a rádióban. Ha a cég x perc televíziós és y perc rádiós reklámidőt vesz, akkor f (x, y) = 2x 2 y 2 + xy + 8x + 3y bevétele lesz (ezer dollárban). Hogyan tudja a cég maximalizálni a bevételét? Megoldás 1. Lagrange-függvény feĺırása 2. Egyenletrendszer megoldása: x = 73 28, y = 69 28, λ = 1 4 3. Elégségesség ellenőrzése: f konkáv (a Hesse-mátrixból) 4. Általánosan: ha a dollár áll rendelkezésre hirdetésre, akkor újabb egy dollár reklámra költése közeĺıtőleg 11 a 4 dollárral növeli a bevételt

18.4: Lokális elégséges feltételek d 2 z dx 2 = f 11+f 12y (f 21+f max z = f (x, y) f.h. g(x, y) = c dz dx = f 1(x, y) f 2(x, y) g 1 (x, y) (x, y) 22y ) g 1 g 2 g 2 f 2 (g 11 + g 12 y )g 2 (g 21 + g 22 y )g 1 (g 2, )2 ahol f 12 = f 21 és g 12 = g 21 a Young-tétel miatt, továbbá y = g 1 /g 2, és az elsőrendű feltétel szerint f 1 = λg 1 és f 2 = λg 2. Így d 2 z dx 2 = 1 (g 2 [(f 11 λg 11)(g 2) 2 2(f 12 λg 12)g 1g 2+(f 22 λg 22)(g 1) 2 ]. )2

18.4: Lokális elégséges feltételek Ha D(x, y) = g 1 g 2 0 g 1 (x, y) g 2 (x, y) (x, y) f 11 λg 11 (x, y) f 12 λg 12 (x, y) (x, y) f 21 λg 21 (x, y) f 22 λg 22 (x, y), akkor d 2 z dx 2 = 1 D(x, y). (x, y)]2 [g 2 Theorem Ha egy (x 0, y 0 ) kielégíti az elsőrendű feltételeket, valamint D(x 0, y 0 ) > 0 (lokális másodrendű feltétel), akkor (x 0, y 0 ) megoldása a fenti feladatnak. Megjegyzés Minimumfeladatnál a lokális másodrendű feltétel D(x 0, y 0 ) < 0.

18.4: Lokális elégséges feltételek Feladat 629. o.: 18.9 Tekintse a következő feladatot: max(min) x 2 + y 2 f.h. x 2 + xy + y 2 = 3 Az elsőrendű feltételekből kapott pontok: (1, 1), ( 1, 1), ( 3, 3), ( 3, 3). Ellenőrizze a másodrendű feltételeket! Teljesül-e a globális elégségességi feltétel? Miért nem? Feladat 629. o.: 18.4/2 Tekintse a következő feladatot: min x 2 + y 2 f.h. x + 2y = a Oldja meg a feladatot úgy, hogy a korlátozó feltétel felhasználásával kiküszöböli y-t! Igazolja, hogy a kapott szélsőérték valóban minimum. Oldja meg a feladatot a Lagrange-módszerrel is! Ellenőrizze a lokális elégségességi feltételeket.

18.5: Általánosabb Lagrange-feladatok A Lagrange-függvény: max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g(x 1, x 2..., x n ) = c L(x 1,..., x n ) = f (x 1,..., x n ) λ(g(x 1,..., x n ) c) Ekkor az elsőrendű feltételek a következők: f 1(x 1,..., x n ) λg 1(x 1,... x n ) = 0. f n(x 1,..., x n ) λg n(x 1,... x n ) = 0, ami n + 1 egyenletet ad az n + 1 ismeretlen meghatározásához...

18.5: Általánosabb Lagrange-feladatok Feladat 630. o.: 18.10 Határozza meg a következő feladat egyetlen lehetséges megoldását: max x 2 y 3 z f.h. x + y + z = 12 Megoldás Az egyetlen lehetséges megoldás: (x, y, z) = (4, 6, 2). Feladat 630. o.: 18.5/1 Határozza meg a következő feladat egyetlen lehetséges megoldását: min x 2 + y 2 + z 2 f.h. x + y + z = 1 Bizonyítsa be, hogy a kapott megoldás globális minimum. Megoldás Az egyetlen lehetséges megoldás: (x, y, z) = (1/3, 1/3, 1/3). A Lagrange-függvény konvex, tehát ez globális minimumhely.

18.5: Általánosabb Lagrange-feladatok A Lagrange-függvény: max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) = c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) = c 2 L(x 1,..., x n ) = f (x 1,..., x n ). g m (x 1, x 2..., x n ) = c m m λ j (g j (x 1,..., x n ) c j ) Az elsőrendű feltételek az x i szerinti parciális deriváltak alapján: L f (x) m g j (x) = λ j = 0 (i = 1,..., n), x i x i x i j=1 ami az m egyenlőségi feltétel mellett n egyenletet ad az n + m ismeretlen meghatározásához... j=1

18.5: Általánosabb Lagrange-feladatok Feladat 632. o.: 18.13 Oldja meg a következő feladatot: max(min) x 2 + y 2 + z 2 f.h. x + 2y + z = 1 2x y 3z = 4 Mutassa meg, hogy teljesül a globális elégségesség feltétele is. Maximumot vagy minimumot kapott? Feladat 634. o.: 18.5/9 Oldja meg a következő feladatot: min (y + z 3) 2 f.h. x 2 + y + z = 2 x + y 2 + 2z = 2 A lehetséges szélsőértékhelyek: (1, 1, 0) és ( 1/2, 1, 3/4). A kettő közül az egyik a feladat megoldása. Melyik? Lássa be, hogy a másik nem a maximum feladat megoldása. Mi következik ebből?

18.8: Két változó, egy egyenlőtlenségi feltétel max f (x, y) f.h. g(x, y) c Az optimalizálási feladat megoldásának menete: 1. Rendeljünk hozzá egy konstans λ Lagrange-szorzót a g(x, y) c feltételhez és definiáljuk az L(x, y) = f (x, y) λ(g(x, y) c) Lagrange-függvényt. 2. Differenciáljuk a Lagrange-függvényt x és y szerint, a parciális deriváltakat tegyük egyenlővé 0-val: L 1(x, y) = f 1(x, y) λg 1(x, y) = 0 L 2(x, y) = f 2(x, y) λg 2(x, y) = 0 3. Vezessük be a komplementaritási feltételt: 4. Írjuk elő a korlátozó feltételt: λ 0 és λ = 0, ha g(x, y) < c g(x, y) c.

18.8: Két változó, egy egyenlőtlenségi feltétel Feladat 643. o.: 18.17 Oldja meg az alábbi feladatot: max x 2 + y 2 + y 1 f.h. x 2 + y 2 1 Megoldás Három lehetséges optimumhely van: (0, 1) és λ = 3/2. Itt f (0, 1) = 1. (0, 1) és λ = 1/2. Itt f (0, 1) = 1. (0, 1/2) és λ = 0. Itt f (0, 1/2) = 5/4. Egy folytonos függvényt maximalizálunk korlátos és zárt halmazon, ezért a Weierstrass-tétel értelmében létezik megoldás, ami csak a (0, 1) lehet. Egyben megkaptuk a minimumfeladat megoldását is: (0, 1).

18.8: Általános nemlineáris programozási feladat 1. Írjuk fel a Lagrange-függvényt: max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) c 2. g m (x 1, x 2..., x n ) c m L(x 1, x 2,..., x n) = f (x 1, x 2,..., x n) m λ j g j (x 1, x 2,..., x n) 2. Az L(x 1, x 2,..., x n) függvény parciális deriváltjait tegyük egyenlővé 0-val: L(x 1, x 2,..., x n) f (x1, x2,..., xn) m g j (x 1, x 2,..., x n) = λ j = 0 x i x i x i 3. Komplementaritási feltételek: (i = 1, 2,..., n) λ j 0 és λ j = 0, ha g j (x 1, x 2,..., x n) < c j (j = 1, 2,..., m) 4. Korlátozó feltételek: j=1 j=1 g j (x 1, x 2,..., x n) c j (j = 1, 2,..., m)

Kuhn-Tucker feltételek: maximumfeladat max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) c 2. g m (x 1, x 2..., x n ) c m Theorem Ha x a feladat optimális megoldása, akkor x eleget tesz a feladatban szereplő m feltételnek, és léteznek olyan λ j szorzók, melyekre: f (x) x i m j=1 λ j g j (x) x i = 0 (i = 1, 2,..., n) λ j [c j g j (x)] = 0 (j = 1, 2,..., m) λ j 0 (j = 1, 2,..., m)

18.8: Általános nemlineáris programozási feladat Feladat 648. o.: 18.19 Oldja meg az alábbi feladatot: max 4z x 2 y 2 z 2 f.h. z xy x 2 + y 2 + z 2 3 Megoldás Három lehetséges optimumhely van: (0, 0, 0) és λ = 4, μ = 0. Itt f (0, 0, 0) = 0. (1, 1, 1) és λ = 2, μ = 0. Itt f (1, 1, 1) = 1. ( 1, 1, 1) és λ = 2, μ = 0. Itt f ( 1, 1, 1) = 1. Egy folytonos függvényt maximalizálunk korlátos és zárt halmazon, ezért a Weierstrass-tétel értelmében létezik megoldás, ami csak az (1, 1, 1) és a ( 1, 1, 1) lehet.

Kuhn-Tucker feltételek: minimumfeladat min z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) c 2. g m (x 1, x 2..., x n ) c m Theorem Ha x a feladat optimális megoldása, akkor x eleget tesz a feladatban szereplő m feltételnek, és léteznek olyan λ j szorzók, melyekre: f (x) x i + m j=1 λ j g j (x) x i = 0 (i = 1, 2,..., n) λ j [c j g i (x)] = 0 (j = 1, 2,..., m) λ j 0 (j = 1, 2,..., m)

Kuhn-Tucker feltételek: nemnegatív változók max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) c 2. g m (x 1, x 2..., x n ) c m x 1 0,..., x n 0 Theorem Ha x a feladat optimális megoldása, akkor x eleget tesz a feladatban szereplő m + n feltételnek, és léteznek olyan λ j, μ i szorzók, melyekre: f (x) x i j=1 m j=1 λ j g j (x) x i + μ i = 0 (i = 1, 2,..., n) λ j [c j g j (x)] = 0 (j = 1, 2,..., m) [ ] f (x) m g j (x) λ j x i = μ i x i = 0 (i = 1, 2,..., n) x i x i λ j 0 (j = 1, 2,..., m) és μ i 0 (i = 1, 2,..., n)

18.9.: Nemnegativitási feltételek a változókra Feladat 573. o.: 17.6; 655. o.: 18.9/2 Egy tanulmányban az Európába Norvégiába és Szibériából importált gáz mennyiségét vizsgálták, jelölje ezeket rendre x és y. Feltették, hogy az elért hasznosságot az f (x, y) = 9x + 8y 6(x + y) 2 függvény írja le (a gáz világpiaci ára emelkedik, ha növekszik a teljes import). Mivel a kapacitás korlátos, x-nek és y-nak ki kell elégítenie a 0 x 5 és 0 y 3 feltételeket. Végül politikai okokból úgy érezték, hogy a norvég import nem lehet túl kicsi hányada a teljes behozatalnak, ezért feltették, hogy x 2(y 1). Rajzolja le a korlátozó feltételeknek eleget tevő pontok halmazát, majd oldja a feladatot, ha a cél a hasznosság maximalizálása! Megoldás A függvény maximuma f (3/4, 0) = 27/8.

18.10: Kuhn-Tucker feltételek, elégségesség max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) c 2. g m (x 1, x 2..., x n ) c m Theorem Ha f (x) konkáv és minden g j (x) konvex, akkor minden olyan x pont, amely eleget tesz a szükséges feltételeknek, a feladat optimális megoldása.

18.10: Kuhn-Tucker feltételek, elégségesség Feladat 650. o.: 18.8/5 Oldja meg az alábbi feladatot: max ln x + (y + z) f.h. x + y + z 1 x 1 x 2 + y 2 2 Megoldás A szükséges feltételeket teljesítő pontok halmaza: x = 1, y + z = 0, y 2 1 és λ = (1, 0, 0). Az előző tétel alapján teljesülnek az elégségesség feltételei is, ezért a feladatnak végtelen sok megoldása van.

18.10: Kuhn-Tucker feltételek, elégségesség Feladat Winston, 595. o.: 25 Egy monopolhelyzetben levő cég 17.25 dekagramm mennyiségig vásárolhat egy kémiai anyagból 10 dolláros egységáron. Dekánként 3 dollár költséggel a kémiai anyag egy dekája egy deka 1. termékké, 5 dollár költséggel pedig egy deka 2. termékké dolgozható fel. Ha x dekát álĺıtunk elő az 1. termékből, azt 30 x egységáron lehet értékesíteni. Ha y dekát álĺıtunk elő az 2. termékből, azt 50 2y egységáron lehet értékesíteni. Miként tudja a cég maximalizálni a profitját? Megoldás A célfüggvény konkáv, a feltételek konvexek. x = 8.5, y = 8.75, z = 17.25, λ 1 = 10 és λ 2 = 0 eleget tesz a Kuhn-Tucker feltételeknek. Mi a λ szorzók közgazdasági jelentése? Milyen összefüggés érvényes közöttük?

18.10: Kuhn-Tucker feltételek, elégségesség max z = f (x 1, x 2,..., x n ) f.h. g 1 (x 1, x 2..., x n ) c 1 g 2 (x 1, x 2..., x n ) c 2. g m (x 1, x 2..., x n ) c m Theorem Ha f (x) kvázikonkáv és minden g j (x) kvázikonvex, x 0 teljesíti a Kuhn-Tucker szükséges feltételeket, valamint f (x 0 ) 0, akkor x 0 a feladat optimális megoldása. Megjegyzés A f (x 0 ) 0 kiegészítő feltétel lényeges, mert egy kvázikonkáv függvény stacionárius pontja nem feltétlenül lokális maximum.

18.10: Kuhn-Tucker feltételek, elégségesség Feladat 661. o.: 18.10/5 Oldja meg az alábbi feladatot: max (x 1) 3 f.h. x 0 x 2 Megoldás (x 1) 3 kvázikonkáv, x és x is kvázikonvex (de kvázikonkáv is!), ezért fennállnak az előző tétel alkalmazásának feltételei. A szükséges feltételeket teljesítő pontok halmaza: x = 1, λ 1 = 0, λ 2 = 0 és x = 2, λ 1 = 0, λ 2 = 3. Az első azonban stacionárius pontja f -nek.

18.10: Kuhn-Tucker feltételek, szükségesség Figyelmeztetés A feladat megoldása nem feltétlenül teljesíti a Kuhn-Tucker feltételeket, ehhez további (regularitási) feltevések szükségesek. Egy regularitási feltétel A g j (j = 1, 2,..., m) függvények közül az x 0 pontban aktívak x 0 -beli gradiensei lineárisan függetlenek. Ha x 0 a feladat optimális megoldása, f és g 1, g 2,..., g m folytonosan differenciálható függvények, valamint x 0 -ban teljesül a regularitási feltétel, akkor léteznek olyan λ j szorzók, melyekre: f (x) x i m j=1 λ j g j (x) x i = 0 (i = 1, 2,..., n) λ j [c j g j (x)] = 0 (j = 1, 2,..., m) λ j 0 (j = 1, 2,..., m)

18.10: regularitási feltétel Feladat 659. o.: 18.23 Oldja meg az alábbi feladatot: max xy f.h. (x + y 2) 2 0 Megoldás Az optimális megoldás (1, 1), ez azonban nem teljesíti a Kuhn-Tucker feltételeket. Feladat 660. o.: 18.10/1 Oldja meg az alábbi feladatot: ahol a egy pozitív konstans. max 2 (x 1)2 e y 2 f.h. x 2 + y 2 a

18.10: regularitási feltétel Feladat Winston, 596. o.: 26 Oldja meg az alábbi feladatot: max x f.h. y (1 x) 3 0 x, y 0 Megoldás Az optimális megoldás (1, 0), mert lehetséges és x > 1 esetén y < 0 a feltételből. A Kuhn-Tucker feltételek: 1 + 3λ( 1x) 2 = μ 1 μ 1 0 Ez nem teljesül az (1, 0) pontban. Ugyanakkor az y (1 x) 3 0 és y 0 aktív feltételek gradiensei sem lineárisan függetlenek.