20554

Условный экстремум функции. Постановка задачи. Вывод функции Лагранжа

Доклад

Математика и математический анализ

Переменные целевой функции f0xmin 1 Где x nмерный вектор независимых переменных: x=x1x2xn могут быть наложены ограничения различного вида Ограничения в форме равенства 2 называется уравнениями связи. Рассмотрим задачу о минимуме f0x при наличии уравнения связи fx=0. Уравнение связи на плоскости представляются в виде линий пересечения. она лежит на линии fx=0 удовлетворяет уравнению связи и расположена ближе всех к точке x где x точка минимума целевой функции.

Русский

2013-07-31

120 KB

9 чел.

 Условный экстремум функции. Постановка задачи. Вывод функции Лагранжа.

Переменные целевой функции f0(x)min (1) Где xn-мерный вектор независимых переменных: x=x1,x2,…,xn могут быть наложены ограничения различного вида

Ограничения в  форме равенства (2) называется уравнениями связи. А неравенство (3) называется ограничителями.  Т.о. независимые переменные x связаны дополнительными условиями и такая задача о минимуме целевой функции, наз-ся задачей на условный экстремум функции. Представим целевую функцию линиями уровня.

Картинка.

Рассмотрим задачу  о минимуме f0(x) при наличии  уравнения связи f(x)=0. Уравнение связи на плоскости представляются в виде линий пересечения. Решением задачи будет точка x0, т.к. она лежит  на линии f(x)=0, удовлетворяет уравнению связи и расположена ближе всех к  точке x*, где x* - точка минимума целевой  функции. Если бы не было уравнения связи, то для определения точки минимума x* достаточно было бы выполнить необходимое условие экстремума в этой точке: .

При наличии уравнения связи решение задачи, т.е. определение точки x0 строится другим методом: окружим т. x0 некоторым подмножеством:линеаризуем уравнение связи на этом множестве окрестности точки x0 , т.е. представим уравнение в виде линейной части разложения в ряд тейлора. Для простоты рассуждений, рассмотрим уравнение связи от 2 переменных: и разложим его в ряд Тейлора в окрестности точки х0: f(x0) +. Так как множество и точка х0 удовлетворяет уравнению связи, то   следовательно - уравнение связи в окрестности точки х0 . условие минимума целевой функции в точке х0  Разложим левую часть неравенства(5) так же в ряд Тейлора и удержим только линейную часть этого ряда.  и подставим это в неравенство (5) :  Следовательно (условие минимума). Таким образом в окрестности точки х0 мы имеем новое уравнение связи в форме (4) и условие минимума в форме неравенства(6). Из (4) выразим :

Обозначим: Подставим (7) в (6)

. Условие минимума записалось таким образом. Здесь :  - бесконечность малая величина приращения переменной x2.

При любом произвольном  условие минимума (8) выполняется всегда, если ; Если оно не выполняется, то можно подобрать такое , при котором (8) будет выполнено.

Дополним (9) тождеством следующего вида.

. Обозначим через ур-е (9), (10), примут вид:

   ;    

Полученные условия следуют из условия минимума целевой функции в форме (6) при наличии уравнения связи. При этом, мы удовлетворили уравнению связи, выразив и подставив его в условие минимума, получим систему (11).

Эти уравнения идентичны условию минимума некоторой функции : где - постоянный множитель. Запишем условие экстремума этой функции:

Функция L яв-ся функцией Логранжа, а - множитель Логранжа. Т.о. исходная задача на условный экстремум функции сводится к задаче на безусловный экстремум функции логранжа. Дополним эти уравнения уравнением связи: f(x1,x2)=0. Получим замкнутую систему уравнений для определения x1,x2 и . Множитель определяется из уравнения связи. Т.о. алгоритм решения задачи сводится к следующему :

1) составная функция Логранжа

2) Записывается условие стационарности функции Логранжа  Определяя значение x зависящее от .

3) подставим значение в уравнение связи, находим : .

Вопрос 20. Правило множителей Лагранжа. Пример

Если точка x0 – точка локального минимума целевой функции, то существует такие постоянные множители , . При них функция Логранжа стационарна по x в точке x0 (условие стационарности равняется условию экстремума). Если в задаче число уравнений связи равно m : а   то функция Логранжа составится так:

Пример.  Уравнение связи : одно

Картинка

Линии уровня- концентрические окружности с центром в начале координат.Решим задачу методом множителя логранжа.

     x1=3/2     x2=3/2    


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71687. EXCEL СОЗДАНИЕ БАЗ ДАННЫХ. ФОРМА. ФИЛЬТР. УСЛОВИЯ ОТБОРА. СОРТИРОВКА 130.5 KB
  База данных. Одна из задач, для которых часто используется Excel, - это организация баз данных. Термин база данных можно применить к любой совокупности связанной информации объединенной вместе по определенному признаку. Основным назначением баз данных является обеспечение ввода, хранения...
71688. Горизонтальна структура географічної оболонки 18.57 KB
  Мета: збагнути основні риси горизонтальної структури географічної оболонки, з’ясувати просторові особливості поясно-зональних структур, та їх господарське використання План заняття. Загальні риси будови земної поверхні. Поясно-зональні структури.
71689. Конвейеризация и перенаправление команд 31.5 KB
  Здесь напишите (в столбик) использованные вами команды В каждой папке создайте файл с расширением txt и именем, совпадающим с именем папки. В каждом файле должна содержаться справочная информация по следующим типам команд: Папка Folders: команды работы с папками; Папка Files: команды работы с файлами...
71693. Антивирусы 458 KB
  Классифицировать антивирусные продукты можно сразу по нескольким признакам таким как: используемые технологии антивирусной защиты функционал продуктов целевые платформы. По используемым технологиям антивирусной защиты: Классические антивирусные продукты продукты...
71694. Архивация данных 432 KB
  Цель работы: Научится создавать архивные файлы при помощи программы WinRAR Освоить приемы извлечения из архива Пособия и оборудование: ПК IBM PC/AT; Инструкция по выполнению лабораторной работы; Методические...
71695. Элементы Рабочего стола Window Приемы работы 7.32 MB
  Порядок выполнения работы. Ознакомился с методическими указаниями. Изучили элементы Рабочего стола. Определил, какие элементы входят в состав оформления Рабочего стола. Открыл несколько любых окон на Рабочем столе и выполнил следующие манипуляции: развернули; восстановили...