Отсюда имеем следующую целевую функцию:
R(x) x1x2x3 max |
(D) |
|
Достижение максимума функции (D) будет ограничено |
||
размерами предложенного листа жести (4 4м). Поэтому |
|
|
x1 2x3 |
4; |
(E) |
x2 2x3 |
4, |
(F) |
где х1 и х2 – размеры основания; х3 – высота бака. |
|
|
При этом |
|
|
x1 0; x2 0; x3 0, |
(G) |
|
поскольку это размеры будущего бака и если хотя бы один из них будет равен нулю, то и R(x) будет равна нулю, что недопустимо по условиям решения задачи.
|
X2 |
3 |
|
X |
|
1 |
4 м |
X |
|
|
4 м |
Рис. 16. Схема раскроя заготовки с целью получения бака
По образцу функции Лагранжа составляем функцию как сумму критерия R(x) и ограничений, приведенных к виду с нулем справа и умноженных на множители Лагранжа j.
L(x) x1 x2 x3 1(x1 2x3 4) 2(x2 2x3 4) max.(H)
Находим частные производные по неизвестным и множителям
60
Лагранжа от функции Лагранжа и приравниваем их к нулю:
|
|
|
L(x) |
|
x |
2 |
x 0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
L(x) |
x 2x 4 0; |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
L(x) |
|
x x |
2 |
|
0; |
|
|
|
|
|
|
|
L(x) |
|
x |
2 |
2x 4 0. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x2 |
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
L(x) |
x x |
2 |
2 |
2 |
2 0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
x3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Решаем полученную систему уравнений совместно: |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x 2x |
3 |
4 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x2 |
2x x 2x x |
3 |
0; |
||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
3 |
1 |
|
|||||||||
|
|
|
x2 2x3 4 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 (x1 2x3 2x3) 0; |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
x1 x2 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 4x3 0. |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
x |
x |
2 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
1 |
x . |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
В результате имеем |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
x |
x |
2 |
|
4x |
|
или |
|
x |
|
|
2x 4; |
1,5x |
|
4 |
; |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
x |
x |
|
|
|
2,66 |
; x |
|
|
2,66 |
0,67. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Проверка: |
|
x1 2x3 |
4 |
; 2,66 2 0,67 4. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Искомый объемV |
2,66 2,66 0,67 4,76 м3 . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Студенту предлагается найти наиболее разумное решение рассматриваемой задачи, направленное на увеличение объема уже полученного бака за счет использования остатков жести, вырезанных по углам заготовки при раскрое (см. рис. 16).
Отчет о проделанной работе оформляется в произвольной форме с обязательным указанием исходных данных в соответствии с заданным вариантом, с изложением хода рассуждений и расчетов в соответствии с приведенным примером (без нумерации формул), четких выводов и их обоснованием.
Если сделан вывод о характере экстремума функций в рассматриваемой точке, то необходимо доказать правомерность этого вывода, подтверждая его расчетом и ссылкой на теорию. При этом отчёт не должен вызывать затруднений при чтении.
61
Вопросы для самоконтроля
1.Перечислить аналитические методы поиска экстремума.
2.Перечислить необходимые и достаточные условия существования экстремума одномерных функций.
3.Как формулируются необходимые и достаточные условия существования экстремума многомерных функций?
4.Указать структуру и записать функцию Лагранжа.
5.Дать методику решения задачи методом множителей Лагранжа.
62
Приложение 1
Исходные данные к типовому расчету “Безградиентные методы поиска
экстремума одномерных функций”
№ |
|
Параметры целевой функции |
|
xmin |
xmax |
|
|||
вар. |
a |
|
b |
c |
|
d |
|||
|
|
|
|
|
|||||
1 |
1 |
|
1 |
3 |
|
1 |
0 |
2 |
0,1 |
2 |
2 |
|
2 |
3 |
|
2 |
-1 |
2 |
0,2 |
3 |
3 |
|
3 |
6 |
|
4 |
0 |
5 |
0,2 |
4 |
4 |
|
5 |
9 |
|
6 |
0 |
8 |
0,3 |
5 |
5 |
|
7 |
11 |
|
8 |
0 |
10 |
0,5 |
6 |
6 |
|
9 |
5 |
|
10 |
-1 |
3 |
0,2 |
7 |
7 |
|
11 |
5 |
|
12 |
0 |
4 |
0,2 |
8 |
8 |
|
13 |
7 |
|
14 |
0 |
6 |
0,3 |
9 |
9 |
|
15 |
8 |
|
16 |
0 |
7 |
0,3 |
10 |
11 |
|
12 |
2 |
|
18 |
-1 |
1 |
0,1 |
11 |
12 |
|
1 |
3 |
|
1 |
0 |
2 |
0,1 |
12 |
13 |
|
2 |
3 |
|
2 |
-1 |
2 |
0,2 |
13 |
14 |
|
3 |
6 |
|
4 |
0 |
5 |
0,2 |
14 |
15 |
|
5 |
9 |
|
6 |
0 |
8 |
0,3 |
15 |
16 |
|
7 |
11 |
|
8 |
0 |
10 |
0,5 |
16 |
17 |
|
9 |
5 |
|
10 |
-1 |
3 |
0,2 |
17 |
18 |
|
11 |
5 |
|
12 |
0 |
4 |
0,2 |
18 |
19 |
|
13 |
7 |
|
14 |
0 |
6 |
0,3 |
19 |
20 |
|
15 |
8 |
|
16 |
0 |
7 |
0,3 |
20 |
21 |
|
12 |
2 |
|
18 |
-1 |
1 |
0,1 |
21 |
22 |
|
1 |
3 |
|
1 |
0 |
2 |
0,1 |
22 |
23 |
|
2 |
3 |
|
2 |
-1 |
2 |
0,2 |
23 |
24 |
|
3 |
6 |
|
4 |
0 |
5 |
0,2 |
24 |
25 |
|
5 |
9 |
|
6 |
0 |
8 |
0,3 |
25 |
26 |
|
7 |
11 |
|
8 |
0 |
10 |
0,5 |
26 |
27 |
|
9 |
5 |
|
10 |
-1 |
3 |
0,2 |
27 |
28 |
|
11 |
5 |
|
12 |
0 |
4 |
0,2 |
28 |
29 |
|
13 |
7 |
|
14 |
0 |
6 |
0,3 |
29 |
30 |
|
15 |
8 |
|
16 |
0 |
7 |
0,3 |
30 |
31 |
|
12 |
2 |
|
18 |
-1 |
1 |
0,1 |
31 |
10 |
|
8 |
4 |
|
19 |
0 |
2 |
0,1 |
63
Приложение 2
Исходные данные к типовому расчету “Градиентные методы поиска
экстремума”
№ |
a |
b |
c |
x0 |
x0 |
|
вар. |
1 |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,2 |
2 |
2,0 |
2,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,1 |
3 |
1,0 |
1,0 |
2,0 |
1,5 |
1,5 |
0,3 |
4 |
2,0 |
1,0 |
2,0 |
1,5 |
1,5 |
0,4 |
5 |
1,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
0,5 |
6 |
1,5 |
2,0 |
1,0 |
1,5 |
1,5 |
0,1 |
7 |
1,5 |
1,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
0,2 |
8 |
1,5 |
2,0 |
2,0 |
1,5 |
2,0 |
0,3 |
9 |
1,5 |
1,5 |
2,0 |
2,0 |
1,5 |
0,4 |
10 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
0,5 |
11 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
2,5 |
0,1 |
12 |
1,5 |
2,0 |
1,5 |
1,5 |
2,5 |
0,2 |
13 |
2,0 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
2,5 |
0,3 |
14 |
2,0 |
1,5 |
1,5 |
2,5 |
3,0 |
0,4 |
15 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
2,5 |
0,05 |
16 |
1,5 |
1,0 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
0,01 |
17 |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
2,1 |
2,1 |
0,01 |
18 |
1,0 |
1,0 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
0,02 |
19 |
2,5 |
1,0 |
1,0 |
2,7 |
2,7 |
0,03 |
20 |
2,5 |
1,5 |
1,5 |
2,8 |
2,8 |
0,04 |
21 |
1,5 |
2,5 |
1,5 |
3,0 |
3,0 |
0,05 |
22 |
1,5 |
1,5 |
2,5 |
2,0 |
2,1 |
0,04 |
23 |
2,5 |
1,5 |
2,5 |
2,5 |
2,0 |
0,02 |
24 |
2,7 |
1,0 |
2,7 |
2,0 |
2,5 |
0,03 |
25 |
1,0 |
2,7 |
2,7 |
1,5 |
3,0 |
0,04 |
26 |
2,7 |
2,7 |
1,0 |
3,0 |
1,5 |
0,05 |
27 |
1,0 |
1,0 |
2,7 |
1,5 |
2,0 |
0,01 |
28 |
2,7 |
2,7 |
1,0 |
2,0 |
1,5 |
0,02 |
29 |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
3,0 |
3,0 |
0,03 |
30 |
1,0 |
2,0 |
1,5 |
2,8 |
2,7 |
0,04 |
31 |
1,0 |
2,0 |
1,0 |
2,0 |
2,0 |
0,01 |
64