Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

may05119

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
21.05.2015
Размер:
670.28 Кб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опр едел ение 2. Ес л и с овме с т ная с ис т емауравне ний имее т

 

единс т венное

реш ение, т о онаназывает с я о предел енно й.

 

 

 

 

 

 

 

 

Е с л и с овмес т ная с ис т е мауравнений име ет

множ ес т во ре ш е ний, т о

онаназывае т с я нео пределенно й.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В дал ь нейш ем ос новную

рол ь будут играт ь опре де л ит е л и:

 

 

 

1

ca1

 

 

b

 

1

1

ch1

 

b

 

 

ac1

 

 

h1

 

a b h1

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

D =

 

 

ac2

 

 

, b2 Dx =

2

2

ch2

 

b Dy =

 

 

ac2

 

 

, h2 Dz =

 

ah2

 

b2

 

 

 

ac3

 

 

b3

 

3

3

hc3

 

b

 

 

ac3

 

 

h3

 

ah3

 

b3

О преде л ит ел ь

называет с я определ ит ел ем с ис т емы

 

(1). О пре дел и-

т е л и , ,

xz

полDy

уч аю т с я из определ ит ел я с ис т е мы

заме ной с вободны -

ми ч л енами эл е мент ов с оот вет с т венно первого,

вт орого и т рет ь его с т ол б-

цов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е с л и опреде л ит ел ь

с ис т е мы

(1)

от л ич е н от нул я, т о с ущ ес т вуе т

единс т венное реш ение

эт ой с ис т е мы , и оно выраж ает с я фо рм ула м и К ра -

м ера :

x =

x

,

y =

Dy

,

z =

 

z

 

 

 

D

 

 

D

 

D

 

 

Пр им ер .

ì

Н айт и вс е ре ш ения с ис т емы : ïí

ï

î

112

-D3=3 5

-1 2 7

2 xz+= y4 +

 

xz -= 1y. + 3

5

xz+= y8 - 2

7

¹ 0 , =данна33+ я-6 с ис+21т е+ма= 10+име е21т единс5 12 т -

ве нное реш ение .

 

14

 

2

x

 

 

- D 13=

 

5

 

-1

8

7

 

 

 

11

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

Dy =

 

 

33

 

 

 

 

1

 

 

 

-1

 

2

 

8

 

14

 

 

 

2

 

 

 

z

3 1

 

 

5

 

82

 

 

 

7

x =

x

=

33

= 1

,

y =

Dy

=

33

= 1

,

D

33

D

33

 

 

 

 

 

 

 

 

= 33+ 2- 84+ =+ 40+ 7 48

20

= 33+ +-12 - 24 +2= - 24 1 24

= 33 - -48 + 7 + 40+ -84=

4 - D40 =

z =

z

=

33

= 1.

 

D

33

 

 

 

 

 

Опр едел ение 3. Одно ро дно й с ис тем о й трех ура внений перво й с тепени с трем я неизвес тны м и называе т с я с ис т емавида:

ì +

+ 1z =c 01y b a x

 

ï

+

+ 2z =c 02y ba x

(2)

í

ï

 

3z +=c 03y +ba x

 

î

 

 

 

52

Е с л и

xz = 0D,y =т о Dс ис= т ема= (1) л ибо с овс ем не име ет ре ш е -

ний, л ибо ихбе с конеч но много.

§6. М етодГ а усса посл едов а тел ьного иск л ю чения неизв естного

М ет од Гаус с априме ним к л ю бой с ис т еме л ине йны х уравне ний, при эт ом с ис т ема будет нес овме с т ной, ес л и в процес с е преобразования мат - рич ной с ис т емы пол уч им уравне ние, в кот ором коэффициент ы при вс ех неизвес т ны хравны нул ю , ас вободный ч л ен от л ич ен от нул я. Ес л и т акого реш ения не пол уч им, т о с ис т емабудет с овме с т ной, при эт ом онабуде т определ е нной, ес л и онаприводит с я к т ре угол ь ному виду, и неопредел е нной, ес л и онаприводит с я ктра пециевидно м увиду.

Пр им ер .

ì

x13

-x92+=2 +5

 

ï

3x3x1=-2x2 +

 

í

 

ï

xx -= x25- 3

6

î

1 3

2

 

 

Запиш е м рас ш иренную

мат рицу (ес л и к мат рице с ис т е мы добавит ь

с т ол бе ц с вободных ч л е нов, т о пол уч енную

мат рицу буде м называт ь рас -

ш ире нноймат рицей):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

 

51

 

-29ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

-

13

 

÷

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

12 ÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

-

-31

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

256ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

из первой с т роки выч т ем вт орую

с т року; 1-ю

с т року умнож им на3 и вы -

ч т е м из 3-ейс т роки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ

1

 

 

2

5

 

 

 

 

- 9

ö æ

 

 

51

 

-29 ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

 

- 3

 

 

 

 

÷

ç

 

=- 02

 

÷

 

 

ç

 

 

 

 

 

5 - +9 -1 2=2 ÷

11

 

 

-113 ÷ =

 

ç

 

 

 

 

+ 1×

-3

 

 

÷

ç

 

 

16

 

 

÷

 

 

è

 

 

 

 

5× +-62539× - 23× 33 1

 

 

 

0- 5212

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

è

 

 

 

 

 

 

ø

 

 

2-ю с т року умнож им на4 и прибавим к3-ейс т роке :

 

 

æ

 

 

 

 

 

51

 

 

 

 

-2 9

ö æ

 

 

 

51

 

-2 9 ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

-311

÷

ç

 

 

 

20

 

 

÷

Þ

= ç

 

 

 

 

 

 

 

 

 

÷ =

ç

 

 

 

 

-311÷

ç

 

 

 

 

 

- 16×

 

4

 

÷

ç

 

 

 

 

 

 

 

0 80

÷

 

è

 

 

 

 

 

 

2--+× 512× ×

-4 31100- 48

 

ø

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ø

è

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ì

 

x -x9+=2 +5

ì

1

 

2

x -x9+=2 5x = 2

 

 

ï

x

13

 

2

ï

x

3

 

 

ï

1

 

 

 

 

 

 

 

 

í

x+ -11= 3Û

2

 

 

2

x+ -11= Û3

í

x2 = -3

 

 

2

3

 

 

 

í

 

 

 

3

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

- 8x = 8

 

ï

 

 

 

 

x = -1

 

ï x

3

= -1

 

 

î

 

3

 

 

 

î

 

 

 

 

3

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

О т ве т : {2, -3, -1}.

53

Г л а в а 8. Э л ем енты м а тем а тическ ого м одел ир ов а ния

 

Знание конкрет ны х раздел ов мат е мат ики и ос вое ние

ряда базовых

мат емат ич ес ких мет одов явл яет с я обязат е л ь ной, но л иш ь

необходимой

ч ас т ь ю мат е мат ич ес кого образования. П ракт ич е с кое ж е приме нение знаний по мат емат ике обыч но закл ю ч ае т с я в опис ании объект ов реал ь ного миранаязыке мат емат ики. Т акой пере вод наязы к мат е мат ики называет с я пос т роение м мат е мат ич ес коймодел и.

Опр едел ение 1. М а тем а тичес ко е м о делиро ва ние – эт о раздел прикл адной мат емат ики, изуч аю щ ийзадач и поис канаил уч ш его реш е ния.

Н апример, т акие задач и ре ш аю т с я в экономике , в пл анировании и управл е нии при ре ал изации принципаопт имал ь нос т и.

П онят ие «моде л ь» знакомо каж дому: например, игруш е ч ны й с амо- л е т , бумаж ны й гол убь – моде л и с амол ет а; фот ос нимок пе йзаж а, географи- ч ес кая карт а– модел ь ме с т нос т и; формул апут и s = vt – мат емат ич е с кая модел ь .

Опр едел ение 2. П од м о делью будем понимат ь

ус л овный образ какого-

л ибо объект а, прибл иж е нно вос с оздаю щ ий эт от

объе кт с помощ ью неко-

т орого языка.

 

Основ ны е пр инципы постр оения м а тем а тическ ихм одел ей

1. Д ос т ат оч нос т ь ис пол ь зуе мой информации:

при пос т рое нии модел и

цел ес ообразно ис пол ь зоват ь т у информацию , кот орая т ребует с я в с оот вет - с т вии с разрабат ываемым ал горит мом.

2.

И нвариант нос т ь информации: входная информация дол ж набыт ь неза-

вис имаот параме т ров моде л ируемойс ис т емы .

3.

П рее мс т веннос т ь : каж дая пос л едую щ ая модел ь не дол ж нанаруш ат ь

с войс т в объект а, пол уч енного напредыдущ ихэт апах ил и при ис пол ь зовании другихмоде л ей.

4. Э ффе кт ивная реал изуемос т ь : предпол агает с оот ве т с т вие т оч нос т и ис - ходныхданныхреш ения задач и и т оч нос т и резул ь т ирую щ ейинформации.

Основ ны е эта пы м а тем а тическ ог о м одел ир ов а ния.

1.П ос т ановкацел ейи задач ис с л едования, прове дение кач ес т венного опис ания объект ав виде моде л и.

2.Ф ормирование мат е мат ич ес кой модел и изуч аемого объе кт а, вы - бор ме т одов ис с л едования, программирование моде л и наЭ ВМ , подгот овка ис ходнойинформации.

3.Анал из мат емат ич е с кой модел и, реал изованной в виде программ дл я Э ВМ , прове дение маш инных рас ч ет ов, обработ каи анал из пол уч енныхре зул ь т ат ов.

П роцедурамат е мат ич ес кого моде л ирования заме няе т дорогос т оящ ие и т рудоемкие нат урал ь ные экс перимент ы рас ч е т ами. П ри ис пол ь зовании

54

мат емат ич ес ких мет одов дос т ат оч но быс т ро и де ш ево производит с я на Э ВМ с равнение многоч ис л енны хвариант ов, в резул ь т ат е от бираю т с я наибол ее опт имал ь ные .

Пр им ер ы за да чл иней ного пр огр а м м ир ов а ния.

Опр едел ение 3. Л инейно е про гра м м иро ва ние – эт о раздел мат емат ики,

изуч аю щ ий мет оды нахож де ния минимал ь ного (ил и макс имал ь ного) зна- ч ения л ине йной функции не с кол ь ких пере менны х, удовл ет воряю щ их конеч ному ч ис л у л ине йныхуравне нийил и нераве нс т в.

За да ча об испол ьзов а нии р есур сов (задач а пл анирования произ-

водс т ва).

Д л я изгот овл ения двух видов продукции P1 и P1 ис пол ь зую т 4 вида рес урс ов S1 , S2 , S3 , S4 . Запас ы рес урс ов, ч ис л о единиц рес урс ов, зат рач и- ваемыхнаизгот овл е ние единицы продукции, приведе ны в т абл ице.

Вид рес урс а

 

Запас ре с урс а

Ч ис л о единицрес урс ов, зат рач иваемых

 

 

 

наизгот овл ение е диницы продукции

 

 

 

P1

 

P1

S1

 

18

1

 

3

S2

 

16

2

 

1

S3

 

5

-

 

1

S4

 

21

3

 

-

П рибыл ь

, пол уч аемая от

единицпродукции P1 и P2

– с оот ве т с т ве нно

2 и 3 рубл я.

 

 

 

 

Н еобходимо с ос т авит ь т акой пл ан производс т вапродукции, при ко-

т ором прибыл ь от ее ре ал изации будет макс имал ь ной.

 

Реш ение .

 

 

 

 

Сос т авим мат емат ич ес кую

модел ь задач и. О бознач им ч ере з x1 и x2

ч ис л о единиц продукции, с оот вет с т вую щ их рес урс ам P1

и P2 , запл аниро-

ванны хкпроизводс т ву. Д л я ихизгот овл е ния пот ребуе т с я (с м. т абл ицу):

1 x1

3× x2 +единицре с урс аS1

2 x1

1×× x2+единицре с урс аS2

 

1× x2 е диницрес урс аS3

1× x1

единицре с урс аS4

Т ак как пот ребл е ние рес урс ов S1 , S2 , S3 , S4 не дол ж но превыш ат ь ихзапа-

с ов, с оот вет с т венно 18, 16, 5 и 21 единицы , т о с вязь ме ж ду пот ребл ение м рес урс ов и ихзапас ами выразит с я с ис т емойнеравенс т в:

ìx +

x

 

£3

,

18

 

ï

1

 

2

£

,

16

 

ï

x1 +2x2

(1)

í

 

x2

£ 5,

 

 

ï

 

 

 

 

ï

 

 

x1 £3 .

21

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55

 

 

П о с мыс л у задач и переменные x1 ³ 0 и x2 ³ 0

 

(2)

Суммарная прибыл ь

F с ос т авит

2x1

рубл е й от

ре ал изации продукции P1 и

3x2 рубл ейот ре ал изации продукции P2 , т .е.

= 2 1 + 3Fx2 x

(3)

Т аким образом, мат е мат ич ес кая модел ь задач и: с ос т авит ь т акойпл ан

выпус ка продукции

 

= (X1, x2 )x,

удовл е т воряю щ ий с ис т е ме

(1) и ус л овию

(2), при кот ором функция (3) (це л евая функция) принимает

макс имал ь ное

знач е ние:

= (X1, x2 )x

 

 

 

 

 

ì

 

 

1

 

Fx2 ®=xmax+

2

3

 

 

ïx +

x

2

£3

,

18

 

 

 

 

ï

1

 

 

,

16

 

 

 

 

ï

x +2x

 

£

 

 

 

 

í

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

ïx2 £ 5,

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

x £3

 

, 21

 

 

 

 

 

ï

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ï

 

 

 

. 0

 

 

 

 

 

îx1 x2, ³

 

 

 

 

 

Рас с мот рим графич е с киймет од ре ш е ния эт ойзадач и.

I. Постр оение допустим ого м ножеств а р еш ений .

М нож ес т во допус т имы х реш ений (многогранник реш е ний) задач и л ине йного программирования предс т авл яет с обой выпукл ы й многогранник, аопт имал ь ное реш ение задач и находит с я, по крайне й ме ре , в одной из угл овыхт оч екмногогранникареш ений.

x2

 

 

 

2

 

 

С

 

 

 

D

В

 

F=Fmax

 

 

1

 

E

 

 

 

А

 

0

 

x1

F=Fmin

G

x2

 

 

1- Fmin - в угл овой т оч ке А (единс т венное реш ение ).

2 - Fmax - в угл овойт оч ке D (единс т венное реш ение ).

F=a2 (a1 > a2)

А

F=a1

В

 

2

0

С

x1

1

F=Fmin

1- Fmin - в т оч ках от ре зкаВС (ал ь т ерна- т ивныйопт имум).

2 - Fmax = +¥ (от с ут с т вие опт имал ь ных реш е ний).

И з ус л овия x1 ³ 0 и x2 ³ 0 с л е дует , ч т о эт о I координат ная пл ос кос т ь.

Н айдем координат ы т оч ки перес е ч ения л иний x1 + 3x2 = 18 и 2x1 + x2 = 16 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ìx + 3x

 

=18

 

 

ìx = - 3x

 

18

 

 

ìx = - 3x

 

18

ìx = 6

 

í

 

1

 

2

= 16

Û í

1

 

x

)

2

x-= 16 +

Û í 1

 

3= 20218

2

 

Û

í

1

 

 

î

2x

+ x

2

 

î

(

 

 

 

5x

2

 

 

 

î

x = 4

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

î

 

 

 

 

 

2

 

 

И з неравенс т ваx1 + 3x2

£ 18 :

 

x1 + 3x2 = 18 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

0

 

18

 

6

 

 

И з неравенс т ва2x1

+ x2 £ 16 :

 

 

 

= 16 :

 

x2

6

 

0

 

 

4

 

 

2x1 + x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

0

 

8

 

 

6

 

 

Н айдем координат ы т оч ки В

- т оч ки пере

 

x2

16

0

 

 

4

3x2 = 18 и

 

с е ч е

ния л

иний

x1 +

x2

ìx + 3x = 18

 

 

ìx = 3

Þ В ( 35,).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 5 : í 1

= 5

2

 

 

Û í

1

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îx2

 

 

 

 

îx2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н айдем координат ы т оч ки D - т оч ки перес еч е ния л иний 2x1 + x2 = 16

и x1 = 7 :

ì2x + x = 16

Û

 

ìx = 7

Þ D ( 72,).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

í

1

 

2

 

 

í 1

= 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

îx1 = 7

 

 

 

 

 

îx2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОАВС DE - эт о допус т имое множ ес т во реш ений.

II. Постр оение в ек тор а -гр а диента и л иний ур ов ней дл я цел ев ой функ ции.

=

 

+ x2c2F 1x1c

 

 

 

 

 

 

 

)c

 

 

 

= ( 1,c2

F grad

 

 

F = (

 

 

показывает направл ение с корейш его возрас т ания це -

 

 

grad23,) -

л е войфункции.

 

 

 

 

 

xF x

( 1,

2 ) = const

é2 1 + 3 êê x1 +

êê x1 +

ê x1

êë...

2

= const

x

x

x2

= 02

3

они вс е парал л ел ь ны , т аккаку ниходинаковы йtg

x2

= 2

3

x+

-3=2

3

 

2

 

 

 

угл анакл она, и они вс е перпендикул ярны ве кт ору градие нт а.

57

III.Н а хождение оптим а л ьного р еш ения.

Т ак как рас с мат риваемая задач а- наот ыс кания макс имума, т о оп- т имал ь ное ре ш е ние – в угл овойт оч ке С .

max

( ) FF( C) F

= 24× -+эт4×о3т=оч=6ка2 max64,= .

Fmax

= 24 - при опт имал ь ном реш ении x1 = 6 , x2 = 4 , т .е. макс имал ь ная

прибыл ь

в 24 рубл я мож ет

быт ь дос т игнут апри производс т ве 6 е диниц

продукции Р1 и 4 единицпродукции Р2 .

Е с л и рас с мат риват ь min, т о двигат ь л инии в направл ении, прот иво-

пол ож ном вект ору градиент а.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

( )

FF( O) =F=0 . 00, =

 

 

 

 

 

 

 

 

За да ча соста в л ения р а циона (задач ао диет е , задач ао с ме с ях).

И меет с я двавидакормаI

и II,

с одерж ащ е е

пит ат е л ь ные вещ е с т ва

(вит амины ) S1 ,

S2 ,

S3 . Содерж ание ч ис л аединиц пит ат е л ь ны хве щ е с т в в 1

кг каж дого вида корма и необходимый минимум

пит ат е л ь ны х вещ ес т в,

приведе ны в т абл ице:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П ит ат е л ь ное ве-

Н еобходимы й

 

 

 

Ч ис л о единицпит ат е л ь ныхве-

минимум пит а-

 

 

 

щ ес т в в 1 кг корма

щ ес т во (вит амин)

 

 

 

т ел ь ны хве щ е с т в

 

 

I

 

II

 

 

 

 

 

 

S1

 

 

9

 

 

 

 

 

 

3

 

1

S2

 

 

8

 

 

 

 

 

 

1

 

2

S3

 

 

12

 

 

 

 

 

 

1

 

6

Ст оимос т ь 1

кг кормаI и II с оот ве т с т ве нно равна4 и 6 рубл ям.

Н еобходимо

с ос т авит ь дне вной рацион, имею щ ий минимал ь ную

с т оимос т ь,

в кот ором с одерж ание каж дого видапит ат ел ь ныхве щ е с т в был о

бы не ме нее ус т ановл е нного преде л а.

 

 

 

 

 

Реш ение .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сос т авим мат е мат ич ес кую

модел ь задач и.

 

 

О бознач им ч ерез x1 , x2 - кол ич ес т во кормов I и II, входящ ихв днев-

нойрацион. Т огдаэт от рацион будет вкл ю ч ат ь

 

 

3 x1

1×× x2+единицпит ат ел ь ного вещ е с т ваS1

 

 

1 x1

2 × x2 +единицпит ат ел ь ного ве щ ес т ваS2

 

 

1 x1

6 × x2 +единицпит ат ел ь ного вещ е с т ваS3

 

 

Т ак как с одерж ание пит ат е л ь ныхвещ ес т в S1 ,

S2 , S3 в рационе дол ж -

но быт ь не

ме нее, с оот ве т с т венно, 9, 8 и 12 е диниц, т о пол уч им с ис т ему

 

 

 

ì3x + x

 

³ 9

 

 

 

нераве нс т в:

 

ï

1

 

2

³ 8

 

(4)

 

íx1

+ 2x2

 

 

 

 

ïx

 

6 x

 

³+12×

 

 

 

 

 

î 1

 

 

2

 

 

 

 

 

К роме т ого, пе реме нны е x1 ³ 0 и x2 ³ 0

(5)

 

О бщ ая с т оимос т ь рационав рубл яхс ос т авит

= 4 1 + 6Fx2 (6)x

И т ак, мат емат ич ес кая модел ь задач и:

с ос т авит ь дневной рацион

= (X1, x2 )x, удовл ет воряю щ ийс ис т еме (4) и ус л овию

(5), при кот ором функ-

ция (6) принимает минимал ь ное знач е ние:

58

 

= (X1, x2 )x

 

 

 

ì

 

 

1

 

Fx2

®=xmin+ 4

6

ï

x3+ x

2

³

, 9

 

 

ï

1

 

 

, 8

 

 

ïx +

x2 ³

 

 

í

1

 

2

 

 

 

 

ïx +

x

2

³6

,

12

 

ï

1

 

. 0

 

 

ïx x , ³

 

 

î

1

2

 

 

 

 

 

Рас с мот рим графич е с киймет од ре ш е ния эт ойзадач и.

I.

Постр оение допустим ого м ножеств а р еш ений .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И з ус л овия x1 ³ 0 и

x2

³ 0 с л е дует , ч т о эт о I координат ная пл ос кос т ь.

1. И з нераве нс т ва3x1 + x2

³ 9 :

 

3x1 + x2

= 9 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

0

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

0,) - не подходит .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

9

 

0

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. И з нераве нс т ваx1 + 2x2

³ 8:

 

x1 + 2x2

= 8 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

0

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

0,) - не подходит .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

4

 

0

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. И з нераве нс т ваx1 + 6x2

³ 12 :

 

x1 + 6x2 = 12 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

0

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

0,) - не подходит .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А(

9,0)

 

 

,

 

D(

 

 

0,)

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Н айдем

 

координат ы

 

 

т оч ки

пе рес еч е ния

л иний

 

 

3x1 + x2

= 9

и

x1 + 2x2 =

ì3x + x

 

= 9

 

 

ìx

 

= 9 - 3x

 

 

 

 

 

 

ìx = 9 - 3x

 

 

ìx = 3

Þ B(

23,)

8 : í

x

1

 

 

2

= 8

Û í

x

2

(

1

x ) =+8

Û í 2

 

 

 

 

1

Û í

2

 

 

2

 

î

+ 2x

2

 

î

 

 

 

 

- 3 25x9- -10=

 

 

î

x =

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

î

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

5.

Н айдем

 

координат ы

 

 

т оч ки

пе рес еч ения

л иний

 

 

x1 + 2x2

= 8

и

x1 + 6x2 =

ìx + 2x

 

= 8

 

 

 

ìx = 8 - 2x

 

 

 

Û

 

ìx = 8 - 2x

 

 

 

ìx = 6

Þ B(

61,)

12 : í

 

1

+ 6x

2

=12

Û í

1

 

 

x

 

2

 

=-12

 

í 1

 

=24

 

2

Û í

1

= 1

 

î

x

2

 

 

î

 

 

 

 

x

2

+

 

648x

2

 

 

 

î

x

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

î

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВ С D - эт о допус т имое множ ес т во ре ш е ний.

59

II. Постр оение в ек тор а -гр а диента и л иний ур ов ней дл я цел ев ой

функ ции.

 

 

М ногоугол ь ник реш ений предс т авл яет

с обой неогранич енную мно-

гоугол ь ную обл ас т ь. П о рас пол ож ению

л иний уровня, например,

x1 + x2 = 12 4находим6

направл е ние вект ора-градие нт а(эт от вект ор указыва-

ет навозрас т ания л ине йной функции). О ч е видно, ч т о т оч каминимума– эт о т оч ка В , т ак как при дал ь не йш ем перемещ е нии л иний уровня в направл е нии вект ораградие нт азнач е ния л ине йнойфункции увел ич иваю т с я.

F = (grad46,) - показывает направл ение с корейш его возрас т ания це - л евойфункции.

III.Н а хождение оптим а л ьного р еш ения.

Д вигаемс я в направл ении, прот ивопол ож ном вект ору градие нт а.

Fmin F(В ) F(

)

= 26× + 3× 6 ==2

4 2,=3

Fmax = ¥ .

 

 

 

Г л а в а 9. Э л ем енты

теор ии в ер оятностей

 

Т еория вероят нос т ей –

мат емат ич е с кая

наука, изуч аю щ ая законо-

мернос т и с л уч айныхявл ений.

 

 

Знание закономернос т ей, кот оры м подч иняю т с я с л уч айны е явл е ния, позвол яет пре двидет ь , какэт и явл ения будут прот екат ь .

М ет оды т еории вероят нос т ей ш ироко применяю т с я в разл ич ны хоб- л ас т ях ес т ес т вознания и т ехники: т е ории надеж нос т и, т еоре т ич ес кой физике, ас т рономии и др. Т е ория вероят нос т ей с л уж ит т акж е дл я обос нова-

ния мат е мат ич ес кой и прикл аднойс т ат ис т ики, кот орая в с вою

оч е редь ис -

пол ь зует с я при пл анировании и организации производс т ва,

при анал изе

т е хнол огич ес кихпроце с с ов и дл я многихдругихцел е й.

 

§1. Основ ны е понятия.

И с пы та нием , или о пы то м , называет с я с овокупнос т ь ес т е с т венных ил и ис кус с т венны х ус л овий, в кот орых ож идает с я определ е нны й резул ь -

тат, с обыт ие.

Случа йно е с о б ы тие - эт о с обыт ие , кот орое в рамках данного опыт а

мож е т произойт и, амож е т и не произойт и.

До с то верно е с о б ы тие – эт о с обыт ие, кот орое в рамкахданного опы - т аобязат е л ь но произойдет .

Н ево зм о ж но е с о б ы тие - эт о с обыт ие , кот орое в рамках данного опыт апроизойт и не мож ет .

Событ ия А и В называю т с я с о вм ес тны м и, е с л и в рамках данного опыт аони могут произойт и одновременно. В прот ивном с л уч ае с обыт ия

нес о вм ес тны е.

Событ ия называю т с я ра вно во зм о ж ны м и, е с л и каж дое из них с т ол ь ж е вероят но, каки л ю бое другое .

60

Н е с кол ь ко с обыт ий называю т с я единс твенно во зм о ж ны м и, е с л и в резул ьт ат е ис пыт ания обязат е л ь но дол ж но произойт и хот я бы одно из них.

Д ва с обыт ия называю т с я про тиво по ло ж ны м и, ес л и не появл е ние одного из них вл е ч ет зас обой появл ение другого. Ес л и одно прот ивопо- л ож ное с обыт ие обознач ено ч ерез А, т о другое принят о обознач ат ь А .

Н е с кол ь ко с обыт ий образую т по лную группу, ес л и

они явл яю т с я

единс т венно возмож ными и не с овме с т ными ис ходами ис пыт ания.

§2. К л а ссическ ое опр едел ение в ер оятности

 

В еро ятно с ть– эт о ч ис л о, характ еризую щ е е с т е пень

возмож нос т и

появл е ния с обыт ия.

 

П ус т ь ис ходы некот орого ис пыт ания образую т пол ную

группу с обы -

т ий и равновозмож ны , т .е. единс т венно возмож ны, не с овме с т ны и равновозмож ны. Т акие ис ходы называю т с я э лем ента рны м и ис хо да м и.

В еро ятно с тью с о б ы тия А в кла с с ичес ко м

с м ы с л е называю т от но-

ш е ние ч ис л абл агоприят с т вую щ их эт ому с обыт ию

эл емент арны х ис ходов

к общ ему ч ис л у вс ехвозмож ных ис ходов. Вероят нос т ь с обыт ия А опре де -

л яе т с я формул ой: P( A) = mn ,

где n - ч ис л о вс ехвозмож ныхис ходов данного опыт а.

m - ч ис л о т ехис ходов, кот оры е бл агоприят с т вую т с обыт ию A .

Пр им ер 1.

Н айт и вероят нос т ь т ого, ч т о выбранное одно ч ис л о из множ ес т ва{1...30} явл яе т с я де л ит ел е м ч ис л а30.

Реш ение .

 

 

 

 

 

 

Запиш е м эл е ме нт арны е ис ходы с обыт ия А: {

30},...n =, 3,02,1.

 

М нож ес т во ис ходов бл агоприят ны хдл я А: {

30},

m15= ,8 .10Т огда, 6, 5,: 3, 2,1

Р (А)

m 8

 

4

≈ 26==0., =

 

 

n

 

 

 

 

30

15

 

 

 

 

 

 

 

И з

опре дел ения кл ас с ич ес кой ве роят нос т и выт екаю т

с л е дую щ ие

с войс т ва:

 

 

 

 

 

 

1.

В еро ятно с тьдо с то верно го с о б ы тия ра вна единице.

 

 

 

 

 

Е с л и с обыт ие дос т оверно, т о каж дыйэл е ме нт арны йис ход ис пыт ания

бл агоприят с т вует с обыт ию . Т огдаm = n и Р (А)

m

m =1. =

 

 

 

 

 

 

n

m

 

 

 

 

2.

В еро ятно с тьнево зм о ж но го с о б ы тия ра вна нул ю .

 

 

 

 

 

Е с л и с обыт ие невозмож но, т о ни один из эл емент арныхис ходов ис пы -

т ания не бл агоприят с т вует с обыт ию . В эт ом с л уч ае, m = 0 и Р (А)

m

 

0

== 0 .=

n

 

 

 

 

 

 

n

3.

В еро ятно с тьс л уча йно го с о б ы тия ес тьпо ло ж

ительно е чис ло , за клю -

 

ченно е м еж дунулем и единицей.

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]