may05119
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 ÷ |
1-ç1 |
|
|
-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 +ì5x = 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. |
|
|
|
|
|
|