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Aufgabe:

Die Produktionsfunktion eines Herstellers laute

(x,y)=17^2+67xy+17y^2
Man bestimme die optimale Faktorkombination zu den Preisen 73 für den ersten Faktor und 84 für den zweiten Faktor, wenn ein Produktionsniveau von 5786 erzielt werden soll.

Wie hoch sind in diesem Fall die minimalen Kosten?


Problem/Ansatz

kann mir dabei jemand helfen ?

Hauptfunktion müsste f(xy)= 73x+84y sein?

Nebenfunktion: 17x^2+67xy+17y^2=5786

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Aloha :)

Deine ersten Überlegungen stimmen. Es soll die Funktion \(f(x;y)\) unter einer konstanten Nebenbedingung \(g(x;y)\) optimiert werden:$$f(x;y)=73x+84y\quad;\quad g(x;y)=17x^2+67xy+17y^2\stackrel!=5786$$

Nach Lagrange muss der Gradient der zu optimierenden Funktion eine Linearkombination der Gradienten aller Nebenbedingungen sein. Da hier nur eine Nebenbedingung vorliegt heißt das:$$\operatorname{grad}f(x;y)=\lambda\cdot\operatorname{grad}g(x;y)\quad\implies\quad\binom{73}{84}=\lambda\binom{34x+67y}{34y+67x}$$Wegen des Lagrange Multiplikators \(\lambda\ne0\) sind die beiden Gradienten parallel oder antiparallel zueinander gerichtet, d.h. sie spannen keine Fläche auf, sodass ihre Determinante null wird:

$$0=\left|\begin{array}{rr}73 & 34x+67y\\84 & 34y+67x\end{array}\right|=(2482y+4891x)-(2856x+5628y)=2035x-3146y$$$$\implies3146y=2035x\implies y=\frac{2035}{3146}x\implies \underline{\underline{y=\frac{185}{286}x}}$$

Damit ist das Optimierungsproblem gelöst. Zur Bestimmung der Werte setzen wir die soeben gefundene Beziehung in die Nebenbedingung ein:

$$5786=g\left(x;\frac{185}{286}x\right)=\frac{5\,517\,327}{81\,796}x^2\implies x^2=\frac{81\,796\cdot5786}{5\,517\,327}=85,77915646$$$$\implies x=9,261704\implies y=5,990962\implies \boxed{f_\text{min}=1179,35}$$

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