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Aufgabe:

Die Produktionsfunktion eines Herstellers laute

F(x1,x2)=12x12+62x1x2+9x22

Man bestimme die optimale Faktorkombination zu den Preisen 77 für den ersten Faktor und 94 für den zweiten Faktor, wenn ein Produktionsniveau von 5903 erzielt werden soll.

Wie hoch ist der Einsatz von Faktor x1?



Problem/Ansatz:


Nach Langrange habe ich 3 mal abgeleitet:


L´(x1) = 77 - λ(12 + 62x2)

L´(x2) = 94 - λ(62x1 + 18x2)

L´(λ) = 12x12 + 62x1x2 + 9x22 - 5903


nach dem Umformen kommt bei mir für


x1 = 2221/1922λ - 54/961

x2 = 77/62λ - 6/31


raus...


an sich hätte ich gedacht dass saubere Verhältnisse von λ herauskommen, also ohne die roten zahlen

Dann hätte ich x1 und x2 in die Nebenbedingung eingesetzt und hätte einen sauberen Wert für λ herausbekommen, den ich dann in x1 eingesetzt hätte. Aber mit meinen Werten für x1 und x2 kommt das nicht hin, bzw, wird zu kompliziert...

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Aloha :)

Die Kostenfunktion \(k\) soll unter der konstanten Nebenbedingung \(f\) optimiert werden:$$k(x;y)=77x+94y\quad;\quad f(x;y)=12x^2+62xy+9y^2\stackrel!=5903$$

Nach Lagrange muss im Extremum der Gradient der zu optimierenden Funktion eine Linearkombination der Gradienten aller konstanten Nebenbedingungen sein. Da es hier nur eine Nebenbedingung gibt, lautet die Lagrange-Forderung:$$\operatorname{grad}k(x;y)=\lambda\cdot\operatorname{grad}f(x;y)\implies\binom{77}{94}=\lambda\binom{24x+62y}{62x+18y}$$Die beiden Gradienten müssen kollinear zueinander sein, das ist genau dann der Fall, wenn sie keine Ebene aufspannen bzw. wenn ihre Determinante verschwindet:$$0\stackrel!=\operatorname{det}\begin{pmatrix}77 & 24x+62y\\94 & 62x+18y\end{pmatrix}=77(62x+18y)-94(24x+62y)=2518x-4442y\implies$$$$y=\frac{2518}{4442}\,x=\frac{1259}{2221}\,x$$

[Einschub]

Wenn ihr noch keine Determinanten hattet, kannst du den Lagrange-Multiplikator \(\lambda\) auch loswerden, indem du die Gleichung der 1-ten Koordinate durch die der zweiten Koordinate dividierst:$$\frac{77}{94}=\frac{\lambda\cdot(24x+62y)}{\lambda\cdot(62x+18y)}=\frac{12x+31y}{31x+9y}\implies\cdots$$Du erhältst dann natürlich dasselbe Verhältnis wie mit der Determinanten-Methode.

[Einschub Ende]

Diese Lagrange-Forderung setzen wir in die Nebenbedingung ein:$$5903\stackrel!=12x^2+62x\cdot\frac{1259}{2221}\,x+9\left(\frac{1259}{2221}\,x\right)^2\approx50,03742042\,x^2$$Da nur \(x\ge0\) sinnvoll ist, erhalten wir als Lösung:$$x\approx\pm\sqrt{\frac{5903}{50,03742042}}\approx10,861478\quad;\quad y=\frac{2518}{4442}\,x\approx6,1569568$$

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Bei mir wäre es dann der Weg ohne Determinanten-Methode um auf die Verhältnisse von x und y zu kommen. Bis dahin kann ich folgen. Wenn Wir dann also (ob jetzt mit oder ohne Determinanten) unsere Verhältnisse


y = (2518/4442) • x

und

x = (1259/2221) • x haben

Nur den letzten Schritt "Diese Lagrange-Forderung setzen wir in die Nebenbedingung ein" verstehe ich dann nicht mehr.


Du hast in die Nebenbedingung an den Stellen für y dann x eingesetzt, sodass du auf den Wert 50,03742042 x2 kommst. Warum das, ich hätte dort y eingesetzt.


und den vorletzten Schritt, in dem du den genauen Wert für x bestimmst, verstehe ich dann auch nicht mehr: Warum nimmst du hier die Wurzel von Produktionsniveau/50,03742042 ? Wo dieser Schritt herkommt, kann ich mir gerade auch nicht erklären.


Aber Danke für deine Antwort!

Du hast in die Nebenbedingung an den Stellen für y dann x eingesetzt, sodass du auf den Wert 50,03742042 x2 kommst. Warum das, ich hätte dort y eingesetzt.

Nicht ganz, ich habe \(y=\frac{1259}{2221}\cdot x\) in die Nebenbedingung eingesetzt, damit wir das \(y\) als Variable loswerden und nur noch \(x\) übrig bleibt.

und den vorletzten Schritt, in dem du den genauen Wert für x bestimmst, verstehe ich dann auch nicht mehr: Warum nimmst du hier die Wurzel von Produktionsniveau/50,03742042 ? Wo dieser Schritt herkommt, kann ich mir gerade auch nicht erklären.

Nachdem ich \(y=\frac{1259}{2221}\cdot x\) in die Nebenbedingung eingesetzt habe, erhalte ich:$$50,03742042\,x^2=5903$$Diese Gleichung habe ich nach \(x\) umgestellt:$$x=\sqrt{\frac{5903}{50,03742042}}\approx\cdots$$

okay, jetzt versteh ich es, hab mich verlesen..Vielen Dank dir!

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