Реферат по предмету "Математика"


Будування математичної моделі економічної задачі і розвязання її за допомогою графічного метода

Практичне завдання з математичного програмування
Будування математичної моделі економічної задачі і розв'язання її за допомогою графічного метода, методів Жордана-Гаусса, потенціалу та симплекс-метода
Завдання 1
Два вироби В1і В2обробляються послідовно на двох верстатах. Кожен виріб типу В1потребує 1 год. для обробки на І-му верстаті, 2 год. — на ІІ-му і А = 5^(1/2) = 2,236068 год. — на ІІІ-му. Кожен виріб типу В2потребує 2 год. для обробки на І-му верстаті, А = 5 год. — на ІІ-му і 3 год. — на ІІІ-му. Час роботи на І-му верстаті не повинен перевищувати 10*5 = 50 год., на ІІ-му — 15*5 = 75 год., на ІІІ-му — 50 год.
Необхідно:
Скласти план виробництва при максимальному прибутку, якщо відомо, що продаж одного виробу типу В1приносить прибуток 5 грн, а типу В2— 3 грн.
Для цього:
1). Побудувати математичну модель задачі лінійного програмування.
2). Звести дану задачу до канонічного вигляду.
Розв'язок
Введемо умовні позначення:
·кількість змінних задачі (типів виробів) — n = 2;
·змінні задачі оптимізації: х1— кількість виробів типу В1, х2— кількість виробів типу В2;
·кількість обмежень-нерівностей (верстатів) — m = 3;
·коефіцієнти аijобмежень-нерівностей (час обробки виробів j на верстатах i): а11= 1, а21= 2, а31= 2,236068; а12= 2, а22= 5, а32= 3;
·праві частини bі обмежень-нерівностей (максимальний час роботи і-го верстату) — b1= 50, b2= 75, b3= 50;
· коефіцієнти сj цільової функції Z (прибуток), що максимізується — с1 = 5, с2 = 3.
Одиниці вимірювання ті самі, що й в умові завдання.
1. Отже, використовуючи наведені вище дані, сформулюємо вихідну математичну модель задачі лінійного програмування: знайти кількості х1, х2 виробів В1, В2 такі, що максимізували б прибуток (цільову функцію)
Z = с1х1 + с2х2 → max
за обмежень на час роботи верстатів
/>а11х1 + а12х2≤ b1
а21х1 +а22х2 ≤ b2
а31х1 +а32х2 ≤ b3
і, звісно, додатних значеннях змінних задачі — хі ≥ 0, і = 1, 2.
Підставляючи сюди вихідні дані, отримаємо шукану модель (1):
/>х1 +2х2≤ 50,
2х1 +5х2 ≤ 75, (1)
2,236068х1 +3х2 ≤ 50;
Z = 5х1+ 3х2→ max.
2.Аби звести дану задачу до канонічного (стандартного) вигляду
Z = СХ → mах; АХ = В; Х ≥ 0, (2)
введемо допоміжні (балансові) змінні х3,4,5 ≥ 0, які представляють собою різниці між максимальним і фактичним (знайденим в результаті розв'язку задачі оптимізації) часом роботи кожного з трьох верстатів. Тоді й отримаємо нашу задачу в канонічному вигляді (2), де:
Х = { хі}, і = 1 ÷n = 5,
С = (5, 3, 0, 0, 0),
/>1 2 1 0 0
А = 2 5 0 1 0
2,236068 3 0 0 1
В = (50, 75, 50).
Як бачимо, вихідна задача максимізації цільової функції Z в нормальній формі (1) набула канонічного вигляду (2) за рахунок перетворення обмежень-нерівностей на обмеження-рівності шляхом введення балансових змінних.
Завдання 2
Розв'язати задачу лінійного програмування, сформульовану в Завданні 1, графічним методом:
Z = 3x1+ 2x2→ max
/>2х1+ х2≤ 4,
х1+ 2х2≤ 5, (1)
х1≥ 0, х2≥ 0.
Розв'язок
Використовуючи крайні значеннязнаків ≤ обмежень несуворих нерівностей, тобто знаки =, побудуємо такі три графіки:
1) х1= — x2/2 + 2,
2) х1= -2x2+ 5,
3) x1= Z — 2x2/3
Ці графіки показані на рис. 1, на якому многокутник розв’язків, як видно, обмежений знизу (оскільки в системі обмежень (1) фігурують знаки ≤) тільки додатною чвертю декартової системи х1,2≥ 0.
На цьому рисунку цільова функція показана штриховою лiнiєю, яка, залежно від величини Z, може переміщуватися паралельно сама собі. Стрілкою з буквою n на рис. 1 позначений напрямок градієнта цільової функції (тобто напрямок збільшення Z). Зрозуміло, що її максимум знаходиться в точці перетину ліній обмежень 1) і 2), в якій х1= 1 > 0, х2= 2 > 0. Це й є графічний розв'язок задачі. При цьому цільова функція буде мати таке значення:--PAGE_BREAK--
Z = 3*1 + 2*2 = 7.
/>

Рисунок 1. Графік до розв’язання Завдання 2
Завдання 3
Розв'язати систему лінійних рівнянь методом повного виключення змінних (метод Гаусса) з використанням розрахункових таблиць:
/>2х1+ х2— х3— х4= 2
4х1+ х3— 7х4= 3
2х1— 3х2+ х4= 1
Розв'язок
Взагалі кажучи, ця недовизначенасистема може або мати безліч розв'язків, або не мати жодного (тобто бути несумісною). Для з'ясування цього застосуємо метод Гаусса (точніше, Жордана-Гаусса), який реалізуємо у вигляді таблиць 2 – 4. В таблиці 1 вміщені вихідні дані.
Таблиця 1. Вихідна матриця системи
А1
А2
А3
А4
В
2
1
-1
-1
2
4
1
-7
3
2
-3
1
1
Згідно методу Жордана-Гаусса, провідний елемент arsзамінюємо одиницею, решту елементів провідного (r-го) рядка ділимо на провідний елемент ars, а решту елементів провідного (s-го) стовпчика замінюємо нулями. Елементи, які не належать до провідного рядка або стовпчика, обчислюються за правилом прямокутника:
a'ij= aij— aisarj / ars, (1)
b'i= bi— aisbr / ars, (2)
j = 1, …, n = 4, і ¹r,
i = 1, …, m = 3, j ¹s,
де ars— провідний елемент (у наших таблицях підкреслений). Розрахунки за формулами (1), (2) зведемо в наступні таблиці, послідовно вибираючи провідними діагональні елементи матриці А.
На першому кроці провідним вибираємо елемент а11.
Таблиця 2. Перший крок методу
А1
А2
А3
А4
В
1
0,5
-0,5
-0,5
1
-2
3
-5
-1
-4
1
2
-1
На другому кроці провідним вибираємо елемент а22 = -2.
Таблиця 3. Другий крок методу
А1
А2
А3
А4
В
1
0,25
-1,75
0,75
1
-1,5
2,5
0,5
-5
12
1
Далi, в третьому рiвняннi провідним вибираємо елемент а33 = -5.
Таблиця 4. Третій крок методу з провідним а33
А1
А2
А3
А4
В
1
-1,15    продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
AТ4
1
AТ2
5
3
2
1
1
2
AТ4
-4
-3
-2
1
Dk
15
2
5
Як бачимо, тепер до базису «проситься» вектор АТ1. Оскільки D1 = 2 > 0, то в даному випадку треба шукати Оо6 = mіn (3/2 = 1,5; -4/-3 = 1,3333333) = 1,3333333; отже, j = 4 і з базису виключається вектор A4. Тепер на місце вектора АТ4 вводимо вектор АТ1 та знову робимо перерахунок системи в таблиці 5 за методом Жордана-Гаусса, взявши за провідний елемент а12 = -3.
Таблиця 6. Третій крок симплекс-методу
i
Б
Вб
bk
4
5






A0
AТ1
AТ2
AТ3
AТ4
1
AТ2
5
0,33333
1
-0,33333
0,66667
2
AТ1
4
1,33333
1
0,66667
-0,33333
Dk
7
1
2
Таким чином, на даному кроці симплекс-метода всі значення Di≥ 0, отже ми отримали таке рушення задачі: Y = (1,33333; 0,33333; 0; 0;) ≥ 0 з цільовою функцією
Z'mіn= 4* 1,33333+ 5* 0,33333 = 7.
Безпосередня підстановка цього рішення у вихідну систему підтверджує його правильність:
2*1,33333 + 0,33333 + 0 = 3,
1,33333 + 2*0,33333 + 0 = 2.
Як бачимо, дійсно, значення цільових функцій прямої Z і двоїстої Z' задач в оптимальній точці співпадають. Крім того, розв'язок двоїстої до даної – прямої задачі (див. п. 4.1) – можна знайти за останньою симплексною таблицею 6: останні m компонентів вектора Dсимплекс-різниць — D3≡ х1= 1 і D4≡ х2= 2 — є оптимальним рішенням двоїстої (вихідної) задачі. Те саме можна сказати про рішення прямої задачі: оптимальні розв'язки двоїстої (спряженої) задачі виявилися в останніх m компонентах вектора Dв таблиці3.
Економічна інтерпретація отриманого розв'язку спряженої задачі полягає в тому, що в цій задачі коефіцієнти B = (b1, b2) цільової функції виручки Z' = BY (в грн) мають розмірність об'ємів виробництва продукції типів Іта ІІ, а змінні Y = (у1, у2) — розмірність вартості (в грн) одиниць цих продуктів. Отже, тепер ми знаємо, як зміна вартості одиниці того чи іншого продукту вплине на виручку підприємства.
В прямій задачі — все навпаки: коефіцієнти С = (с1, с2) цільової функції виручки Z = СХ (в грн) мають розмірність вартості (в грн) одиниць продукції типів Іта ІІ, а змінні Х = (у1, у2) — розмірність об'ємів виробництва цих продуктів. Отже, за розв'язком прямої задачі оптимізації ми знаємо, як зміна об'єму виробництва того чи іншого продукту вплине на виручку підприємства.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.