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拉[拼音:lā]格朗日乘子法例题高中数学 拉格朗日乘子法几何意义?

2025-03-23 22:07:19Open-SourceComputers

拉格朗日乘子法几何意义?谢邀:今晚太累了,先整理这么多,后期我会对其修改,在求解最优化问题中,拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)和KKT(Karush Kuhn Tucker)条件是两种最常用的方法

拉格朗日乘子法几何意义?

谢邀:今晚太累了,先整理这么多,后期我会对其修改,

在求解最优化问题中,拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)和KKT(Karush Kuhn Tucker)条件[练:jiàn]是两种最常用的方法。在有等式约束(pinyin:shù)时使用拉格朗日乘子法,在有不等约《繁:約》束时使用KKT条件。

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  我们这里提到的最优化问题通常是指对于给定的某一函数,求其在指定作用域上的全局最小值#28因为澳门威尼斯人最小值与最大值可以很容易转化,即最大值问题可以转化成最小值问题#29。提到KKT条件一般会附带的de 提一下拉格朗日乘子。对学过高等数学的人来说比较拉格朗日乘子应该会有些印象。二者均是求解最优化问题的方法,不同之处在于应用的情形不同。

一般情{读:qíng}况下,最优化问题会碰到一下三种情况:

(1)无约束条件(读:jiàn)

  这是最简单的情况,解开云体育决方法通常是函数对变量求导,令求导函数等于0的点可能是极值点。将结果带回原函数[繁体:數]进行验证即可。

(2)等式约(繁体:約)束条件

设目标函数为《繁:爲》f#28x#29,约束条件为h_k#28x#29,形如:

  s.t. 表示subject to ,“受限于”的意思,l表示有l个约束条[繁体:條]件。

   则解决方法(练:fǎ)是消元法或者拉格朗日法。消元法比较简单不在赘述,这里主要【pinyin:yào】讲拉格朗日法,因为后面提到的KKT条件是对拉格朗日乘子法的一种泛化[练:huà]。

   例如给定椭(繁:橢)球:          

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   求这个椭球的内接长方体的最大体积。这个问题实际上就是条件极值问题,即在条件 下,求的最大值。

   当然这《繁:這》个问题实际可以先(xiān)根据条件消去 z #28消元法#29,然后带入转化为无条件极值问题来处理。但是有时候这样做很困难,甚至是做不到的,这时候就需要用拉格朗日乘数法了。

   首先定义拉格朗日rì 函数F#28x#29:   

( 其中(拼音:zhōng)λk是各个约束条件的待(拼音:dài)定系数。)

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然后世界杯解变量的de 偏导方程:     

......

   如果有l个约束条件,就应该亚博体育有l 1个(繁体:個)方程。求出的方程组的解就可能是最优化值(高等数学中提到的极值),将结果带回原方程验证就可得到解。

澳门金沙   回到上面的题目,通[拼音:tōng]过拉格朗日乘数法将问题转化为    

   对

求偏导得到(拼音:dào)    

   联立前面(繁体:麪)三个方程得到和,带入第四个方程解之   

   带入解得最大dà 体积为:   

   至于为什(读:shén)么这么做可以求qiú 解最优化?维基百科上给出了一个比较好的直观解释。

 举个二维最优化(读:huà)的例子:

世界杯下注

     min f#28x,y#29

      s.t. g#28x,y#29 = c

  这【练:zhè】里画出z=f#28x,y#29的等高线(函数登高线定义见百度百科):

                    

绿线标出的是约束g#28x,y#29=c的点的轨迹。蓝线是f#28x,y#29的等高线。箭头表示斜率,和等高线的法线平(pinyin:píng)行。从梯【pinyin:tī】度的方向上来看,显然有d1

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