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I1. Finde die Lösung des Optimierungsproblems
\( f(x, y)=x^{2}+y^{2} \rightarrow \min \quad \text { unter der NB: } \quad 4 x-3 y=25 \)
mit der Methode von Lagrange.
i. Skizziere Niveaulinien der Funktion \( f \) und zeichne alle Punkte, die die Nebenbedingung erfüllen!
ii. Zeichne im Lösungspunkt \( P \) den Gradientenvektor der Zielfunktion \( \left.\operatorname{grad} f\right|_{P} \) und den Gradientenvektor der Nebenbedingungsfunktion \( \left.\operatorname{grad} g\right|_{P} \)

Aufgabe: könnt ihr mir bei ii) helfen?

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Aloha :)

Nach Lagrange muss der Gradient der zu optimierenden Funktion$$f(x;y)=x^2+y^2$$eine Linearkombination der Gradienten aller konstanten Nebenbedingungen sein$$g(x;y)=4x-3y\stackrel!=25=\text{const}$$

Da er hier nur eine Nebenbedingung gibt, heißt das:$$\operatorname{grad}f(x;y)=\lambda\cdot\operatorname{grad}g(x;y)\implies\binom{2x}{2y}=\lambda\cdot\binom{4}{-3}$$Der Lagrange-Multiplikator \(\lambda\) darf nicht Null sein, denn sonst hätten wir die Nebenbedingung ignoriert. Daher können wir ihn loswerden, indem wir die Gleichung für die erste Koordinate durch die Gleichung für die zweiten Koordinate dividieren:$$\frac{2x}{2y}=\frac{\lambda\cdot 4}{\lambda\cdot(-3)}\implies\frac xy=-\frac43\implies\pink{x=-\frac43y}$$

Die pinke Lagrange-Bedingung setzen wir in die Nebenbedingung ein:$$25=4\pink x-3y=4\cdot\left(\pink{-\frac43y}\right)-3y=-\frac{25}{3}y\implies y=-3$$

Damit haben wir das Minimum bei \(\,M(4|-3)\,\) gefunden.

Im nächsten Teil sollst du nun zeichnen. Das kann WolframAlpha besser als ich:

https://www.wolframalpha.com/input?i=optimize+x%5E2%2By%5E2+where+4x-3y%3D25

Avatar von 149 k 🚀
Im nächsten Teil sollst du nun zeichnen. Das kann WolframAlpha besser als ich:

Desmos finde ich noch besser, da interaktiv: Verschiebe den Punkt \(X\) mit der Maus. Wo zeigen die beiden Vektoren \(\operatorname{grad}f\) (rot) und \(\operatorname{grad}g\) (schwarz gestrichelt) in die gleichen Richtung ?


Skizziere Niveaulinien der Funktion \( f \) ...

das sind die Kreise ...

... und zeichne alle Punkte, die die Nebenbedingung erfüllen

das ist die rote Gerade

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