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Aufgabe:

Die Produktionsfunktion eines Unternehmens lautet

(x,y)=5^2+80xy+5y^2


wobei und y die eingesetzten Mengen der beiden Produktionsfaktoren und bezeichnen. Die Kosten der Produktionsfaktoren betragen pro Mengeneinheit 95 bzw. 53 Geldeinheiten. Vom Endprodukt sollen 6555 Mengeneinheiten gefertigt werden. Für die Produktionskosten in Abhängigkeit von den eingesetzten Mengen der beiden Produktionsfaktoren und existiert unter dieser Nebenbedingung im ersten Quadranten genau eine lokale Extremstelle. Ermitteln Sie die folgenden Größen:

a. Bei welcher Menge von werden bei einem Output von 6555 ME die Kosten minimal?

b. Bei welcher Menge von y werden bei einem Output von 6555 ME die Kosten minimal?

c. Welchen Wert hat der Lagrange-Multiplikator im Kostenminimum?


d. Wie lautet das kostenminimale Faktoreinsatzverhältnis der beiden Produktionsfaktoren und y?

e. Wie hoch sind die Produktionskosten (1,2) im Optimum?


Problem/Ansatz:

Ich komme bei

a. auf 5,72

b. auf 12,3

d. auf 0,47

e. auf 1195,89

Leider weiß ich nicht wie man auf c. kommt!

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Steht bei der Funktion 52 oder 5x2 ?

Entschuldigung: 5x^2

Bei den Fragen a und d fehlt glaubs jeweils ein Buchstabe. Im Titel auch, aber der Titel hat eh nichts mit Frage c zu tun.

3 Antworten

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Deine Antworten sind richtig. Ich nehme aber mal an du hast es nur von einem Onlinerechner lösen lassen und nicht per Hand über Lagrange oder

https://www.wolframalpha.com/input/?i=minimize+95x%2B53y+with+5x%5E2%2B80xy%2B5y%5E2%3D6555

Könntest du denn etwas an eigener Rechnung nachweisen? Kannst du die Lagrange-Funktion selber aufstellen?

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Lagrange Funktion: 95x+53y+λ*(5x^2+80xy+5y^2-6555)

Prima. Das ist richtig.

L(x, k, λ) = 95·x + 53·y + λ·(5·x^2 + 80·x·y + 5·y^2 - 6555)

oft auch

L(x, k, λ) = 95·x + 53·y - λ·(5·x^2 + 80·x·y + 5·y^2 - 6555)

Je nachdem welche Version du benutzt bekommst du ein anderes Vorzeichen für λ heraus. Meist wird in den Aufgaben nach dem Betrag gefragt. Bei dir offensichtlich nicht. Dann würde ich mit dem Minus rechnen. Dann sollte λ positiv werden.

Könntest du diese Funktion jetzt nach x Ableiten und die Ableitung gleich Null setzen? Dann könntest du ja auch x und y einsetzen und das nach λ auflösen.

Ich nehme an das bekommst du hin oder?

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Lagrange Funktion: 95x + 53y + λ*(5x2+80xy+5y2-6555)

\( \frac{dL}{dx} \) = 95 + 10 x λ + 80 y λ = 0

\( \frac{dL}{dy} \) = 53 + 80 x λ + 10 y λ = 0

\( \frac{dL}{dλ} \) = 5x2 + 80xy + 5y2 - 6555 = 0


⇒ λ = - 0,0912198... = - \( \frac{\sqrt{12871398}}{39330} \)

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Aloha :)

Die Kostenfunktion \(K(x,y)\) soll unter der Nebenbedinngung \(g(x,y)\) optimiert werden:$$K(x,y)=95x+53y\quad;\quad g(x,y)=5x^2+80xy+5y^2-6555\equiv0$$

Nach Lagrange muss der Gradient der zu optimierenden Funktion eine Linearkombination der Gradienten aller Nebenbedingungen sein. Hier gibt es nur eine Nebenbedingung und daher auch nur einen Lagrange-Multiplikator \(\lambda\):$$\operatorname{grad}K(x,y)=\lambda\cdot\operatorname{grad}g(x,y)\quad\Longleftrightarrow\quad\binom{95}{53}=\lambda\binom{10x+80y}{80x+10y}$$Beide Vektoren müssen also kollinear sein, d.h. ihre Determinante muss null sein:$$0\stackrel!=\begin{vmatrix}95 & 10x+80y\\53 & 80x+10y\end{vmatrix}=95(80x+10y)-53(10x+80y)=7070x-3290y\implies$$$$y=\frac{7070}{3290}\,x=\frac{707}{329}\,x=\frac{101}{47}\,x$$

Wir setzen diese Erkenntnis in die Nebenbedingung ein:$$6555=5x^2+80x\cdot\frac{101}{47}\,x+5\left(\frac{101}{47}\,x\right)^2=\frac{441\,810}{47^2}\,x^2$$Da es keine negativen Produktionsmengen gibt, kommt nur die positive Wurzel als Lösung in Frage:

$$x=\sqrt{\frac{6555\cdot47^2}{441\,810}}\approx\boxed{5,72488062}\quad;\quad y=\frac{101}{47}x\approx\boxed{12,30240304}$$

Der Lagrange-Multiplikator lautet damit:$$\lambda=\frac{95}{10x+80y}=\frac{95}{1\,041,44105}\approx\boxed{0,09121976}$$Das gesuchte Verhältnis der Komponenten im Kostenminimum haben wir oben aus der Determinate erhalten:$$\frac{y}{x}=\frac{101}{47}\approx\boxed{2,148936}\quad;\quad\frac{x}{y}=\frac{47}{101}\approx\boxed{0,465347}$$

Als Produktionskosten im Optimum haben wir schließlich:$$K(5,7249|12,3024)=\boxed{1195,89}$$

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