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Aufgabe:

f(x,y) = $$e^{x-2*y}$$

Bestimmen Sie die Extremstellen der Funktion unter der Nebenbedingung
x^2 + y^2 = 4

mithilfe der Lagrange Multiplikatoren


Problem/Ansatz:

Mein Ansatz war dass ich die Lagrange funktion bilde also:

$$e^{x-2*y} + z*x^2 + z*y^2 - 4*z$$

Dann hab ich die erste Ableitung von der lagrange funktion bestimmt:

$$Lx = e^{x-2y} + 2*z*x$$

$$Ly = -2*e*{x-2*y} + 2*z*y$$
$$Lz = x^2 + y^2 - 4$$


(für z = lambda)


Nun muss ich dies alles gleich 0 setzen und das gleichungssystem lösen um die extrempunkte zu lösen. Nur leider hängts bei mir da weil ich net weiß wie ich das jetzt auflösen soll.

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Aloha :)

Du verwendest den Lagrange-Formalismus in der schlimmstmöglichen Form. Die Lagrange-Funktion verschleiert das Wesentliche. Du sollst ja auch die Lagrange-Multiplikatoren, nicht die Lagrange-Funktion verwenden.

Wir sollen eine Funktion \(f\) unter einer konstanten Nebenbedingung \(g\) optimieren:$$f(x;y)=e^{x-2y}\quad;\quad g(x;y)=x^2+y^2=4$$

Nach Lagrange muss der Gradient der zu optimierenden Funktion proportional zum Gradient der Nebenbedingung sein, der Proportionalitätsfaktor \(\lambda\) ist der Lagrange-Multiplikator:

$$\operatorname{grad}f(x;y)=\lambda\operatorname{grad}{g(x;y)}\quad\implies\quad\binom{e^{x-2y}}{-2e^{x-2y}}=\lambda\binom{2x}{2y}$$Wir dividieren die Gleichung für die erste Koordinate durch die für die zweite Koordinate:

$$\frac{e^{x-2y}}{-2e^{x-2y}}=\frac{\lambda\cdot 2x}{\lambda\cdot 2y}\quad\implies\quad-\frac{1}{2}=\frac{x}{y}\quad\implies\quad y=-2x$$

Diesen Befund setzen wir nun in die Nebenbedingung ein:$$4\stackrel!=x^2+y^2=x^2+4x^2=5x^2\implies x=\pm\frac{2}{\sqrt5}\implies y=-2x=\mp\frac{4}{\sqrt{5}}$$

Die beiden Extremstellen sind also:$$E_1\left(-\frac{2}{\sqrt5}\,\bigg|\,\frac{4}{\sqrt5}\right)\quad;\quad E_1\left(\frac{2}{\sqrt5}\,\bigg|\,-\frac{4}{\sqrt5}\right)$$

Avatar von 148 k 🚀

ahhh vielen dank. Hab in den vorlesungsvideos nur die gleichungssystemvariante kennengelernt aber wenn das viel einfacher und übersichtlicher funktioniert, mach ichs natürlich gerne auf diese Weise ;)

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