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  • 7/29/2019 optimizacion UNED

    1/10

    Matemticas Avanzadas para la Economa Curso 2012/2013

    Manuel Snchez Snchez (UNED)

    Pgin

    a1

    Optimizacin sin restricciones en varias variables.

    Introduccin.

    Algunos problemas en economa reflejan la necesidad de elegir entre distintas

    alternativas.

    Por ejemplo, mientras los consumidores eligen entre un amplio conjunto de bienes, los

    productores eligen entre un conjunto de posibles inputs para producir una diversa

    variedad de diversos outputs.

    La economa formal al analizar todos estos tipos de problemas requiere unas tcnicas

    para identificar y caracterizar los valores extremos de las funciones en varias variables.

    Optimizacin clsica libre: Optimizacin sinrestricciones.

    En los problemas de optimizacin sin restricciones, las variables de decisin en

    principio pueden tomar cualquier valor. Sin embargo, en la prctica esta situacin no

    suele presentarse, ya que por la naturaleza de los problemas econmicos normalmente

    las variables deben verificar cierto nmero de restricciones.

    No obstante, hay que destacar que este tipo de problemas (sin restricciones) aparecen de

    forma natural en disciplinas como la Estadstica, la Econometra, etc.Otra razn para realizar el anlisis de esta clase de problemas se debe a que, en

    ocasiones, es posible abordar la resolucin de un programa con restricciones haciendo

    uso de las tcnicas propias de los programas sin restricciones. En este sentido hay que

    sealar que en algunos casos los programas con restricciones de igualdad son

    equivalentes a programas sin restricciones. Esto sucede cuando las restricciones nos

    permiten explicitar algunas de las variables de decisin y sustituirlas en la funcin

    objetivo.

    Optimizacin de funciones de dos variablesEn esta seccin vamos a desarrollar un procedimiento para encontrar los valores

    extremos de una funcin objetivo con dos variables de eleccin.

    En primer lugar estudiaremos como encontrar los extremos relativos de , (funcin de dos variables), que cuenta con la ventaja de ser representable grficamente.

    Posteriormente, podremos generalizar los resultados analticos para el caso de variables, que ya no es representable grficamente. Sin embargo, cualquiera que se el

    numero de variables, supondremos que, cuando est expresada en forma general,

    nuestra funcin objetivo posee derivadas parciales continuas, de cualquier orden. Esto

    nos asegurar la continuidad y la diferenciabilidad de la funcin objetivo, as como desus derivadas parciales.

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    Mat

    Ma

    ExSup

    cerrEn l

    o m

    Pues

    TeoSea

    acot

    A l

    abs

    emticas A

    uel Snch

    remos

    ngamos u

    do y acotasiguiente

    s baja que

    bien, el va

    ema del v

    , undo del pla

    . Existe acumpli

    . Existe ase cump

    s mxim

    lutos.Tam

    vanzadas

    z Snchez

    bsoluto

    a funcin

    o del planigura, se a

    l resto de l

    lor que to

    lor extre

    funcin c

    o X0Y.

    l menos un

    ndose que:

    l menos unlir que:

    s y mni

    bin se les

    ara la Ec

    (UNED)

    ontinuaX0Y.recia que

    os puntos.

    a la funci

    o: extrem

    ntinua de

    punto ,

    , punto ,

    ,

    os absolu

    llamaextr

    noma

    , de dxisten pun

    en dichos

    s absolut

    os variabl

    en D,

    , , , d

    , ,

    tos se les

    mos globa

    s variables

    os que tien

    puntos se

    s.

    s, definida

    onde al

    , onde alc

    ,

    denomina

    les.

    C

    definida e

    en su coor

    ice que es

    en un conj

    anza unm

    nza unm

    colectiva

    urso 2012/

    n un conju

    enada z m

    unextrem

    unto D cer

    ximo abs

    imo absol

    ente extr

    013

    nto D

    s alta

    .

    ado y

    luto,

    uto y

    emos

    Pgin

    a2

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    Mat

    Ma

    Habl

    corr

    Es n

    DeSeadice

    1

    sien,

    sien,

    A lo

    se le

    En l

    supe

    mni

    relat

    Y as

    l, e,

    emticas A

    uel Snch

    aremos de

    spondient

    cesario disti

    inicin

    , unaque:

    . La funci

    o los pun.. La funci

    o los pun

    .

    mximos

    denomina

    siguiente

    rficie, se a

    mos relati

    ivos; y en l

    si nos fija

    s decir qu) y cont

    vanzadas

    z Snchez

    mximos

    s sustituim

    nguir losex

    e extre

    funcin d

    n tiene u

    os , ln tiene

    os , l

    mnimos r

    xtremos lo

    figura repre

    precia clar

    os. As e

    s puntosmos, por ej

    estn con

    nido en el

    ara la Ec

    (UNED)

    y mnimo

    s los sign

    tremos abs

    mos rel

    finida en

    mximo rel

    os que est

    n mnimo r

    os que est

    lativos se l

    ales.

    sentamos l

    mente que

    n los pun , , emplo, en

    enidos en

    lano XOY

    noma

    absolutos

    s y plutosde los

    tivos

    n conjunt

    ativo en, n en el e

    lativo en, n en el e

    s llama col

    funcin pueden d

    os ,y, l punto Q,

    el disco a

    , tienen un

    estrictos,

    r >y

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    Mat

    Ma

    Anl

    una

    Para. R

    De

    Sea

    punt

    posi

    1

    A lo

    Cabenega

    emticas A

    uel Snch

    ogamenteota

    mas

    hallar los

    ecordemosno existinicin

    una funci

    o , ilidades:

    .0,

    . Al meno

    puntos cr

    preguntarsiva, pues c

    vanzadas

    z Snchez

    tiene un m

    baja que la

    xtremos r

    ue en fun

    , era un pun

    e punt

    n definida

    es un pun

    0 una de las

    icosse les

    : Todo puomo verem

    ara la Ec

    (UNED)

    nimo relati

    cota

    del

    lativos de

    iones de u

    o crtico. El

    s crtic

    n un conju

    to crtico

    0, 0 0erivadas:

    0, 0

    enomina ta

    to crtico es a contin

    noma

    o en , punto

    han de ina variable,

    lo es extensi

    s.

    to abierto

    de si en

    0, 0bin punto

    necesariaacin, un

    si ning

    , , .

    estigarse lo

    un punto

    ble a funcio

    que contie

    l se verifi

    estacionari

    ente un extunto crtico

    C

    n punto pr

    s llamados

    tal quees de dos v

    e a , ca una de l

    os.

    emo relativpuede no

    urso 2012/

    ximo a el

    untos crti 0ariables.

    . Se dice

    las dos sig

    ? La respuser ni mxi

    013

    tiene

    os de

    bien

    ue el

    ientes

    sta esmo ni

    Pgin

    a4

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    Mat

    Ma

    mni

    es ci

    Siento

    Eje

    Calc

    Solu

    Calc

    Vem

    Por t

    Hem

    El v

    Para

    cuad

    Y co

    Por t

    emticas A

    uel Snch

    o relativo,

    rto, como s

    Teoremla funcin

    ncesneces

    plo:

    lar los extr

    in:

    lemos los p

    os queanto, los ni

    os obtenido

    lor de parver si en

    rado en la fu

    ncluiremos,

    anto, tie

    vanzadas

    z Snchez

    sino un pu

    enuncia en

    : Los extre

    presentriamente

    mos relativ

    untos crtic

    y estncos puntos c

    el punto cr

    este punto

    l punto cr

    ncin,

    por esta exp

    , e un mnim

    ara la Ec

    (UNED)

    to de ensill

    el siguiente

    mos relativ

    en , l punto

    s de:

    ,

    s de:

    definidas (e

    rticos son a

    2

    tico (1,2).

    crtico estico (1,2,4):, resin, que

    44relativo en

    noma

    adura (o p

    teorema:

    s solo pued

    un extre, es un

    2

    2 2 xis en) para

    quellos en l

    2 0 4 0

    1,2 4.hay mxi

    1 ara todo ,

    1,2:

    nto de silla)

    en represe

    o relativ

    punto criti

    4 9

    24todo x y par

    s que las de

    1 2

    o o mni

    2 4 1,

    C

    . Sin embar

    tarse en pu

    , en una r

    code .

    a todo y.

    ivadas parci

    o relativo

    se cumpl, 2

    urso 2012/

    go, el recip

    ntos crtico

    egin abie

    ales sean n

    , complete

    e que:

    013

    oco si

    .

    ta R,

    las.

    os el

    Pgin

    a5

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    Mat

    Ma

    Notaderivcrtic

    Eje

    Hall

    SoluHall

    Se a

    en el

    Es d

    pued

    est,

    En l

    suce

    emticas A

    uel Snch

    : En este ejadas parcialo de otro tip

    plo:

    r los extre

    in:

    mos los pu

    recia que a

    punto (0,0).

    ecir, para (

    e ser un pu

    pues0,0siguiente fi

    e que:

    vanzadas

    z Snchez

    mplo el mes. Veamoso, en el que

    os relativos

    tos crticos:

    bas deriva

    ,0) las dos

    to crtico, s 2.gura se apre

    ara la Ec

    (UNED)

    imo relativa continuac o

    de

    ,

    as parciales

    derivadas p

    iempre que

    cia que0,

    ,

    noma

    ha sido unin, un mo estn defi

    2

    433x 43 estn defini

    arciales no

    para este v

    0 2, mie

    2

    punto crticimo relativnidas.

    y

    das en todo

    estn defini

    lor la est

    ntras para to

    2

    C

    en el queque se pre

    los puntos

    as (no exi

    definida. Y

    dos los rest

    urso 2012/

    e anulabansenta en un

    del plano, e

    ten). Lueg

    efectivam

    ntes puntos

    013

    mbaspunto

    cepto

    (0,0)

    nte lo

    ,

    Pgin

    a6

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    Mat

    Ma

    Por t

    La f

    0,0

    Nota

    parci

    En n

    Pun

    Algu

    sino

    supe

    Tene

    En el

    un e

    En

    arbit

    valo

    de si

    emticas A

    uel Snch

    anto, tiene

    ncin est

    . Su grafica

    : Resaltemo

    ales, o bien

    uestro ejem

    os de Silla (

    nos puntos

    puntos de sil

    ficie con un

    mos que:

    punto 0,0tremo relati

    fecto,,ariamente

    es negativo

    llade la sup

    vanzadas

    z Snchez

    un mximo

    efinida en t

    es la hoja s

    s que en un

    er nulas am

    lo no estaba

    o ensilladu

    rticos pue

    la (el nomb

    a silla de m

    ,

    las dos de

    o en0,0. lo

    rximos al

    en puntos

    rficie.

    ara la Ec

    (UNED)

    relativo en

    do punto y

    perior de u

    punto crtic

    bas.

    n definidas

    a)

    e suceder q

    e tiene su o

    ntar). Por ej

    ivadas parci

    que nos in

    origen. Per

    rbitrariame

    noma

    0,0.

    es continua

    cono.

    debe no es

    n0,0 nin

    ue no sean

    igen en el p

    emplo, la s

    2x 2

    ales son nul

    dica que0, te prximo

    en todo pun

    tar definida

    una de las

    i mximos

    arecido que

    perficie:

    as. A pesar

    , toma, lo queal origen.

    C

    o. Pero no

    al menos u

    os derivada

    elativos ni

    presenta el

    e ello, la f

    valores po

    nos seala

    or tanto, 0

    urso 2012/

    s diferencia

    a de las der

    parciales.

    nimos rel

    unto de sill

    ncin , nsitivos en

    que, ,0,0 es un

    013

    ble en

    ivadas

    tivos,

    de la

    tiene

    untos

    toma

    punto

    Pgin

    a7

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    Mat

    Ma

    Un e

    que:

    mxi

    Es d

    En l

    pod

    funci

    conv

    deriv

    Pero

    orde

    Co

    ext

    Dad

    (mx

    Pero

    expr

    emticas A

    uel Snch

    jemplo bien

    toda cima e

    mo absoluto

    cir, los pun

    s ejemplos

    n expresar

    ones ms c

    eniente inst

    adas segund

    previament

    en la bsq

    dicion

    remos d

    la funcin

    imo o mni

    0.al existir a

    sin es:

    vanzadas

    z Snchez

    intuitivo lo

    un mxim

    o global. L

    os crticos q

    anteriores

    cilmente

    mplicadas e

    umentar un

    as.

    , demostrar

    eda de valo

    s neces

    una fu

    , mo) exigeora dos va

    ara la Ec

    (UNED)

    tenemos si

    relativo o

    s desfilader

    ue no dan lu

    a sido fcil

    n forma de

    stas manipu

    procedimie

    mos formal

    es extremos

    rias (d

    ncin d

    la condici

    e nuevo al

    iables inde

    noma

    pensamos e

    local, pero s

    os de monta

    gar a valore

    obtener los

    cuadrado p

    laciones alg

    to analtico

    mente cuale

    de una fun

    e prim

    dos va

    n necesaria

    igual que e

    endientes

    la cordille

    olo la cima

    a son punt

    extremos s

    extremos r

    rfecto y ob

    braicas no

    ms potent

    s son las co

    in de dos

    r orde

    iables.

    de primer o

    n las funci

    e y, la

    C

    a del Himal

    mas elevad

    s de silla.

    n llamados

    lativos, pu

    ene concl

    on tan fcil

    , basado e

    diciones ne

    ariables.

    ) para

    rden para o

    nes de una

    es una dife

    urso 2012/

    laya. Y tend

    (el Everest

    puntos de s

    s veamos

    siones. Per

    s de hacer,

    el criterio

    cesarias de

    los val

    tener un e

    sola variabl

    rencial total

    013

    remos

    es el

    illa.

    ue se

    para

    y ser

    de las

    rimer

    res

    tremo

    e que

    cuya

    Pgin

    a8

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    9/10

    Mat

    Ma

    La c

    ,las d

    Lueg

    Inte

    En l

    rect

    pendtrav

    cero.

    Igual

    el p

    En s

    Es u

    mni

    emticas A

    uel Snch

    ndicin de

    mbos no nu

    s derivadas

    o la condici

    0pretacin

    siguiente fi

    tangente

    iente cero.s de M y p

    mente se da

    nto mnim

    ntesis: na condici

    o.

    vanzadas

    z Snchez

    primer orde

    los. Pero pa

    parcialesn de prime

    o lo que es

    eomtrica

    ura, se apr

    a travs d

    Igualmenteralela al pl

    n dos requis

    N:

    o la code prime

    ara la Ec

    (UNED)

    n 0, ea que la con

    y seorden es:

    gual

    e la condici

    cia que el p

    M y paral

    sucede conno YOZ (p

    itos de pend

    ndicin:orden, qu

    noma

    ige que ell

    dicin anulen sim

    0

    n de prim

    unto mxi

    la al plano

    0 enrmanecien

    iente cero e

    e es necesa

    sea asi pa

    0 se cumplltneament

    r orden

    oM de la fi

    OZ (perm

    el punto Mo la cons

    las rectas t

    ria tanto p

    C

    a valores ar

    , es necesar

    .

    ura neciendo la

    , pues la rante) tiene

    ngentes cu

    ra un mxi

    urso 2012/

    bitrarios de

    io y suficie

    nos seala

    constantecta tangentambin pen

    ndo estudi

    mo como p

    013

    yte que

    que la

    tiene

    adiente

    semos

    ra un

    Pgin

    a9

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    10/10

    Mat

    Ma

    Pero

    La c

    Ve

    As

    com

    enco

    cuan

    lo pr

    punt

    Pero

    tang

    supe

    resp

    Los

    la co

    Co

    segu

    orde

    emticas A

    uel Snch

    es condici

    ndicin de

    oslo geom

    n el punto

    la tienentramos co

    o lo conte

    oyectamos

    o de silla.

    aun existe

    ntes y ficieretocto al plano

    os ltimos

    ndicin de p

    o buscar

    ndo orden,

    n.

    vanzadas

    z Snchez

    n suficiente

    primer ord

    tricamente

    de la sigui

    pendiente

    la siguient

    plamos co

    obre el pla

    tro punto I,

    horizontal

    cida y tiXOZ, o res

    ontraejemp

    rimer orden

    la condici

    que est

    ara la Ec

    (UNED)

    ? Veamos q

    en es condi

    n el llamad

    ente figura,

    nula, pero e

    e situacin

    tra el fondo

    o YOZ. A

    como el se

    s, tampoco

    ne el carct

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