最適化・線形計画法の問題
実数 についての次の線形計画問題 を考える。
その双対問題は、実数 についての
である。 の最適解が であることが分かっているとき、相補性条件を用いて の最適解 を求めよ。
この問題で使うもの
- 相補性条件(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(50 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 三角形の角の大きさ
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 小数の四則計算
- 分数のたし算・ひき算
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 正負の数の加法・減法
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 三角形・四角形の面積
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 相似な三角形と長さの比
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 平行線と線分の比
- 2点間の距離と内分点・外分点
- 比例・反比例の式とグラフ
- 関数 の式と変域
- 因数分解
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 円の方程式
- 連立方程式の解き方(加減法・代入法)
- 1 次関数の式の求め方
- 直線の方程式
- 不等式の表す領域
- 点と直線の距離
- 2 次不等式
- 円と直線の位置関係と弦の長さ
- 2直線の平行・垂直
- 円の接線
- 領域における最大・最小
- ベクトルの演算と成分
- 行列の和・積と 2 次の逆行列
- 線形計画問題の定式化と標準形
- 双対問題と双対定理
- 相補性条件
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
相補性条件を使います。主の各制約に余裕があるか、主変数が正かどうかを調べましょう。
ヒント 2
なら双対の第 制約は等号、主の第 制約が真の不等号なら です。
ヒント 3
なので 。 から と が成り立ちます。
答えと解説
答えを見る
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解説を読む
相補性条件は次の 2 つである。
- 主変数 ならば、双対の第 制約は等号で成り立つ。
- 主の第 制約に余裕がある(不等号が真に成り立つ)ならば、 である。
手順 1:主の制約の余裕を調べる。 を代入すると
第 3 制約には余裕があるので、 である。
手順 2:正の主変数に対応する双対制約を等号にする。 より双対の第 1 制約は等号、 より双対の第 2 制約も等号である。
手順 3:連立方程式を解く。 を代入すると
辺々引いて 、よって 。
確認: で双対の制約をすべて満たす。双対の目的関数値は 、主の目的関数値は で一致するので、強双対定理(弱双対性)よりこれは の最適解である。
よって 。
別解
主問題の最適解 を各制約に代入して確認する。
- (等号成立)
- (等号成立)
- (等号不成立)
相補性条件より、主問題の制約が等号で成り立たないなら対応する双対変数は 0 になる。したがって である。
また , なので、双対問題の対応する制約は等号で成り立つ。
を代入すると 。
との差をとって 、よって 。
実行可能性: を満たし、双対制約も等号で成立する。
検算: 双対目的関数値は 。主目的関数値は で一致する。強双対定理より両者とも最適である。
よって 。