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最適化・線形計画法の問題

難易度 1教科書の例題レベル大学数学 最適化・線形計画法

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

この問題を解けるようになるまで(50 技能)
算数中学高校大学大学院

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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)
  1. 三角形の角の大きさ
  2. 対頂角と平行線の同位角・錯角
  3. 三角形の外角と角の組み合わせ
  4. 小数の四則計算
  5. 分数のたし算・ひき算
  6. 分数のかけ算・わり算
  7. 小数と分数のまじった計算
  8. 逆算(□ を求める)
  9. 正負の数の加法・減法
  10. 四則の混じった計算の順序
  11. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  12. 分配法則を使った計算のくふう
  13. 文字式の計算(同類項・分配法則)
  14. 1 次方程式の解き方
  15. 二等辺三角形の角
  16. 平行四辺形と特別な四角形の性質
  17. 三角形・四角形の面積
  18. 約数の見つけ方
  19. 素因数分解と約数の個数
  20. 平方根の意味と根号の簡単化
  21. 三平方の定理
  22. 乗法公式による展開
  23. 折り返した図形の角と長さ
  24. 三平方の定理と平面図形
  25. 最大公約数と最小公倍数
  26. 比の性質と簡単な比
  27. 相似な三角形と長さの比
  28. 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
  29. 平行線と線分の比
  30. 2点間の距離と内分点・外分点
  31. 比例・反比例の式とグラフ
  32. 関数 の式と変域
  33. 因数分解
  34. 平方完成と 2 次関数のグラフ
  35. 円の方程式
  36. 連立方程式の解き方(加減法・代入法)
  37. 1 次関数の式の求め方
  38. 直線の方程式
  39. 不等式の表す領域
  40. 点と直線の距離
  41. 2 次不等式
  42. 円と直線の位置関係と弦の長さ
  43. 2直線の平行・垂直
  44. 円の接線
  45. 領域における最大・最小
  46. ベクトルの演算と成分
  47. 行列の和・積と 2 次の逆行列
  48. 線形計画問題の定式化と標準形
  49. 双対問題と双対定理
  50. 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
結果を記録する(このブラウザにだけ保存されます):
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 。

この問題の確認

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