具體方法如下:
設給定的二元函數z=?(x,y)和附加條件φ(x,y)=0,為了求z=?對於(x,y)在附加條件下的極值點,拉格朗日函數L(x,y)=?(x,y)+λφ(x,y),其中λ為參數。
求L(x,y)對x,y的壹階偏導數,使其等於零,結合附加條件,即
L'x(x,y)=?x(x,y)+λφ'x(x,y)=0
L'y(x,y)=?y(x,y)+λφ'y(x,y)=0
φ(x,y)=0
應用於微觀經濟學:設效用函數U(Qx,Qy),為了獲得約束條件下的極值,先建立拉格朗日函數:L=U(Qx,Qy)+λ( I-Px?Qx-Py?Qy),λ是參數。
求L(x,Y)相對於X,Y的壹階偏導數,使其等於零,附加條件成立。
也就是
L/?Qx=?U/?Qx-λPx=0 (1)
L/?Qy=?U/?Qy-λPy=0 (2)
I-Px?Qx-Py?Qy=0 (3)
將等式(1)除以等式(2),得到:
U/?Qx =Px表示MUx = MUy。
U/?Qy =Py
因此,如果消費者想使兩種商品的效用最大化,邊際效用之比應該等於價格之比。
以上是關於X和Y商品。是不是也適用於很多商品?答案是肯定的。如果消費者在n種商品中進行選擇,消費者均衡原則可以表述為:
MU1=MU2 =MU3 = …=MUn
P1= P2= P3=...= Pn
這個結論也可以用拉格朗日乘數法來證明。
拉格朗日乘數法可以推廣到求n元函數嗎?m個附加條件φ(x1,x2,…,xn)下(x1,x2,…,xn)的條件極值。
該方法如下:
(1)拉格朗日函數L(x1,x2,…,xn)=?(x1,x2,…,xn)+ ∑λiφi(x1,…x2);
(2)求L(x1,…xn)關於x1,…xn的偏導數,使其等於零,並使其與附加條件站在壹起,即
L'xi==?xi+ ∑λiφ'i=0,i=1,2,…,n
φk(x1,x2,…,xn)=0,k=1,2,…,n
通過求解這組方程,可以得到極值點。
回到我們的問題,讓我們設定效用函數u (qx1,qx2,...qxn),為了獲得約束條件下的極值,我們首先建立拉格朗日函數:
L=U(Qx1,Qx2,…Qxn )+λ(I-Px1?Qx1-P2?Qy2-…-Pxn?Qxn),λ是參數。求L(x1,x2,…xn)對x1,…,xn的壹階偏導數,使它們等於零,用附加條件建立。
也就是
L/?Qx1=?U/?Qx1-λPx1=0 (1)
L/?Qx2=?U/?Qx2-λPx2=0 (2)
…… …
L/?Qxn=?U/?Qxn-λPxn=0 (n)
I-Px1?Qx1-P2?Qy2-…-Pxn?Qxn
將等式(1)除以(n)得到,
MUx1 = MUx2 =…=MUxn
Px1 =Px2 =...=Pn
所以,如果消費者要使N種商品的效用最大化,邊際效用之比應該等於價格之比。
擴展數據:
該方法將壹個具有n個變量和k個約束的優化問題轉化為壹個具有n+k個變量的方程組的極值問題,其變量不受任何約束。
該方法引入了壹個新的標量未知量,即拉格朗日乘子:約束方程梯度的線性組合中每個向量的系數。
設給定的二元函數z=?(x,y)和附加條件φ(x,y)=0,為了求z=?對於(x,y)在附加條件下的極值點,先做拉格朗日函數。
f(x,y,λ)=f(x,y)+λφ(x,y)
其中λ是參數。
設F(x,y,λ)對x和y,λ的壹階偏導數等於零,即
F'x=?x(x,y)+λφ'x(x,y)=0?[1]?
F'y=?y(x,y)+λφ'y(x,y)=0
F'λ=φ(x,y)=0
從上面的方程求解x,y,λ,這樣得到的(x,y)就是函數z=?附加條件φ(x,y)=0下(x,y)的可能極值點。
如果只有壹個這樣的點,可以從實際問題直接確定。
約束條件下函數的條件極值點應該是方程組的解。
引入所謂的拉格朗日函數(實數稱為拉格朗日乘子),以上方程為方程組。
因此,求解條件極值通常有三種方法:
1)直接法是從方程組(1)中求解並表示為帶變量的函數,將問題轉化為函數的無條件極值問題;
2)壹般情況下,方程組(1)很難甚至不可能求解,所以上述求解方法往往不可行。
通常采用的拉格朗日乘子法,避免了求解方程(1)的困難,將條件極值問題轉化為下面拉格朗日函數的穩定點問題,然後根據所討論的實際問題的特點確定哪些穩定點為極值。
3)在給定條件下,如果未知量可以替換或求解,則條件極值可以轉化為無條件極值,從而避免引入拉格朗日乘子的麻煩。
註意:φ (x,y,z)=0和φ(x,y,z) = 0的點不會用這種方法計算,因此,在求最大值或最小值時,要把這些點分別列出來計算。
參考資料:
百度百科-拉格朗日乘數法