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求解拉格朗日乘子方程有什麽技巧?很難理解。

用偏導數求多元函數的極值時,如果函數的自變量有附加條件,稱為條件極值。這時可以用拉格朗日乘子法求出條件極值。

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

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