Extremwertprobleme mit Nebenbedingungen?

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Bei Extremwertaufgaben liefert die gesuchte Größe immer die Hauptgleichung (Hauptbedingung)

Die Hauptgleichung hat mindestens 2 Unbekannte,je nach Aufgabe und somit muss dann mindestens 1 Unbekannte durch eine Nebengleichung (Nebenbedingung) ersetzt werden.

Merke:Für jede Unbekannte braucht man eine Gleichung,sonst ist die Aufgabe nicht lösbar.

Man erhält dann eine Gleichung → Funktion der Form y=f(x)=... und man muss dann eine Kurvendiskussion durchführen → Extrema bestimmen

1) P=a*b

2) 12=a+b → b=12-a

2) in 1)

P(a)=a*(12-a)=12*a-1*a²

P(a)=-1*x²+12*a ableiten

P´(a)=m=0=-2*a+12 → Nullstelle a=12/2=6

P´´a)=-2<0 → Maximum

also a=6 und b=6 P=6*6=36

1) S=a²+b²

2) 12=a+b → b=12-a

2) in 1)

S(a)=a²+(12-a)² → binomische Formel (x-b)²=x²-2*b*x+b²

S(a)=a²+(12²-2*a*12+a²)=a²+144-24*a+a²

S(a)=2*a²-24*a+144

S´(a)=m=0=4*a-24 → Nullstelle a=24/4=6

S´´(a)=4>0 → Minimum

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert
Von Experte fjf100 bestätigt

Schreibe zunächst das Optimierungsproblem mit Zielfunktion und Nebenbedingungen auf. Hier folgt:

max f(x,y) = x*y

N.B.: x + y = 12

Gesucht sind somit zwei Zahlen x und y, die f(x,y) maximieren und dabei die Nebenbedingung x+y=12 erfüllen. Für Optimierungsprobleme mit Gleichheitsnebenbedingugen besteht ein einfacher Ansatz zur Verringerung der Anzahl an Unbekannten in der Umformung der Nebenbedingung, sodass wir hier einen Ausdruck y = h(x) bekommen. Umstellen liefert bspw.:

y = 12 - x

sodass durch Einsetzen in die Kostenfunktion als neues (unbeschränktes) Optimierungsproblem

max f(x, 12 - x) = x*(12 - x)

folgt. Die Bestimmung des Maximums ist dann mit den üblichen Ansätzen f'(x) = 0 und f''(x) < 0 möglich. So folgt hier bspw.:

Notwendige Bed.: 12 - 2x = 0 --> x = 6

Hinreichende Bed.: -2 < 0 --> Hochpunkt

Insgesamt erhalten wir somit als Maximum für das Produkt: 6*(12-6) = 36 und die zugehörigen Zahlen entsprechen x = 6 und y = 12 - x = 6. Für das andere Problem kannst du auf gleiche Weise vorgehen.

die eine Zahl heißt x

und die andere

12-x

das Produkt ist dann

x • (12-x)

jetzt Klammer lösen und Scheitelpunkt bestimmen

oder ableiten und gleich 0 setzen, um Hochpunkt zu bestimmen.