优化原理与方法_作业答案

《优化原理与方法》作业解答要点

5.1 建造一容积为V (m 3)的长方形蓄水池（无盖），要求选择其长、宽、高，使表面积最小，从而建筑用料最省。试写出此问题的数学模型。

[解] 选择设计变量x 1、x 2、x 3分别代表蓄水池的长、宽、高，优化数学模型为：

5.2 某公司有资金a 万元，可供选择购置的设备有n 种，已知相应于第i 种设备所需资金为

b i 万元，可得收益为

c i 万元，要求收益最大的投资安排。试写出其数学模型。

[解] 选择设计变量x 1、x 2、…、x n 分别代表n 种可选购设备的购买数量，优化数学模型为：

5.3 某城市要建造一供应服务中心，向该市m 个用户提供服务，设第i 个用户的位置为（a i ，

b i ），需要货物量为w i 吨，试寻求这个中心最经济的位置，使运输量（吨公里数）最小。 [解] 选择设计变量x 1、x 2代表中心的位置坐标，优化数学模型为：

⎪⎪

⎪⎭

⎪

⎪⎪

⎬

⎫

≥≥≥=⋅⋅++= t..s 22 .min ],,[ 3min 32min 21min 1321313221321x x x x x x V x x x x x x x x x x x x T 使得寻求x ⎪⎪⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪⎪

⎪⎬

⎫

⋯=⋯=≥≤⋯=∑∑==n i x n i x a x b x c x x x i i n

i i i n i i i T n ,1,2, , ,1,2, ,0 t..s .max ] , ,,[ 1

1

21为整数使得寻求x ⎪⎭

⎪⎬⎫

-+-=∑=m

i i i i T b x a x w x x 1222121)()( .min ],[ 使得寻求x

5.4 对于二次型函数

（1）写出它的矩阵-向量形式； （2）写出海赛矩阵； （3）证明H (x )的正定性； （4）f (x )是凸函数吗？为什么？ [解] （1）

（2）

（3）

（4）因H 为正定阵，f (x )为凸函数

5.5 试判定以下函数的凹、凸性： （1） （2）

（3）

（4）

[解] （1）因f 〞(x )=6(4- x )≧0，所以f (x )（x ≦4时）为凸函数。 （2）

T

x x x x f ],[ 8222],[21)(2

121⎥⎦

⎤⎢⎣⎡--=x 22

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡--=82)(x H 为正定阵

，135 ， 22-2H H 0121082

)(>±=+-=----=λλλλ

λλI x 为凸函数

)(为正定阵，

，224 ，88 622-2x f H H 02

)(>±=+-=--=

λλλλ

λλI x 2

2

212142)(x x x x f +-=x ；

， 4 )4()(3

≤-=x x x f ；

32)(2

22121x x x x f ++=x ；， 0 , ln )(1

>∈-=x E x x f x 。

105102 )(22212121x x x x x x f --++-=x

（3）因f 〞(x )=1/ x 2 > 0，所以f (x )（x >0时）为凸函数。

（4）

5.6 试判别下列非线性规划是否为凸规划： （1）

（2）

[解]（1）先化为标准式

然后判别目标函数f (x )的凸性

。

函数凹为为负定阵，

，，)( 0526 1612 102

22-)(2x f H H <±-=++=----=

λλλλ

λλI x ；

为凸函数)(为正定阵，， ， 200

0200

04-x f H H 02,2,40)2)(2)(4()(321>====---=---=

λλλλλλλ

λλ

λI x 0

0 0 105 04 .t .s 2)( .min 321312

22

12

32221≥≥≥=+≥--++=x x x x x x x x x x f ，，x 0

0 0 105 4 .t .s 2)( .min 321312

2212

32

22

1≥≥≥=+≤+++=x x x x x x x x x x f ，，x 0

9 .t .s 2)( .min 22

22121≥≤++=x x x x x f x

再判别不等式约束函数g (x )=2

22

14x x --的凸性

等式约束函数h (x )为线性函数；

目标函数为凸函数，可行域为凸集，故该问题为凸规划

（2）为凸规划（证略）

5.7 用牛顿法求下列函数的极小点，终止准则

（1）

（2）

[解]（1）

（2）

；函数凹为)(为半负定阵，，02 ，02 000020002-x g H H 0,2,0))(2)(()(321≤=-=-==-----=-----=λλλλλλλ

λλλI x ⎪⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛+-=∇⎥⎥

⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=182)(321x x x f H 1882)( ， 1800080002x x 10

182901* 101* 000)(101101000 18021800080002000)()(1

1-101001-=--++=⎪

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∇⎪⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∇-=-f f f H ，为极小点。，x x x x x x x 03/113/110444001210)(1⎪

⎪⎭

⎫

⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=∇-=-f H )(-1

0001x x x x 。

0.2 2

≤∇)(k

f x ；， ]0 ,0 ,0[ 81294 031232221T x x x x x =+-++x ；

， ]1 ,0[ 2)1(02241T x x =+-x ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=∇⎥⎦⎤

⎢

⎣⎡-=2312

14)1(4)( 400)1(12)(x x f x H x x ，