Math Problem Statement

Menggunakan metode Lagrange, berapakah nilai minimum dari fungsi objektif f(x,y)=x+y dengan kendala x^2+y^2=8?

Your answer

Solution

Untuk menyelesaikan masalah ini dengan metode Lagrange, kita ingin meminimalkan fungsi objektif f(x,y)=x+yf(x, y) = x + y dengan kendala g(x,y)=x2+y28=0g(x, y) = x^2 + y^2 - 8 = 0. Berikut adalah langkah-langkahnya:


1. Membentuk fungsi Lagrange

Fungsi Lagrange didefinisikan sebagai: L(x,y,λ)=f(x,y)+λg(x,y)\mathcal{L}(x, y, \lambda) = f(x, y) + \lambda g(x, y) Substitusi f(x,y)=x+yf(x, y) = x + y dan g(x,y)=x2+y28g(x, y) = x^2 + y^2 - 8, maka: L(x,y,λ)=x+y+λ(x2+y28)\mathcal{L}(x, y, \lambda) = x + y + \lambda (x^2 + y^2 - 8)


2. Mencari stasioner (turunan parsial)

Hitung turunan parsial terhadap xx, yy, dan λ\lambda, lalu setarakan ke nol:

(a) Turunan terhadap xx:

Lx=1+λ(2x)=0\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial x} = 1 + \lambda (2x) = 0 1+2λx=0λx=121 + 2\lambda x = 0 \quad \Rightarrow \quad \lambda x = -\frac{1}{2}

(b) Turunan terhadap yy:

Ly=1+λ(2y)=0\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial y} = 1 + \lambda (2y) = 0 1+2λy=0λy=121 + 2\lambda y = 0 \quad \Rightarrow \quad \lambda y = -\frac{1}{2}

(c) Turunan terhadap λ\lambda:

Lλ=x2+y28=0\frac{\partial \mathcal{L}}{\partial \lambda} = x^2 + y^2 - 8 = 0 x2+y2=8x^2 + y^2 = 8


3. Hubungan antara xx dan yy

Dari persamaan λx=12\lambda x = -\frac{1}{2} dan λy=12\lambda y = -\frac{1}{2}, diperoleh: λx=λyx=y\lambda x = \lambda y \quad \Rightarrow \quad x = y


4. Substitusi ke kendala

Substitusikan x=yx = y ke dalam x2+y2=8x^2 + y^2 = 8: x2+x2=82x2=8x2=4x^2 + x^2 = 8 \quad \Rightarrow \quad 2x^2 = 8 \quad \Rightarrow \quad x^2 = 4 x=±2dany=±2x = \pm 2 \quad \text{dan} \quad y = \pm 2


5. Evaluasi fungsi objektif

Substitusi ke f(x,y)=x+yf(x, y) = x + y:

  1. Untuk (x,y)=(2,2)(x, y) = (2, 2): f(2,2)=2+2=4f(2, 2) = 2 + 2 = 4

  2. Untuk (x,y)=(2,2)(x, y) = (-2, -2): f(2,2)=22=4f(-2, -2) = -2 - 2 = -4


6. Kesimpulan

Nilai minimum dari f(x,y)=x+yf(x, y) = x + y adalah 4-4 pada titik (x,y)=(2,2)(x, y) = (-2, -2).


Apakah Anda ingin melihat lebih banyak penjelasan? 😊
Berikut beberapa pertanyaan terkait:

  1. Bagaimana metode Lagrange digunakan untuk kasus tanpa kendala lingkaran?
  2. Apakah ada kondisi ketika nilai maksimum tidak eksis?
  3. Bagaimana menangani kendala ganda dengan metode ini?
  4. Apa alternatif selain metode Lagrange untuk kasus serupa?
  5. Bagaimana jika kendala berupa elips atau parabola?

Tip: Saat menggunakan metode Lagrange, perhatikan hubungan antara gradien fungsi objektif dan kendala: gradiennya harus sejajar.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Optimization
Lagrange Multipliers
Constrained Optimization

Formulas

Lagrange function: \( \mathcal{L}(x, y, \lambda) = f(x, y) + \lambda g(x, y) \)
Partial derivatives: \( \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial x}, \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial y}, \frac{\partial \mathcal{L}}{\partial \lambda} \)
Constraint equation: \( x^2 + y^2 = 8 \)

Theorems

Lagrange Multiplier Theorem

Suitable Grade Level

Grades 11-12 (Senior High School) or College-level Calculus