Быстрый поиск

Дипломная работа: Некоторые задачи оптимизации в экономике

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Вятский государственный гуманитарный университет

Математический факультет

Кафедра математического анализа и методики преподавания математики

Выпускная квалификационная работа

Некоторые задачи оптимизации в экономике

Выполнила:

студентка V курса математического факультета

Голомидова Ирина Витальевна

Научный руководитель:

Ст. преподаватель кафедры математического анализа и МПМ

С. А. Фалелеева.

Рецензент:

кандидат педагогических наук, ст. преподаватель кафедры математического анализа и МПМ

Л.В. Караулова.

Допущена к защите в государственной аттестационной комиссии

«___» __________2005 г. Зав. кафедрой М.В. Крутихина

«___»___________2005 г. Декан факультета В.И. Варанкина

Киров

2005

Содержание

Введение................................................................................................... 3

1. Математические модели в экономике................................................. 4

2. Некоторые понятия функций нескольких переменных...................... 6

3. Задача математического программирования

1) Общая постановка задачи.............................................................. 8

2) Задача линейного программирования и способы её решения..... 9

3) Двойственная задача.................................................................... 19

4) Задача нелинейного программирования..................................... 26

5) Задача на условный экстремум.................................................... 31

4. Задача потребительского выбора.

1) Функция полезности. Бюджетное ограничение. Формулировка задачи потребительского выбора.......................................................................... 34

2) Решение задачи потребительского выбора и его свойства......... 36

3) Общая модель потребительского выбора................................... 39

4) Модель Стоуна ............................................................................ 40

Заключение............................................................................................. 42

Библиографический список................................................................... 43

Введение

Современная математика характеризуется интенсивным проникновением в другие науки, во многом этот процесс происходит благодаря разделению математики на ряд самостоятельных областей. Математика стала для многих отраслей знаний не только орудием количественного расчёта, но также методом точного исследования и средством предельно чёткой формулировки понятий и проблем. Без современной математики с её развитым логическим и вычислительным аппаратом был бы не возможен прогресс в различных областях человеческой деятельности.

Экономика как наука об объективных причинах функционирования и развития общества пользуется разнообразными количественными характеристиками, а поэтому вобрала в себя большое число математических методов.

Актуальность данной темы состоит в том, что в современной экономике используются оптимизационные методы, которые составляют основу математического программирования, теории игр, сетевого планирования, теории массового обслуживания и других прикладных наук.

Изучение экономических приложений математических дисциплин, составляющих основу актуальной экономической математики, позволяет приобрести некоторые навыки решения экономических задач и расширить знания в этой области.

Целью данной работы является изучение некоторых оптимизационных методов, применяемых при решении экономической задач.

При написании дипломной работы были поставлены следующие задачи:

· Рассмотрение некоторых экономических задач и составление математических моделей.

· Изучение некоторых математических методов, применяемых для решения оптимизационных задач в экономике.

· Практическое решение задач.

1. Математические модели в экономике

Современная экономическая теория включает как естественный, необходимый элемент математические модели и методы. Использование математики в экономике позволяет, во-первых, выделить и формально описать наиболее важные, существенные связи. Во-вторых, из чётко сформулированных исходных данных и соотношений можно сделать выводы, адекватные изучаемому объекту в той же мере, что и сделанные предпосылки. В-третьих, методы математики позволяют индуктивным путем получать новые знания об объекте: оценить форму и параметры зависимостей его переменных, в наибольшей степени соответствующие имеющимся наблюдениям. В-четвертых, использование языка математики позволяет точно и компактно излагать положения экономической теории, формулировать е понятия.

Математические модели использовались с иллюстративными исследованиями ещё Ф. Кене (1758г., «Экономическая таблица»), А. Смитом (Классическая макроэкономическая модель), Д. Риккардо (Модель международной торговли). В XIX веке большой вклад в моделирование рыночной экономики внесли математики Л. Вальрас, О. Курно, В. Парето и другие. В XX веке математические методы моделирования применялись очень широко, с их использованием связаны практически все работы, удостоенные Нобелевской премии по экономике (Р. Солоу, В. Леонтьев, Л. Канторович и другие). Развитие макроэкономики, микроэкономики, прикладных дисциплин связано со все более высоким уровнем их формализации. Основу для этого заложил прогресс в области прикладной математики. В России в начале XX века большой вклад в математическое моделирование экономики внесли В.К. Дмитриев и Е.Е. Слуцкий. В 1960-е – 80-е годы экономико-математическое направление было связано, в основном, с попытками формально описать «систему оптимального функционирования социалистической экономики» (Н.П. Федоренко, С.С. Шаталин). Строились многоуровневые системы моделей народно – хозяйственного планирования, оптимизационные модели областей и предприятий.

Математическая модель экономического объекта это его гомоморфное отображение в виде совокупности уравнений, неравенств, логических отношений, графиков. Иными словами, модель – это условный образ объекта, построенный для упрощения его исследования. Предполагается, что изучение модели дает новые решения в той или иной ситуации.

Можно выделить 3 этапа проведения математического моделирования в экономике:

1. ставятся цели и задачи исследования, проводится качественное описание объекта в виде экономической модели.

2. формируется математическая модель изучаемого объекта, осуществляется выбор методов исследования. Далее исследуется модель с помощью этих методов.

3. осуществляется обработка и анализ полученных результатов.

Математические модели, используемые в экономике, можно подразделить на классы по ряду признаков, относящихся к особенностям моделируемого объекта, цели моделирования и используемого инструментария: модели макро- и микроэкономические, теоретические и прикладные, оптимизационные и равновесные, статические и динамические.

Мы будем рассматривать некоторые оптимизационные модели. К оптимизационным моделям относят следующие: модель линейного программирования, нелинейного, динамического, сетевые модели. Будем рассматривать модели линейного и нелинейного программирования.

2. Некоторые понятия функций нескольких переменных

Многим экономическим явлениям присуща многофакторная зависимость, поэтому при изучении процессов в экономике вводят функции нескольких переменных.

Переменная y называется функцией нескольких переменных x1,x2,…,xn, если существует отображение f: Rn→R. Множество всех точек М, участвующих в этом отображении, называется областью определения функции, где М(x1,x2,…,xn).

Наиболее часто встречается функция двух переменных. В экономике для её изучения широко применяются линии уровня.

Линиями уровня функции двух переменных y=f(x1,x2) называется проекция пересечения графика функции y=f(x1,x2) с горизонтальной плоскостью на плоскость Ох1х2, причём линия пересечения находится от плоскости Ох1х2 на высоте С. Уравнение линии уровня имеет вид f(x1,x2)=С. Число С в этом случае называется уровнем.

Как и в случае одной переменной, функция y=f(x1,x2) имеет узловые, определяющие структуру графика, точки. В первую очередь это точки экстремума. Точки экстремума функции двух переменных определяются аналогично точкам экстремума функции одной переменной

Сформулируем необходимое условие экстремума – многомерный аналог теоремы Ферма: Пусть точка () - есть точка экстремума дифференцируемой функции y=f(x1,x2). Тогда частные производные (), () в этой точке равны нулю.

Точки, в которых выполнены необходимые условия экстремума функции y=f(x1,x2), т. е частные производные равны нулю, называются стационарными.

Равенство нулю частных производных выражает лишь необходимое условие, но недостаточное условие экстремума функции нескольких переменных.

у

На рисунке изображена седловая точка М(). Частные производные (),() равны нулю, но экстремума в точке М() нет. Такие седловые точки являются двумерными аналогами точек перегиба функций одной переменной. Нужно отделить их от точек экстремума. Иными словами, требуется знать достаточное условие экстремума.

Достаточное условие экстремума функции двух переменных. Пусть функция y=f(x1,x2):

a) определена в некоторой окрестности стационарной точки (), в которой ()=0 и ()=0;

b) имеет в этой точке непрерывные частные производные второго поряка()=А,()=()=В,()=С.

Тогда, если =АС-В2 >0, то в точке () функция имеет экстремум, причём, если А>0 минимум, А<0 максимум. В случае =АС-В2 <0, функция y=f(x1,x2) экстремума не имеет. Если =АС-В2 =0, то вопрос о наличии экстремума остаётся открытым. Требуются другие методы определения экстремума. [11]

В экономических задачах чаще встречаются задачи на условный экстремум. Перейдем к рассмотрению таких задач.

3. Задача математического программирования (ЗМП).

1) Общая постановка задачи

В теории экстремума на независимые переменные x1,x2, …,хn не накладываются никакие дополнительные условия, т.е. не требуется, чтобы переменные удовлетворяли некоторым дополнительным ограничениям.

Рассмотрим другую задачу. Найти максимум (минимум) функции y=f(x1,x2, …,хn), при условии, что независимые переменные x1,x2, …,хn удовлетворяют системе ограничений:

g1(x1,x2, …,хn) ≤b1,

…………………………

gm(x1,x2, …,хn) ≤bm,

gm+1(x1,x2, …,хn) ≥bm+1,

…………………………

gk(x1,x2, …,хn) ≥bk, (3.1)

gk+1(x1,x2, …,хn) =bk+1,

…………………………

gp(x1,x2, …,хn) =bp,

x1,x2,…,хn ≥0.

Функцию y=f(x1,x2, …,хn) принято называть целевой, т.к. её максимизация (минимизация) часто есть выражение какой-то цели, систему ограничений (3.1) – специальными ограничениями ЗМП, неравенства x1≥0 ,x≥02, …, хn≥0 – общими ограничениями ЗМП. Множество всех допустимых решений ЗМП (хj≥0, j=) называется допустимым множеством этой задачи.

Точка () называется оптимальным решением для функции двух переменных, если, во-первых, она есть допустимое решение этой ЗМП, а во-вторых, на этой точке целевая функция достигает максимума (минимума) среди всех точек, удовлетворяющих ограничениям (3.1), причём