13.23
计划利用100米长的围栏靠 barn wall 建造一个矩形围栏。由于墙壁构成其中一侧,因此只需围三边。目标是找出使面积最大的围栏尺寸。
这是一个约束优化问题,因为在围栏长度保持固定的同时,必须使面积最大化。
拉格朗日乘数法为引入这一限制条件提供了一种清晰的方法。在长度-宽度平面上,围栏条件形成了一条约束曲线,限制了围栏尺寸的可能取值。最大值出现在面积的等高线与约束曲线相切的位置。在该点处,两条曲线具有相同的切线,因此它们的梯度相互平行。
梯度的大小可能不同,因此需将其中一个乘以一个常数以匹配另一个。该常数即为拉格朗日乘子 lambda。
下一步是对长度和宽度求偏导数。求解这些方程可得长度是宽度的两倍。将这一关系代入围栏约束条件,即可得到两个维度的具体数值。这些维度对应矩形围栏的最大可能面积。这展示了拉格朗日乘数法如何将优化、几何与约束条件联系起来。
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