Simplex-Verfahren-Rechner

Optimierungsprobleme mit dem Simplexverfahren lösen

Der Rechner löst das gegebene Optimierungsproblem mit dem Simplex-Algorithmus. Er fügt bei Bedarf Schlupfvariablen, Überschussvariablen und künstliche Variablen hinzu. Bei künstlichen Variablen wird die Big-M-Methode oder die Zwei-Phasen-Methode verwendet, um die Anfangslösung zu bestimmen. Schritte sind verfügbar.

Komma-getrennt.

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Ihre Eingabe

Maximiere $$$Z = 3 x_{1} + 4 x_{2}$$$ unter den Nebenbedingungen $$$\begin{cases} x_{1} + 2 x_{2} \leq 8 \\ x_{1} + x_{2} \leq 6 \\ x_{2} \geq 0 \\ x_{1} \geq 0 \end{cases}$$$.

Lösung

Das Problem in kanonischer Form kann wie folgt geschrieben werden:

$$Z = 3 x_{1} + 4 x_{2} \to max$$$$\begin{cases} x_{1} + 2 x_{2} \leq 8 \\ x_{1} + x_{2} \leq 6 \\ x_{1}, x_{2} \geq 0 \end{cases}$$

Fügen Sie Variablen (Schlupf- oder Überschussvariablen) hinzu, um alle Ungleichungen in Gleichungen umzuwandeln:

$$Z = 3 x_{1} + 4 x_{2} \to max$$$$\begin{cases} x_{1} + 2 x_{2} + S_{1} = 8 \\ x_{1} + x_{2} + S_{2} = 6 \\ x_{1}, x_{2}, S_{1}, S_{2} \geq 0 \end{cases}$$

Schreiben Sie das Simplex-Tableau auf:

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$-3$$$$$$-4$$$$$$0$$$$$$0$$$$$$0$$$
$$$S_{1}$$$$$$1$$$$$$2$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$8$$$
$$$S_{2}$$$$$$1$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$6$$$

Die Eintrittsvariable ist $$$x_{2}$$$, da sie den negativsten Koeffizienten $$$-4$$$ in der Z-Zeile hat.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$LösungRatio
$$$Z$$$$$$-3$$$$$$-4$$$$$$0$$$$$$0$$$$$$0$$$
$$$S_{1}$$$$$$1$$$$$$2$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$8$$$$$$\frac{8}{2} = 4$$$
$$$S_{2}$$$$$$1$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$6$$$$$$\frac{6}{1} = 6$$$

Die austretende Variable ist $$$S_{1}$$$, weil sie den kleinsten Quotienten hat.

Teile Zeile $$$1$$$ durch $$$2$$$: $$$R_{1} = \frac{R_{1}}{2}$$$.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$-3$$$$$$-4$$$$$$0$$$$$$0$$$$$$0$$$
$$$x_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$4$$$
$$$S_{2}$$$$$$1$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$6$$$

Addiere das $$$4$$$-Fache der Zeile $$$2$$$ zur Zeile $$$1$$$: $$$R_{1} = R_{1} + 4 R_{2}$$$.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$-1$$$$$$0$$$$$$2$$$$$$0$$$$$$16$$$
$$$x_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$4$$$
$$$S_{2}$$$$$$1$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$6$$$

Subtrahiere Zeile $$$2$$$ von Zeile $$$3$$$: $$$R_{3} = R_{3} - R_{2}$$$.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$-1$$$$$$0$$$$$$2$$$$$$0$$$$$$16$$$
$$$x_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$4$$$
$$$S_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$- \frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$2$$$

Die Eintrittsvariable ist $$$x_{1}$$$, da sie den negativsten Koeffizienten $$$-1$$$ in der Z-Zeile hat.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$LösungRatio
$$$Z$$$$$$-1$$$$$$0$$$$$$2$$$$$$0$$$$$$16$$$
$$$x_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$4$$$$$$\frac{4}{\frac{1}{2}} = 8$$$
$$$S_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$- \frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$2$$$$$$\frac{2}{\frac{1}{2}} = 4$$$

Die austretende Variable ist $$$S_{2}$$$, weil sie den kleinsten Quotienten hat.

Multipliziere Zeile $$$2$$$ mit $$$2$$$: $$$R_{2} = 2 R_{2}$$$.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$-1$$$$$$0$$$$$$2$$$$$$0$$$$$$16$$$
$$$x_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$4$$$
$$$x_{1}$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$-1$$$$$$2$$$$$$4$$$

Addiere Zeile $$$3$$$ zu Zeile $$$1$$$: $$$R_{1} = R_{1} + R_{3}$$$.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$0$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$2$$$$$$20$$$
$$$x_{2}$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$1$$$$$$\frac{1}{2}$$$$$$0$$$$$$4$$$
$$$x_{1}$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$-1$$$$$$2$$$$$$4$$$

Ziehe die mit $$$\frac{1}{2}$$$ multiplizierte Zeile $$$3$$$ von Zeile $$$2$$$ ab: $$$R_{2} = R_{2} - \frac{R_{3}}{2}$$$.

Basic$$$x_{1}$$$$$$x_{2}$$$$$$S_{1}$$$$$$S_{2}$$$Lösung
$$$Z$$$$$$0$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$2$$$$$$20$$$
$$$x_{2}$$$$$$0$$$$$$1$$$$$$1$$$$$$-1$$$$$$2$$$
$$$x_{1}$$$$$$1$$$$$$0$$$$$$-1$$$$$$2$$$$$$4$$$

Kein Koeffizient in der Z-Zeile ist negativ.

Das Optimum ist erreicht.

Es ergibt sich folgende Lösung: $$$\left(x_{1}, x_{2}, S_{1}, S_{2}\right) = \left(4, 2, 0, 0\right)$$$.

Antwort

$$$Z = 20$$$A wird bei $$$\left(x_{1}, x_{2}\right) = \left(4, 2\right)$$$A erreicht.