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.
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 | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | Lösung | Ratio |
| $$$Z$$$ | $$$-3$$$ | $$$-4$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | |
| $$$S_{1}$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$8$$$ | $$$\frac{8}{2} = 4$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$6$$$ | $$$\frac{6}{1} = 6$$$ |
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 | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | Lösung | Ratio |
| $$$Z$$$ | $$$-1$$$ | $$$0$$$ | $$$2$$$ | $$$0$$$ | $$$16$$$ | |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ | $$$\frac{4}{\frac{1}{2}} = 8$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$- \frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$\frac{2}{\frac{1}{2}} = 4$$$ |
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.