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2020-2021:teams:farmer_john:2sozx:数学:知识点

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2020-2021:teams:farmer_john:2sozx:数学:知识点 [2020/06/12 20:48]
2sozx [证明]
2020-2021:teams:farmer_john:2sozx:数学:知识点 [2020/06/12 22:13] (当前版本)
2sozx [NOI2012骑行川藏]
行 32: 行 32:
 将 $\left(4\right),​\left(5\right)$ 写成分量形式再加上约束条件即可证明。 将 $\left(4\right),​\left(5\right)$ 写成分量形式再加上约束条件即可证明。
 =====拉格朗日乘子法===== =====拉格朗日乘子法=====
-构造函数 $F(x_1,​\cdots,​x_n,​\lambda_1,​\cdots,​\lambda_m)=f(\mathbf{x})+\sum_{j=1}^m \lambda_j\varphi_j(\mathbf{x})$ ,则上述求条件极值点的必要条件形式转化为 $F$ 的通常极值的必要条件 $$\begin{cases}\frac{\partial{F(\mathbf{x_0})}}{\partial{x_i}}=0\quad(i=1,​2,​\cdots,​n)\\ \frac{\partial{F(\mathbf{x_0})}}{\partial{\lambda_j}}=0\quad(j=1,​2,​\cdots,​m)\end{cases}$$+构造函数 $F(x_1,​\cdots,​x_n,​\lambda_1,​\cdots,​\lambda_m)=f(\boldsymbol{x})+\sum_{j=1}^m \lambda_j\varphi_j(\boldsymbol{x})$ ,则上述求条件极值点的必要条件形式转化为 $F$ 的通常极值的必要条件 $$\begin{cases}\frac{\partial{F(\boldsymbol{x_0})}}{\partial{x_i}}=0\quad(i=1,​2,​\cdots,​n)\\ \frac{\partial{F(\boldsymbol{x_0})}}{\partial{\lambda_j}}=0\quad(j=1,​2,​\cdots,​m)\end{cases}$$
 此即拉格朗日乘子法 此即拉格朗日乘子法
 +=====例题=====
 +====CF813C====
 +  * 题意:给定整数 $a,b,c,s$ ,求使得 $x^ay^bz^c$ 最大的实数 $x,y,z$ ,其中 $x+y+z\le s(1\le s \le 10^3,​0\le a,​b,​c \le 10^3)$
 +  * 题解:​对于 $x,y,z > 0$ 时显然取 $x+y+z=s$ 时会比 $x+y+z<​s$ 时更优;对于 $xyz=0$ 时取 $x+y+z=s$ 不会比 $x+y+z<​s$ 劣。因此可以将限制条件改为 $x+y+z=s$ 即可。令 $G(x,​y,​z)=x+y+z-s,F(x,​y,​z)=a\ln x+b\ln y+c\ln z,H(x,​y,​z)=F(x,​y,​z)+\lambda G(x,y,z)$ 套用拉格朗日乘子法即可得到 $$x=\frac{as}{a+b+c},​y=\frac{bs}{a+b+c},​z=\frac{cs}{a+b+c}$$ 注意 $a+b+c=0$ 时需要特判。
 +  * 对于所求表达式为乘积的形式时,可以取对数,如上题中 $F(x,​y,​z)=a\ln x+b\ln y+c\ln z$ ,此时求出的极值点依旧为原表达式的极值点,具体问题需要具体分析。
 +  * 一般来说使用拉格朗日乘子法时需要注意边界条件,此题 $x,y,z$ 为边界条件时表达式值一定不会优于最大值,所以可以不考虑边界。注意边界值并不是 $0$。 ​
 +====一道没有来源的题目====
 +  * 题意:平面上有$n(n{\le}8)$个点,告诉你每个点距离原点的距离,​求这$n$个点所围成的凸包的最大面积
 +  * 题解:枚举哪些点在凸包上,​并且这些点极角排序后的顺序。假设极径依次为$r_1,​r_2,​⋯,​r_n$。\\ 面积$S={\frac{1}{2}}(r_1r_2sinθ_1+r_2r_3sinθ_2+⋯+r_nr_1sinθ_n)$并且${\sum_{i=1}^n}{\theta}_i=2\pi$。\\ 令$F(θ_1,​θ_2,​⋯,​θ_n)=S+{\lambda}g(θ_1,​θ_2,​⋯,​θ_n)$,​其中$g(θ_1,​θ_2,​⋯,​θ_n)={\sum_{i=1}^n}{\theta}_i-2\pi$.\\ 由拉格朗日乘子法,解得$−λ=r_1r_2cosθ_1=r_2r_3cosθ_2=⋯=r_nr_1cosθ_n$,​可二分$λ$,​求出满足$g=0$的解,此时对应的$\theta$就是当前条件下面积的最大值。
 +  * 注:其实枚举点在凸包上时这些点并非一定会构成凸包,但是这样的面积一定不会是最大的,对于答案并没有影响。
 +  * 这道题是同学出的,并没有具体数据。
 +====NOI2012骑行川藏====
 +  * 题意:$n$ 段路,每段路有三个参数 $s_i,​k_i,​v_i'​$,​其中 $s_i $ ,表示这段路的长度,$k_i$ ,表示这段路的风阻系数,$v_i'​$ 表示这段路上的风速。若在一段路上的速度为 $v_i$ ,消耗的能量为 $E_i=k_i(v_i-v_i'​)^2s_i$。初始有体能值 $E_U$ 问在有限的体力内到达目的地的最短时间是多少。
 +  * 题解:显然体能值要尽量用光会更优。若 $v_i<​v_i'​$ 则取 $V=2v_i'​-v_i$ ,两个速度消耗的能量是相同的,而且 $V$ 优于 $v_i$ ,因此我们可以默认一段路的 $v_i\ge v_i'​$。题目即求在 $\sum_{i=1}^{n}E_i=E_U$ 的条件下 $T=\sum_{i=1}^{n}\frac{s_i}{v_i}$ 的最小值。套用拉格朗日乘子法可知 $$\lambda=\frac{1}{2k_i v_i (v_i-v_i'​)^2}$$ 根据假设 $v_i\ge v_i'$ 可知 $\frac{1}{2k_i v_i (v_i-v_i'​)^2}$ 单调,因此可以通过二分 $\lambda$ 来求解答案。
2020-2021/teams/farmer_john/2sozx/数学/知识点.1591966081.txt.gz · 最后更改: 2020/06/12 20:48 由 2sozx