Thuật toán tìm nghiệm tối ưu trong các bài toán kinh tế ứng dụng phép tính vi tích phân và đại số tuyến tính

MỤC LỤC

Mục đích nghiên cứu

 Giới thiệu khung lí thuyết và ứng dụng tính tối ưu của phép tính vi phân hàm một biến trong các bài toán kinh tế.  Giới thiệu khung lí thuyết và ứng dụng tính tối ưu của phép tính vi phân hàm nhiều biến trong các bài toán kinh tế.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

 Giới thiệu khung lí thuyết và ứng dụng tính tối ưu của đại số ma trận trong các bài toán kinh tế.

PHÉP TÍNH VI TÍCH PHÂN HÀM MỘT BIẾN ỨNG DỤNG TRONG KINH TẾ

Các kiến thức liên quan

Ví dụ, sản lượng biên tế của lao động, khuynh hướng biên tế của tiêu thụ,… Khi chúng ta nói, sản lượng biên tế của lao động là ảnh hưởng của việc thêm một đơn vị lao động L đối với sản lượng đầu ra .Q Giải thích điều này trong toán học như sau: nếu ta viết hàm sản xuất là Q f L( ) thì sản lượng biên tế của lao động là. Do đó, sản lượng biên tế của lao động chính là độ dốc: Q L. Trong kinh tế học, người ta muốn có các công cụ của phép toán vi tích phân để tùy ý sử dụng. Từ lí do này, người ta sử dụng đạo hàm sẽ tiện lợi hơn nhiều so với độ dốc để đo sản lượng biên tế của lao động. Bởi thế, thay vì đặt. dL  f L Ngày nay, khái niệm biên tế được sử dụng theo nghĩa đạo hàm này. Đạo hàm như là tỉ số của sự thay đổi. Chúng ta đã làm quen với khái niệm đạo hàm là biên tế. Trong kinh tế, chúng ta còn làm quen với một khái niệm khác cũng chính là đạo hàm, đó là tỉ số của sự thay đổi. số của sự thay đổi trung bình =. dx Từ đây ta có định nghĩa tỉ số của sự thay đổi tức thời như sau. Các quy tắc tính đạo hàm. Để tiện cho việc diễn đạt, kể từ bài này, ta sẽ sử dụng kí hiệu J để chỉ tập con của gồm một khoảng hay hợp của nhiều khoảng. a) Đạo hàm của tổng hay hiệu hai hàm số Định lí 1. Các công thức trên có thể viết gọn là:. Có thể mở rộng định lí vừa nêu cho tổng hay hiệu của nhiều hàm số:. Các công thức trên có thể viết gọn là:. Công thức thứ hai trong hệ quả 1 có thể viết gọn là:. Độ co giãn của hàm số một biến số. Hàm có độ co giãn bất kì. Trong hai khái niệm đạo hàm và độ co giãn thì ở một số trường hợp, các nhà kinh tế làm việc với độ co giãn nhiều hơn là làm việc với đạo hàm. Vì sao vậy? Chúng ta hãy xét ví dụ để đi tìm câu trả lời cho câu hỏi này. Giả sử ta có đường cong cầu. Nếu ta quyết định tính bằng cent, thì ta có $. dP tính bằng dollar) và 2. Định nghĩa 5 (Tính lồi toàn cục). Cực trị của hàm số ứng dụng trong kinh tế. Điểm cực đại và điểm cực tiểu được gọi chung là điểm cực trị. Giá trị cực đại và giá trị cực tiểu được gọi chung là cực trị. 2) Hàm số f có thể đạt cực đại hoặc cực tiểu tại nhiều điểm trên tập hợp D Hàm số có thể không có cực trị trên một tập hợp số thực cho trước. 3) Đôi khi người ta cũng nói đến điểm cực trị của đồ thị.

Ứng dụng thuật toán tìm nghiệm tối ứu trong các bài toán về phép tính vi tích phân hàm một biến trong kinh tế

Xây dựng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp các bài toán tối ƣu về ứng dụng phép tính vi tích phân hàm một biến trong kinh tế. TC Q Q  Q  Hãy xác định mức thuế t trên một đơn vị sản phẩm để có thể thu được thuế nhiều nhất từ xí nghiệp.

ỨNG DỤNG ĐẠI SỐ TUYẾN TÍNH TRONG KINH TẾ

Các kiến thức liên quan

(tính phân phối phải của phép nhân đối với phép cộng);. iv) Với mọi. Cho ma trận Lũy thừa của ma trận được định nghĩa quy nạp như sau:. Nếu khác ma trận và tồn tại sao cho thì được gọi là ma trận lũy linh. Số bé nhất sao cho được gọi là cấp của ma trận lũy linh. iv) Nếu thì. Đổi hàng thành cột, cột thành hàng ta được ma trận mới gọi là ma trận chuyển vị của A kí hiệu là , At. Nếu A là ma trận đối xứng thì. Cho ma trận. i) Ma trận vuông cấp k được lập từ các phần tử nằm trên giao của dòng và cột của được gọi là ma trận con cấp của. ii) Ma trận có cấp thu được từ bằng cách bỏ đi dòng thứ và cột thứ được gọi là ma trận con của ứng với phần tử. Định thức của ma trận , kí hiệu là hay , là một số thực được định nghĩa quy nạp theo n như sau:. iii) Nếu thì trong đó. ii) Nếu đổi chỗ hai dòng (hai cột) cho nhau thì định thức đổi dấu. i) Định thức có hai dòng (hoặc hai cột) giống nhau thì bằng không;. ii) Nếu nhân một dòng (hoặc một cột) với số thực k thì định thức tăng lên lần. Cấp cao nhất của định thức con khác của ma trận được gọi là hạng của ma trận kí hiệu là hay rank( )A. Nếu là ma trận thì ta quy ước Tính chất 7. ii) Nếu thì. iii) Nếu là ma trận vuông cấp thì Định nghĩa 15. Trong một ma trận, phần tử khác đầu tiên từ trái sang phải của một dòng được gọi là phần tử cơ sở của dòng đó. Ma trận bậc thang là ma trận khác không có cấp thỏa hai điều kiện sau:. i) Các dòng bằng không ở phía dưới các dòng khác không;. ii) Phần tử cơ sở của một dòng bất kì nằm bên phải phần tử cơ sở của dòng ở phía trên dòng đó. Các phép biến đổi sơ cấp dòng i) Đổi chỗ 2 dòng cho nhau;. ii) Nhân một dòng cho một số khác. iii) Nhân một dòng cho một số bất kì rồi cộng vào dòng khác. Bằng cách thay dòng bằng cột ta có phép biến đổi sơ cấp trên cột. i) Các phép biến đổi sơ cấp không làm thay đổi hạng của ma trận;. ii) Một ma trận khác bất kì đều có thể đưa về dạng ma trân bậc thang sau một số hữu hạn các phép biến đổi sơ cấp;. iii) Tìm hạng của ma trận bằng phép biến đổi sơ cấp:. - Đưa ma trận cần tìm hạng về dạng bậc thang;. - Số dòng khác không của ma trận bậc thang chính là hạng của ma trận đã cho. Dạng tổng quát của hệ phương trình tuyến tính Định nghĩa 1. Hệ m phương trình đại số bậc nhất đối với ẩn có dạng tổng quát. trong đó là các ẩn số, a là hệ số ở phương trình thứ i của ẩn ij. Ma trận là ma trận hệ số của hệ. Ma trận là ma trận hệ số tự do, ma trận là ma trận. ẩn số của hệ. Khi đó hệ phương trình được viết dưới dạng. được gọi là nghiệm của hệ nếu q. Điều kiện tồn tại nghiệm. Xét hệ phương trình tuyến tính tổng quát. Gọi là ma trận hệ số mở rộng được xác định như sau. Một số phương pháp giải hệ phương trình tuyến tính a) Hệ Cramer.

Hình 2.1.Tích hai ma trận (Nguồn: tác giả)
Hình 2.1.Tích hai ma trận (Nguồn: tác giả)

Xây dựng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp bài toán tối ƣu trong kinh tế

    Tính các còn lại theo công thức. nghiệm tổng quát, ta được một nghiệm của hệ, kí hiệu ii) Tương tự. Xây dựng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp bài toán tối ƣu.

    Ứng dụng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp bài toán tối ƣu trong kinh tế

      Tính các còn lại theo công thức. nghiệm tổng quát, ta được một nghiệm của hệ, kí hiệu ii) Tương tự. ta thu được các nghiệm. Khi đó hệ nghiệm được gọi là hệ nghiệm cơ bản của hệ thuần nhất. Xây dựng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp bài toán tối ƣu. Lập ma trận biểu diễn doanh thu bán hàng của công ti vào tháng 1 và tháng 2 năm 2021. Lập ma trận. Gọi A là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng 1 của công ti. Gọi B là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng 2 của công ti. Thực hiện các phép toán của ma trận và rút ra kết luận Ma trận biểu diễn doanh thu bán hàng của công ti trong tháng 1 là. Ma trận biểu diễn doanh thu bán hàng của công ti trong tháng 2 là. Một công ti có 2 cửa hàng, bán bốn mặt hàng là chăn, ga, gối đệm. Lập ma trận. Gọi A là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng 1 của công ti. Gọi B là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng 2 của công ti. Thực hiện các phép toán của ma trận và rút ra kết luận. Gọi D là ma trận biểu diễn lượng hàng tồn kho năm 2020. Giả sử doanh số bán hàng trong mỗi tháng của đại lí là như nhau được cho bởi bảng sau. Lập ma trận biểu diễn doanh số bán hàng cả năm của đại lí. Gọi A là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng mỗi tháng của đại lí. Lập ma trận biểu diễn doanh thu bán hàng trong tháng 1 và tháng 2 năm 2021. Gọi A là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng 1 của công ti. Gọi B là ma trận biểu diễn doanh số bán hàng tháng 2 của công ti. Ứng dụng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp các bài toán về cách giải hệ phương trình tuyến tính trong kinh tế. Cho biết hàm cung và hàm cầu của thị trường hai loại hàng hóa là:. a Khi thị trường cân bằng hãy thiết lập hệ phương trình tuyến tính với ẩn số là P1 và P2. b Xác định giá và lượng cân bằng của hai mặt hàng. Lập hệ phương trình. a) Khi thị trường cân bằng ta có hệ phương trình. Tìm điểm cân bằng của mô hình kinh tế. b) Giải hệ phương trình, ta có giá cân bằng của hai mặt hàng là:. Lượng cân bằng của hai mặt hàng là. Xét hệ mô hình ISLM với. b Giải mô hình bằng phương pháp Cramer; ). c Nếu chi tiêu chính phủ tăng 1) đơn vị thì thu nhập cân bằng thay đổi như thế nào?. Lập hệ phương trình a) Phương trình đường IS là. Phương trình đường LM là:. Tìm điểm cân bằng của mô hình kinh tế b) Giải mô hình bằng phương pháp Cramer. Tìm lượng sản phẩm cần thiết để thỏa mãn nhu cầu của ngành mở (đơn vị tính bằng triệu USD).

      PHÉP TÍNH VI PHÂN HÀM NHIỀU BIẾN ỨNG DỤNG TRONG KINH TẾ

      Các kiến thức liên quan 1. Hàm nhiều biến

      Để đảm bảo cho nghiệm giải được từ điều kiện bậc nhất x1*, x*2, .., xn* là cực đại (hay cực tiểu) toàn cục, ta khụng nhất thiết phải dựng đến tớnh lừm (hay lồi) mà ta chỉ cần dựng một điều kiện yếu hơn là tớnh giả lừm (hay giả lồi). Tối ưu có điều kiện (cực trị ràng buộc). Hàm Lagrange Định lí 1. Muốn tìm cực đại hoặc cực tiểu của hàm mục tiêu. với ràng buộc. thì hàm Lagrange xác định bởi công thức. - Đễ giải quyết được điều kiện bậc nhất ta phải tìm được *. - Phương trình thứ nhất của điều kiện bậc nhất. Điều kiện bậc hai. Cũng như cực trị tự do, bất kì một nghiệm nào của điều kiện bậc nhất hoặc là cực đại hoặc là cực tiểu. đại hay cực tiểu địa phương bằng cách kiểm tra ma trận Hessian của hàm Lagrange. - Hàm Lagrange tuyến tính theo  nên ta có. Điều này kộo theo rằng, điều kiện bậc hai sẽ khụng giống như với cực trị tự do. Hay một cách khác, ta thấy. Chỉ đến định thức con chính cấp 3 của ma trận Hessian mới bắt đầu cho chúng ta biết chút ít thông tin về cực đại hay cực tiểu. Cụ thể, đặt.  sẽ là cực đại địa phương có ràng buộc nếu. M  và là cực tiểu địa phương có ràng buộc nếu. Xây dựng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp các bài toán tối ƣu về ứng dụng cực trị có điều kiện của hàm nhiều biến trong kinh tế. Lập hàm Lagrange. Lập hàm nhiều biến Lagrange. Hàm Lagrange có thể là hàm sản xuất, hàm lợi ích tiêu dùng, … Hàm Lagrange xác định bởi công thức. Tìm điểm nghi ngờ cực trị. Tìm điểm nghi ngờ cực trị bằng cách giải hệ phương trình. Lập ma trận Hessian. Lập ma trận Hessian của hàm Lagrange. +) Nếu n 2 thì nghiệm của điều kiện bậc nhất của hàm Lagrange.

      Ứng dụng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp các bài toán tối ƣu về ứng dụng cực trị có điều kiện của hàm nhiều biến trong kinh tế

      +) Nếu n 2 thì nghiệm của điều kiện bậc nhất của hàm Lagrange.  sẽ là cực đại địa phương có ràng buộc nếu. M  và là cực tiểu địa phương có ràng buộc nếu. Ứng dụng thuật toán tìm nghiệm tối ƣu cho một lớp các bài toán tối ƣu. Mục tiêu của doanh nghiệp là cực tiểu hóa chi phí khi sản xuất Q sản phẩm. Vì thê hàm mục tiêu là chi phí:. Hãy tìm điểm nghi ngờ cực trị của hàm WLRK. Điểm này là điểm cực tiểu địa phương hay không? Vì sao?. Lập hàm Lagrange. Lập hàm Lagrange. Tìm điểm nghi ngờ cực trị Ta có điều kiện bậc nhất là. Sử dụng hàm ln  chuyển hệ phương trình về hệ phương trình tuyến tính 3 ẩn như sau:. Ta có thể viết ở dạng ma trận. Ta thấy rằng. Áp dụng quy tắc Cramer, ta được. Từ các kết quả này, ta rút ra. Vậy ta cần làm với hàm chi phí của doanh nghiệp là. Lập ma trận Hessian Ma trận Hessian là. Để hàm số đạt cực tiểu thì định thức. Một hộ gia đình có hàm lợi ích tiêu dùng với hai loại hàng hóa như sau:. a Lập hàm Lagrange để tìm cực trị hàm lợi ích trong điều kiện ràng buộc ngân sách cho tiêu dùng. b Tìm gói hàng cực đại của hàm lợi ích. c Khi ngân sách tiêu dùng tăng 1 đơn vị thì mức lợi ích cực đại tăng bao nhiêu đơn vị?. Lập hàm Lagrange. Tìm điểm nghi ngờ cực trị. Điều kiện cần: Tìm điểm dừng. Đạo hàm cấp hai:. Lập ma trận Hessian Lập ma trận Hessian. Định thức của ma trận Hessian. Khi ngân sách tiêu dùng tăng lên 1 đơn vị thì giỏ giá trị lợi ích cực đại tăng lên một lượng xấp xỉ bằng  1, 2 đơn vị. a Hãy đánh giá hiệu quả của việc tăng quy mô sản xuất. b Giả sử thuế thuê một đơn vị vốn là 4USD, giá thuê một đơn vị lao động là 3USD và doanh nghiệp tiến hành sản xuất với ngân sách cố định là 1050USD. Hãy cho biết doanh nghiệp đó sử dụng bao nhiêu đơn vị vốn và bao nhiêu đơn vị lao động thì thu được sản lượng tối đa?. a) Hàm có dạng Cobb-Doughlass. Doanh nghiệp cần sử dụng 150 đơn vị vốn và 150 đơn vị lao động để thu được sản lượng tối đa là.