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Programmazione Lineare: Introduzione e Metodo Grafico, Slide di Matematica

PROGRAMMAZIONE LINEARE PROGRAMMAZIONE_LINEARE

Tipologia: Slide

2021/2022

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PROGRAMMAZIONE LINEARE
In economia capita spesso di dover distribuire delle risorse fra più
attività, in modo da ottenere il massimo profitto o il minimo costo.
E’ il caso dell’utilizzo nella produzione di più macchine con diverse
caratteristiche o di lavoratori con diverse specializzazioni oppure
diversi orari di lavoro. Di problemi di questa natura si occupa la
Ricerca Operativa (R.O.), che è un metodo scientifico specializzato
nel settore, e che cerca di risolverli utilizzando tecniche e metodi
matematici. Spesso, tali problemi sono di notevole complessità e
non possono essere trattati tutti in ambito scolastico. Alcuni però si
prestano a facili esemplificazioni e sono oggetto di studio di un
ramo molto importante della ricerca operativa, che va sotto il nome
di Programmazione lineare (P.L.).
Parliamo di programmazione lineare quando il problema
economico si traduce in un problema di scelta in condizioni di
certezza e con effetti immediati.
Il modello matematico della programmazione lineare è costituito
da:
1. Una funzione obiettivo lineare del tipo z=ax+by+c in due
variabili, della quale si vuole determinare il massimo o il minimo;
2. Un sistema di vincoli che possono essere:
a) tecnici (cioè vincoli dettati dalla struttura produttiva o da
esigenze economiche) espressi da equazioni o disequazioni lineari
nelle due variabili x ed y;
b) di segno che garantiscono la non negatività delle variabili
(ricordiamo che in questi problemi non ha senso parlare di
grandezze negative).
Per risolvere i problemi di programmazione lineare si utilizzano
vari metodi come:
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PROGRAMMAZIONE LINEARE

In economia capita spesso di dover distribuire delle risorse fra più attività, in modo da ottenere il massimo profitto o il minimo costo. E’ il caso dell’utilizzo nella produzione di più macchine con diverse caratteristiche o di lavoratori con diverse specializzazioni oppure diversi orari di lavoro. Di problemi di questa natura si occupa la Ricerca Operativa (R.O.), che è un metodo scientifico specializzato nel settore, e che cerca di risolverli utilizzando tecniche e metodi matematici. Spesso, tali problemi sono di notevole complessità e non possono essere trattati tutti in ambito scolastico. Alcuni però si prestano a facili esemplificazioni e sono oggetto di studio di un ramo molto importante della ricerca operativa, che va sotto il nome di Programmazione lineare (P.L.). Parliamo di programmazione lineare quando il problema economico si traduce in un problema di scelta in condizioni di certezza e con effetti immediati. Il modello matematico della programmazione lineare è costituito da:

  1. Una funzione obiettivo lineare del tipo z=ax+by+c in due variabili , della quale si vuole determinare il massimo o il minimo;
  2. Un sistema di vincoli che possono essere : a) tecnici (cioè vincoli dettati dalla struttura produttiva o da esigenze economiche) espressi da equazioni o disequazioni lineari nelle due variabili x ed y ; b) di segno che garantiscono la non negatività delle variabili (ricordiamo che in questi problemi non ha senso parlare di grandezze negative). Per risolvere i problemi di programmazione lineare si utilizzano vari metodi come:

Il metodo grafico, utilizzato prevalentemente quando la funzione obiettivo dipende da due variabili; Il metodo algebrico e il metodo del simplesso, utilizzato in caso di funzioni obiettivo con più di due variabili. METODO GRAFICO In generale, per risolvere un problema di programmazione lineare: Individuiamo la funzione obiettivo lineare z=ax+by+c (in alcuni esercizi, più semplici, c=0); Una funzione lineare a due variabili, ricordiamo, dà luogo in uno spazio tridimensionale ad una superficie corrispondente ad un piano ; Costruiamo il sistema di vincoli tecnici e di segno; Risolviamo il sistema dei vincoli, rappresentandolo nel piano cartesiano. I vincoli daranno luogo ad un poligono convesso (regione chiusa) o ad una regione poligonale illimitata detta “troncone. Tale poligono o regione poligonale viene denominato regione delle soluzioni ammissibili o dominio dei vincoli; per un noto teorema ( teorema di Wierstrass ), se il dominio dei vincoli è un poligono convesso , esistono sia il massimo che il minimo assoluto della funzione. Tali punti non possono essere interni al poligono convesso, poiché la funzione essendo un piano nello spazio tridimensionale non ha massimi e minimi liberi (cioè interni), ma tali punti possono essere solo sulla frontiera. La frontiera, a sua volta, è costituita da segmenti e il massimo e il minimo della funzione su un segmento si trovano agli estremi del segmento stesso, che sono i vertici del poligono. Se due vertici consecutivi assumono lo stesso valore massimo (o minimo), la funzione è costante su tutto il lato (o segmento che unisce i due vertici) e pertanto ha infiniti massimi (o minimi) in tutti i punti del lato; Se il dominio dei vincoli è una regione poligonale illimitata può esistere o il massimo assoluto o il minimo assoluto.

Si vede che il piano passante per il vertice R è il primo ad incontrare i punti del poligono e quello passante per V è l’ultimo all’aumentare dei valori di Z. Proiettando il poligono e le rette sul piano Oxy otteniamo il poligono ABCDE e le linee di livello a, b, e, d, c Determiniamo le coordinate dei vertici della regione ammissibile ( chiamate soluzioni ammissibili di base ); Si traccia la linea di livello corrispondente a z=0 (detta retta guida); Determiniamo il vettore OH (che è sempre perpendicolare alla retta guida e quindi avrà un coefficiente angolare opposto e reciproco a quello della retta guida) che indica in quale direzione cresce la funzione obiettivo. Il vettore OH parte sempre dall’origine O e passa per il punto H(a, b) dove a e b sono i coefficienti della funzione lineare z. Una volta tracciato il vettore si parte dalla prima linea di livello (per z=0 ) e in modo parallelo ma seguendo la direzione del vettore OH si possono idealmente tracciare tutte le altre linee di livello (allo stesso risultato saresti pervenuto dando a z valori crescenti) Imponiamo il passaggio della funzione obiettivo per i vertici del poligono che rappresenta la regione ammissibile, ottenendo tutte le linee di livello parallele alla retta guida e i corrispondenti valori di z. Interpretiamo la figura per determinare il massimo o il minimo richiesto dalla funzione obiettivo.

Possibili Casi