מציאת ערך הקיצון בשיטת הקודקודים

30%
📖שיעור
50 דקות

מציאת ערך הקיצון בשיטת הקודקודים

ערך הקיצון של פונקציה ליניארית מתקבל תמיד בקודקוד. נלמד את שיטת הקודקודים: להציב כל קודקוד בפונקציית המטרה, להשוות, ולבחור את המקסימום או המינימום הנדרש.

מציאת ערך הקיצון בשיטת הקודקודים

מבוא

מטרות השיעור

  • להבין מדוע ערך הקיצון של פונקציה ליניארית מתקבל בקודקוד של התחום
  • ליישם את שיטת הקודקודים: הצבת כל קודקוד בפונקציית המטרה והשוואת הערכים
  • לבחור נכון בין מקסימום (בעיית רווח) למינימום (בעיית עלות)
  • להבחין בין הקודקוד האופטימלי (הנקודה) לבין ערך הקיצון (הערך של הפונקציה)

הרעיון המרכזי

שיטת הקודקודים (CornerPointMethod)(Corner-Point Method)

פונקציית המטרה f(x,y)=ax+by היא ליניארית. קווי הרמה שלה (ax+by=k עבור ערכים שונים של k) הם ישרים מקבילים. כשמזיזים קו רמה על פני התחום, הערך k גדל או קטן עד שהקו "נוגע" בתחום בפעם האחרונה — וזה קורה תמיד בקודקוד.

לכן השיטה היא:

  1. מוצאים את כל קודקודי התחום האפשרי.
  2. מציבים את שיעורי כל קודקוד בפונקציית המטרה.
  3. משווים את הערכים ובוחרים את המקסימום או המינימום הנדרש.

מקסימום או מינימום?

הדרישה בשאלה קובעת איזה קיצון מחפשים:

  • רווח, הכנסה, תפוקה — מחפשים את הקודקוד עם הערך הגדול ביותר (מקסימום).
  • עלות, הוצאה, זמן, כמות חומר — מחפשים את הקודקוד עם הערך הקטן ביותר (מינימום).

הקודקוד אינו הערך

הקודקוד האופטימלי הוא נקודה (x,y) — התשובה ל"כמה לייצר מכל סוג". ערך הקיצון הוא המספר f(x,y) — התשובה ל"מהו הרווח/העלות". שימו לב לאיזו מהשתיים השאלה מבקשת.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: הצבת קודקוד בפונקציית המטרה

פונקציית המטרה f(x,y)=3x+2yf(x,y)=3x+2y. מהו ערכה בקודקוד (4,5)(4, 5)?

1

שלב 1 — מציבים

f(4,5)=34+25f(4, 5)=3 \cdot 4+2 \cdot 5.

דוגמה 2: השוואת קודקודים — מקסימום

קודקודים (0,0),(5,0),(3,4),(0,6)(0,0), (5,0), (3,4), (0,6). מהו המקסימום של f=4x+5yf=4x+5y?

1

שלב 1 — מציבים כל קודקוד

f(0,0)=0;f(5,0)=20;f(3,4)=12+20=32;f(0,6)=30f(0,0)=0; f(5,0)=20; f(3,4)=12+20=32; f(0,6)=30.
תשובה מספרית

קודקודי התחום הם (0,0),(5,0),(3,4)(0, 0), (5, 0), (3, 4) ו-(0,6)(0, 6). מהו הערך המקסימלי של פונקציית המטרה f=4x+5yf=4x+5y בתחום?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 3: בעיית מינימום — עלות

קודקודים (2,6),(8,1),(5,2)(2,6), (8,1), (5,2). מהו המינימום של פונקציית העלות f=2x+3yf=2x+3y?

1

שלב 1 — מציבים כל קודקוד

f(2,6)=4+18=22;f(8,1)=16+3=19;f(5,2)=10+6=16f(2,6)=4+18=22; f(8,1)=16+3=19; f(5,2)=10+6=16.
תשובה מספרית

פונקציית המטרה היא f(x,y)=3x+2yf(x, y)=3x+2y. מהו ערכה בקודקוד (4,5)(4, 5)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

תשובה מספרית

קודקודי התחום הם (2,6),(8,1)(2, 6), (8, 1) ו-(5,2)(5, 2). מהו הערך המינימלי של פונקציית העלות f=2x+3yf=2x+3y בתחום?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: בעיה שלמה — מפעל שוקולד

מפעל מייצר x ק״ג שוקולד חלב (רווח 10 ₪) ו-y ק״ג מריר (רווח 12 ₪). אילוצים: 2x+3y12,2x+y8,x,y02x+3y \le 12, 2x+y \le 8, x,y \ge 0. מהו הרווח המקסימלי?

1

שלב 1 — קודקודים על הצירים

ראשית (0,0)(0,0). על ציר ה-x הקובע הוא 2x+y8(4,0)2x+y \le 8 ⟸ (4,0). על ציר ה-y הקובע הוא 2x+3y12(0,4)2x+3y \le 12 ⟸ (0,4).
תשובה מספרית

מפעל מייצר x ק"ג שוקולד חלב (רווח 10 ₪ לק"ג) ו-y ק"ג שוקולד מריר (רווח 12 ₪ לק"ג). מגבלות המכונות נותנות את האילוצים 2x+3y122x+3y \le 12 ו-2x+y82x+y \le 8, וכן x0,y0x \ge 0, y \ge 0. מהו הרווח המקסימלי (ב-₪) שהמפעל יכול להשיג?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: מחפשים את הקיצון בנקודה פנימית או באמצע צלע

טעות: מנסים נקודה פנימית כמו (2,2).

נכון: מציבים רק קודקודים — שם מתקבל הקיצון.

למה זה קורה?

חושבים שאולי 'באמצע' מתקבל ערך טוב יותר.

איך מתקנים?

לפונקציה ליניארית הקיצון מתקבל תמיד בקודקוד. די לבדוק את הקודקודים בלבד.

טעות נפוצה: מציבים רק חלק מהקודקודים

טעות: בודקים רק (4,0) ו-(0,4) ומפספסים את (3,2) שבו הרווח גבוה יותר.

נכון: מציבים את כל ארבעת הקודקודים — (3,2) נותן 54.

למה זה קורה?

מפסיקים אחרי שני קודקודים ובוחרים מקסימום מתוך רשימה חלקית.

איך מתקנים?

חובה להציב את כל הקודקודים. הקודקוד האופטימלי עלול להיות דווקא זה ששכחתם.

טעות נפוצה: מבלבלים בין הקודקוד לערך הקיצון

בדוגמת השוקולד: הקודקוד הוא (3,2), אך הרווח המקסימלי הוא 54 ₪.

למה זה קורה?

עונים בנקודה כשמבקשים ערך, או להפך.

איך מתקנים?

הקודקוד הוא הנקודה (x, y) ('כמה לייצר'); ערך הקיצון הוא המספר f(x, y) ('מהו הרווח').

סיכום

מה למדנו?

שיטת הקודקודים:

  1. ערך הקיצון של פונקציה ליניארית מתקבל תמיד בקודקוד.
  2. מציבים את כל הקודקודים בפונקציית המטרה.
  3. משווים ובוחרים מקסימום (רווח) או מינימום (עלות).
  4. הקודקוד הוא הנקודה; ערך הקיצון הוא הערך של הפונקציה בנקודה זו.

בשיעור הבא נבחין בין תחום סגור, פתוח ומשולב, ונראה כיצד סוג התחום קובע אילו ערכי קיצון בכלל קיימים!


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על שיטת הקודקודים ומציאת ערך הקיצון!

תרגול