Lição 13 — Multiplicadores de Lagrange — Uma Restrição
Método dos multiplicadores de Lagrange para otimização com uma restrição igualdade: condição de colinearidade dos gradientes, interpretação geométrica e exemplos clássicos.
Used in: Cálculo 3 — Unidade 2 · USP MAT0216 · ITA MA-013
No extremo condicionado, os gradientes de e da restrição são paralelos: . O escalar é o multiplicador de Lagrange e mede a sensibilidade do ótimo ao afrouxamento da restrição.
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
Teorema de Lagrange e condições necessárias
Enunciado
Seja de classe . Se é extremo de restrito à superfície , e (ponto regular da restrição), então existe tal que:
Prova (esboço): em , qualquer direção tangente à superfície () deve satisfazer (caso contrário poderia aumentar/diminuir ao longo de ). Logo , e como também é normal a , eles são paralelos.
Sistema de equações
Para otimizar com , resolva as equações:
nas incógnitas .
Interpretação do multiplicador
onde : o multiplicador mede quanto o ótimo muda ao relaxar a restrição para .
Lagrangiano
Pontos críticos de em relação a todas as variáveis (incluindo ) reproduzem as condições de Lagrange: e .
Exemplos resolvidos
Exercícios
Bloco A — Aplicação do método
Bloco B — Problemas geométricos e físicos
Bloco C — Nível ITA/USP
To continue
- Stewart, J. — Cálculo, vol. 2, §14.8 — Cengage, 8ª ed.
- Guidorizzi, H.L. — Um Curso de Cálculo, vol. 2, §5.3 — LTC, 5ª ed.
- Apostol, T.M. — Calculus, vol. 2, §9.5–9.6 — Wiley, 2ª ed.
- Thomas, G.B. — Cálculo, vol. 2, §14.8 — Pearson, 14ª ed.
- Lima, E.L. — Análise no Espaço Rⁿ, §6 — IMPA, 3ª ed.