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문제 3 · 라그랑제 승수법 (3변수) ​

문제 3 [4점]

함수 f(x,y,z)=x2+2y2+3z2에 대해, 제약 조건 x+y+z=1 하에서 최적점을 구하고 이 최적점이 최대인지 최소인지 판별하시오.

풀이 및 해설

라그랑제 함수 L=x2+2y2+3z2+λ(x+y+z−1)의 정류 조건:

2x+λ=0,4y+λ=0,6z+λ=0

따라서 x=−λ2, y=−λ4, z=−λ6. 제약에 대입하면

−λ(12+14+16)=1 ⟹ −λ⋅1112=1 ⟹ λ=−1211 (x,y,z)=(611,311,211) f=(611)2+2(311)2+3(211)2=36+18+12121=66121=611≈0.545

판별 — 목적함수의 헤세 H=diag(2,4,6)은 고윳값이 모두 양수(양의 정부호)이므로 정류점은 최소이다. 제약 평면 위에서 원점에서 멀어지면 f→∞이므로 유한한 최댓값은 없다.

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