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Nonlinear Programming |
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Quadratic Simplex Method
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| H(x) = | d2f(x)/dx12 | d2f(x)/dx1.dx2 |
| d2f(x)/dx1.dx2 | d2f(x)/dx22 |
| H(x) = | 2 | 0 |
| 0 | 2 |
| I = | 1 | 0 |
| 0 | 1 |
| l(I) | l | 0 |
| 0 | l |
| H(x) l(I) | 2 | 0 |
|
l | 0 |
| 0 | 2 | 0 | l |
| H(x) l(I) | 2 l | 0 |
| 0 | 2 l |
Determinant of H(x) l(I) = 0
( 2 l ) X ( 2
l ) 0 X 0 = 0
l2 + 4l
+ 4 = 0
l2 + 2l
+ 2l + 4 = 0
l(l
+ 2) + 2(l + 2) = 0
l = 2
Since l is negative, the given problem has a concave objective function.
f (x, l ) = 2x1 + 3x2 x12 x22 + l1(2 x1 x2) + l2(3 2x1 x2)
Differentiate w.r.t. x1
f x1 = 2 2x1
l1 2l2
= m1.....(i)
Differentiate w.r.t. x2
f x2 = 3 2x2
l1 l2
= m2.....(ii)
Where m1 and m2
are surplus variables.
x1, x2, l1,
l2, m1,
m2 ³
0
m1x1 = 0, m2x2
= 0
Differentiate w.r.t. l 1
f l1
= 2 x1 x2 = S1.....(iii)
Differentiate w.r.t. l 2
f l2
= 3 2x1 x2 = S2.....(iv)
Where S1 and S2 are slack variables.
l1S1 = 0, l2S2 = 0
From equations (i), (ii), (iii) & (iv), we get
2x1 + l1 + 2l2
m1 = 2
2x2 + l1
+ l2 m2
= 3
x1 + x2 + S1 = 2
2x1 + x2 + S2 = 3
Introducing artificial variables A1and A2 to the first two equations to obtain a feasible solution of the problem.
Maximize A1 A2
subject to
2x1 + l1 + 2l2
m1 + A1
= 2
2x2 + l1
+ l2 m2
+ A2 = 3
x1 + x2 + S1 = 2
2x1 + x2 + S2 = 3
Now, we solve the above problem by Simplex method.
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cj | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| cB | Basic variables B |
x1 | x2 | m1 | m2 | S1 | S2 | l1 | l2 | A1 | A2 | Solution values b (=XB) |
| 1 | A1 | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 1 | 0 | 2 |
| 1 | A2 | 0 | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 3 |
| 0 | S1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 |
| 0 | S2 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 |
| zjcj |
|
2 | 2 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2 | 3 | 0 | 0 |
|
If we ensure that the pairs ( li,
Si) and (mj,
xj) are not basic variables simultaneously then the conditions
Sili
= 0 and xjmj
= 0 will be automatically satisfied.
Although zj cj is lowest corresponding
to l2
column, it cant be made a basic variable as S2 is already
a basic variable. Hence, A1 departs and x1
enters.
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cj | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| cB | Basic variables B |
x1 | x2 | m1 | m2 | S1 | S2 | l1 | l2 | A2 | Solution values b (=XB) |
| 0 | x1 | 1 | 0 | 1/2 | 0 | 0 | 0 | 1/2 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | A2 | 0 | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 3 |
| 0 | S1 | 0 | 1 | 1/2 | 0 | 1 | 0 | 1/2 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | S2 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 2 | 0 | 1 |
| zjcj |
|
0 | 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
|
|
|
cj | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| cB | Basic Variables B |
x1 | x2 | m1 | m2 | S1 | S2 | l1 | l2 | A2 | Solution values b (=XB) |
| 0 | x1 | 1 | 0 | 1/2 | 0 | 0 | 0 | 1/2 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | A2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 2 | 0 | 2 | 3 | 1 | 1 |
| 0 | x2 | 0 | 1 | 1/2 | 0 | 1 | 0 | 1/2 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | S2 | 0 | 0 | 1/2 | 0 | 1 | 1 | 1/2 | 1 | 0 | 0 |
| zjcj |
|
0 | 0 | 1 | 1 | 2 | 0 | 2 | 3 | 0 |
|
Since S2 is a basic variable, l2
cant be made a basic variable.
Therefore, the variable A2 departs and l1
enters.
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cj | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| cB | Basic variables B |
x1 | x2 | m1 | m2 | S1 | S2 | l1 | l2 | Solution values b (=XB) |
| 0 | x1 | 1 | 0 | 1/4 | 1/4 | 1/2 | 0 | 0 | 1/4 | 3/4 |
| 0 | l1 | 0 | 0 | 1/2 | 1/2 | 1 | 0 | 1 | 3/2 | 1/2 |
| 0 | x2 | 0 | 1 | 1/4 | 1/4 | 1/2 | 0 | 0 | 1/4 | 5/4 |
| 0 | S2 | 0 | 0 | 1/4 | 1/4 | 3/2 | 1 | 0 | 1/4 | 1/4 |
| zjcj |
|
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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The values for x1 and x2 are 3/4
and 5/4 respectively.
The associated optimal value of the objective function is f(x) = 2 X
3/4 + 3 X 5/4 (3/4)2 (5/4)2 = 25/8