Geometrisk summa och linjär optimering
Kapitel 4 knyter ihop två centrala verktyg: geometriska summor för tillväxt/minskning och linjär optimering för beslut under begränsningar. Här får du både teori, tillämpningar och interaktiva labb.
På den här sidan
Bakgrund
Kapitel 4 handlar om två verktyg. Geometriska summor används när något ändras med samma faktor varje gång, till exempel ränta på ränta eller en boll som studsar allt lägre. Linjär optimering används för att fatta det bästa beslutet när resurserna är begränsade, till exempel hur mycket av två produkter en fabrik ska tillverka.
Teori
1. Geometrisk talföljd och summa
I en geometrisk talföljd får man nästa tal genom att multiplicera med samma tal , kvoten. Med första termen blir följden
Summan av de första termerna är
Om blir termerna allt mindre, och summan av oändligt många termer är .
Viktigt
Identifiera alltid första termen och kvoten. Blanda inte ihop geometriska följder, där man multiplicerar, med aritmetiska, där man adderar.
2. Linjär optimering
Ett problem i linjär optimering har en målfunktion, till exempel vinsten , och villkor i form av linjära olikheter. Villkoren bildar tillsammans ett tillåtet område i koordinatsystemet.
- Rita alla randlinjer.
- Bestäm vilken sida av varje linje som är tillåten.
- Bestäm områdets hörnpunkter.
- Beräkna målfunktionen i varje hörnpunkt.
- Välj det största (eller minsta) värdet.
Hörnpunktsmetoden
Om problemet har en bästa lösning finns den i en hörnpunkt av det tillåtna området.
Exempel och tillämpningar
Exempel 1: Geometrisk summa
Uppgift: Beräkna summan med summaformeln.
Lösning
Steg 1. Första termen är 3 och varje term är dubbelt så stor som den förra, så . Det finns 5 termer.
Steg 2. Sätt in i formeln.
Svar: Summan är 93.
Exempel 2: Störst vinst
Uppgift: En fabrik tillverkar enheter av produkt A och enheter av produkt B. Villkoren är , , och . Vinsten är kr. Bestäm den största vinsten.
Lösning
Steg 1. Hörnpunkterna är , och på axlarna, samt skärningen mellan de två linjerna.
Steg 2. Bestäm : av följer . Sätt in i den andra ekvationen.
Steg 3. Beräkna vinsten i hörnen.
Svar: Störst vinst, 200 kr, fås i , alltså med 0 enheter av A och 4 enheter av B.
Vågrät axel: x
Varje ruta motsvarar 1 på den vågräta axeln. På den lodräta axeln motsvarar en ruta 1.
- Heldragen:
- Streckad:
Skuggat område: det tillåtna området, från till .
Markerade punkter (ungefär):
- O: (0; 0)
- A: (4; 0)
- B: (3; 2)
- C: (0; 4)
Exempel 3: Studsande boll
Uppgift: En boll släpps från 10 m höjd. Efter varje studs når den 80 procent av den förra höjden. Hur lång sträcka färdas bollen totalt, om den studsar i all oändlighet?
Lösning
Steg 1. Bollen faller först 10 m. Sedan går den upp och ned höjderna 8 m, 6,4 m och så vidare. Varje höjd räknas två gånger.
Steg 2. Parentesen är en oändlig geometrisk summa med och .
Steg 3. Sätt in.
Svar: Bollen färdas totalt 90 m.
Interaktiva funktioner
Geometrisk summa
Välj första term , kvot och antal termer .
Första term:
Kvot:
Antal termer:
Termerna:
Hörnpunktsmetoden
Samma område som i exempel 2. Ändra vinsten per enhet och se vilken hörnpunkt som blir bäst.
Vinst per enhet A:
Vinst per enhet B:
| Hörn | Koordinater | Vinst |
|---|---|---|
| O | ||
| A | ||
| B | ||
| C (bäst) |
Störst vinst ger hörnpunkt C, , med kr.
Vanliga misstag
- Att blanda ihop aritmetiska och geometriska följder.
- Att räkna fel antal termer i en geometrisk summa.
- Att glömma ett villkor, till exempel .
- Att räkna målfunktionen i punkter som inte är hörn, eller att missa en hörnpunkt.
Vanliga frågor
Fördjupning och tillämpningar
- Simplexmetoden: en räknemetod för optimeringsproblem med många variabler.
- Ekonomi: geometriska summor används för sparande och lån med ränta.
- Logistik: transportproblem är linjära optimeringsproblem med många villkor.
Viktigt att tänka på
Kontrollera att modellen stämmer med verkligheten och tolka alltid resultatet i sammanhanget.
Testa dig själv1/3
Vilken kvot har den geometriska talföljden 5, 15, 45, 135?
Övningsuppgifter
- En geometrisk talföljd har och . Beräkna summan av de sex första termerna.
- En oändlig geometrisk summa är 12 och kvoten är 0,4. Bestäm första termen.
- Beräkna den största vinsten i exempel 2 om vinsten i stället är .
Svar
- ger
- Hörnen ger 0, 240, 220 och 80. Största vinsten är 240 kr i .
Testa att du förstått
Träna uppgifter i geometri för Matematik 3. Du får facit och förklaring direkt.