
拉格朗日乘子(Lagrange multiplier)是數學優化理論中的核心工具,用于求解帶約束條件的極值問題。其漢英對照定義為:在約束條件 ( g(x)=0 ) 下,使目标函數 ( f(x) ) 取得極值的點處,存在标量λ使得梯度滿足 ( abla f = lambda abla g ) 。該乘子λ即為拉格朗日乘子,反映了約束條件對目标函數的邊際影響率(來源:Princeton University Press《非線性規劃》第2章)。
從幾何角度解釋,拉格朗日乘子表示目标函數等高線與約束曲面相切時的比例系數。以三維空間為例,當約束曲面 ( g(x,y,z)=0 ) 與目标函數 ( f(x,y,z) ) 的等高面相切時,兩曲面的法向量呈比例關系,該比例系數即為λ(來源:MIT OpenCourseWare 18.02SC Multivariable Calculus)。
該方法廣泛應用于:
需注意該方法的適用條件:僅當約束條件滿足約束規範(constraint qualification)時成立,特别是在非凸優化中可能存在局限性(來源:Boyd & Vandenberghe《Convex Optimization》第5章)。
拉格朗日乘子是優化問題中處理約束條件的核心工具,用于尋找函數在特定約束下的極值。以下從數學原理和幾何意義兩方面詳細解釋:
abla_{mathbf{x}} L = 0 g(mathbf{x}) = 0 end{cases} $$ 得到極值候選點,其中(lambda)即為拉格朗日乘子。
abla f = lambda abla g $$ 乘子(lambda)的絕對值表示約束條件對目标函數的影響強度,符號指示方向關系。
應用示例
求( f(x,y)=x+y )在單位圓( x+y=1 )上的最大值:
該方法的擴展形式(KKT條件)可處理不等式約束,廣泛應用于經濟學影子價格分析、工程優化設計等領域。乘子的數值大小直接表征約束條件的資源稀缺性程度。
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