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ゲーム理論NEXT 線形計画問題第2回 -双対問題と双対定理-
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1.
2
2.
1. 2.
3.
1. (a) (b) 2. (a) (b)
4.
5.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0
6.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
7.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
8.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 n x1, x2, ⋯, xn m y1, y2, ⋯, ym min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
9.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 m n min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
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max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
11.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 aij → aji min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
12.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
13.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
14.
xA xB max 10000xA
+ 20000xB s . t . 3xA + 2xB ≤ 18 2xA + 8xB ≤ 52 xA ≥ 0, xB ≥ 0 min 18y1 + 52y2 s . t . 3y1 + 2y2 ≥ 10000 2y1 + 8y2 ≥ 20000 y1 ≥ 0, y2 ≥ 0
15.
max 10000xA +
20000xB s . t . 3xA + 2xB ≤ 18 2xA + 8xB ≤ 52 xA ≥ 0, xB ≥ 0 xA xB 9 6 k = 10000xA + 20000xB 26 (2, 6) k′ = k 20000 min 18y1 + 52y2 s . t . 3y1 + 2y2 ≥ 10000 2y1 + 8y2 ≥ 20000 y1 ≥ 0, y2 ≥ 0 y2 5000 10000 3 k 52 2500 k = 18y1 + 52y2 (2000, 2000)
16.
max 10000xA +
20000xB s . t . 3xA + 2xB ≤ 18 2xA + 8xB ≤ 52 xA ≥ 0, xB ≥ 0 xA xB 9 6 k = 10000xA + 20000xB 26 (2, 6) k′ = k 20000 min 18y1 + 52y2 s . t . 3y1 + 2y2 ≥ 10000 2y1 + 8y2 ≥ 20000 y1 ≥ 0, y2 ≥ 0 y2 5000 10000 3 k 52 2500 k = 18y1 + 52y2 (2000, 2000) (2, 6) 140,000 (2000, 2000) 140,000
17.
18.
max c1x1 +
c2x2 + ⋯ + cnxn s . t . a11x1 + a12x2 + ⋯ + a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ⋯ + a2nxn ≤ b2 ⋮ am1x1 + am2x2 + ⋯ + amnxn ≤ bm x1 ≥ 0, x1 ≥ 0, ⋯, xn ≥ 0 min b1y1 + b2y2 + ⋯ + bmym s . t . a11y1 + a21y2 + ⋯ + am1ym ≥ c1 a12y1 + a22x2 + ⋯ + am2ym ≥ c2 ⋮ a1ny1 + a2ny2 + ⋯ + amnym ≥ cn y1 ≥ 0, y1 ≥ 0, ⋯, ym ≥ 0
19.
x* = (x*1 ,
⋯, x*n ) y* = (y*1 , ⋯, y*m) c1x*1 + c2x*2 + ⋯ + cnx*n = b1y*1 + b2y*2 + ⋯ + bmy*m x* y*
20.
x* = (x*1 ,
⋯, x*n ) y* = (y*1 , ⋯, y*m) c1x*1 + c2x*2 + ⋯ + cnx*n = b1y*1 + b2y*2 + ⋯ + bmy*m x* y*
21.
(N, v) min ∑ i∈N xi s .
t . ∑ i∈S xi ≥ v(S), ∀S ⊊ N z * z * ≤ v(N)
22.
min ∑ i∈N xi s . t
. ∑ i∈S xi ≥ v(S), ∀S ⊊ N ⇔ min ∑ i∈N (x′i − x′′i ) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N
23.
min ∑ i∈N xi s . t
. ∑ i∈S xi ≥ v(S), ∀S ⊊ N ⇔ min ∑ i∈N (x′i − x′′i ) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N
24.
min ∑ i∈N (x′i − x′′i
) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 x′1 − x′′1 ≥ v({1}) x′2 − x′′2 ≥ v({2}) x′3 − x′′3 ≥ v({3}) x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 ≥ v({1,2}) x′1 − x′′1 + x′3 − x′′3 ≥ v({1,3}) x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 ≥ v({2,3}) ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S) yS y{1} y{2,3}
25.
min ∑ i∈N (x′i − x′′i
) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 x′1 − x′′1 ≥ v({1}) x′2 − x′′2 ≥ v({2}) x′3 − x′′3 ≥ v({3}) x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 ≥ v({1,2}) x′1 − x′′1 + x′3 − x′′3 ≥ v({1,3}) x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 ≥ v({2,3}) x′1 1 ⋅ y{1} + 1 ⋅ y{1,2} + 1 ⋅ y{1,3} ≤ 1 x′′1 (−1) ⋅ y{1} + (−1) ⋅ y{1,2} + (−1) ⋅ y{1,3} ≤ − 1 y{1} + y{1,2} + y{1,3} = 1
26.
min ∑ i∈N (x′i − x′′i
) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 x′1 − x′′1 ≥ v({1}) x′2 − x′′2 ≥ v({2}) x′3 − x′′3 ≥ v({3}) x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 ≥ v({1,2}) x′1 − x′′1 + x′3 − x′′3 ≥ v({1,3}) x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 ≥ v({2,3}) y{1} + y{1,2} + y{1,3} = 1 y{2} + y{1,2} + y{2,3} = 1 y{3} + y{1,3} + y{2,3} = 1 y{1}, y{2}, y{3}, y{1,2}, y{1,3}, y{2,3} ≥ 0
27.
min ∑ i∈N (x′i − x′′i
) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 y{1} + y{1,2} + y{1,3} = 1 y{2} + y{1,2} + y{2,3} = 1 y{3} + y{1,3} + y{2,3} = 1 y{1}, y{2}, y{3}, y{1,2}, y{1,3}, y{2,3} ≥ 0 v({1})y{1} + v({2})y{2} + v({3})y{3} +v({1,2})y{1,2} + v({1,3})y{1,3} + v({2,3})y{2,3}
28.
min ∑ i∈N (x′i − x′′i
) s . t . ∑ i∈S (x′i − x′′i ) ≥ v(S), ∀S ⊊ N x′i ≥ 0, x′′i ≥ 0, ∀i ∈ N x′1 − x′′1 + x′2 − x′′2 + x′3 − x′′3 y{1} + y{1,2} + y{1,3} = 1 y{2} + y{1,2} + y{2,3} = 1 y{3} + y{1,3} + y{2,3} = 1 y{1}, y{2}, y{3}, y{1,2}, y{1,3}, y{2,3} ≥ 0 v({1})y{1} + v({2})y{2} + v({3})y{3} +v({1,2})y{1,2} + v({1,3})y{1,3} + v({2,3})y{2,3} ∑ S⊊N v(S)yS yS ≥ 0, ∀S ⊊ N ∑ S:i∈S⊊N yS = 1, ∀i ∈ N
29.
min ∑ i∈N xi s . t
. ∑ i∈S xi ≥ v(S), ∀S ⊊ N max ∑ S⊊N v(S)yS s . t . ∑ S:i∈S⊊N yS = 1, ∀i ∈ N yS ≥ 0, ∀S ⊊ N
30.
(N, v) min ∑ i∈N xi s .
t . ∑ i∈S xi ≥ v(S), ∀S ⊊ N z * z * ≤ v(N) z* = min ∑ i∈N xi w* = max ∑ S⊊N v(S)yS z* = w* w * ≤ v(N)
31.
32.
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