Autor Tema: Optimizar funcional con restricción integral

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18 Noviembre, 2017, 12:40 am
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bugmenot

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Necesito ayuda para encontrar la función \( \alpha(t) \) que maximiza el siguiente funcional:   

\( max :   \displaystyle\int_{0}^{Y}tan(\alpha) dy \)     sometido a la restricción    \( \displaystyle\int_{0}^{t}(v_1sin(\alpha)-v_2)dt+x_0\geq{0} \)

siendo \( \frac{dy}{dt}=v_1cos(\alpha) \)

(\( v_1,v_2,Y,x_0 \) son constantes conocidas positivas.)

¿Alguna idea?

Gracias. Un saludo.

18 Noviembre, 2017, 03:15 pm
Respuesta #1

robinlambada

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Hola, debes utilizar los multiplicadores de Lagrange.

Este enlace, que es un resumen del libro de cálculo de variaciones de J. Echegaray te puede ayudar. ( al principio tiene un resumen teórico)

En concreto sujeto a la ligadura de perímetro constante tienes el tercer ejemplo. (El problema isoperimétrico)

http://rinconmatematico.com/foros/index.php?topic=83693.0#post_ancla6

Saludos.

Envejecer es como escalar una gran montaña: mientras se sube las fuerzas disminuyen, pero la mirada es más libre, la vista más amplia y serena.

La verdadera juventud una vez alcanzada, nunca se pierde.

19 Noviembre, 2017, 08:56 pm
Respuesta #2

bugmenot

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Hola robinlambada,
Muchas gracias por el enlace, muy útil.
He intentado resolverlo siguiendo el tercer ejemplo, y estoy atascado. El problema que encuentro es que los límites de integración de la función a maximizar no coinciden con los límites de integración de la restricción.

¿Sabes cómo proceder en ese caso?
Un saludo.

21 Noviembre, 2017, 11:03 pm
Respuesta #3

robinlambada

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Hola robinlambada,
Muchas gracias por el enlace, muy útil.
He intentado resolverlo siguiendo el tercer ejemplo, y estoy atascado. El problema que encuentro es que los límites de integración de la función a maximizar no coinciden con los límites de integración de la restricción.

¿Sabes cómo proceder en ese caso?
Un saludo.
Perdona el retraso en mi respuesta.

Visto más detenidamente tu problema, pienso que se puede resolver el problema de otra forma, sin cálculo variacional.

Por ser las constantes positivas y el seno acotado. La restricción.

\( \displaystyle\int_{0}^{t}(v_1sin(\alpha)-v_2)dt+x_0\geq{0} \), se sigue cumpliendo para el valor máximo de \( \sen\alpha \) , cuando \( \alpha(t)=2n\pi+\displaystyle\frac{\pi}{2} \)


\( \displaystyle\int_{0}^{t}(v_1-v_2)dt+x_0\geq{}\displaystyle\int_{0}^{t}(v_1sin(\alpha)-v_2)dt+x_0\geq{0} \)

por tanto el valor \( \alpha(t)=2n\pi+\displaystyle\frac{\pi}{2} \) está permitido por la restricción.

Además:

\( \displaystyle\int_{0}^{Y}tan(\alpha) dy \)  con  \( dy=v_1cos(\alpha)dt \)  sustituyendo en la integral.


\( \displaystyle\int_{t(0)}^{t(Y)}tan(\alpha) \cdot{}v_1\cos(\alpha)dt=\displaystyle\int_{t(0)}^{t(Y)}v_1\sen(\alpha)dt \)


Para maximizar \( \displaystyle\int_{t(0)}^{t(Y)}v_1\sen(\alpha)dt \) basta que el integrando sea máximo es decir \( \sen(\alpha)=1\Leftrightarrow{}\alpha(t)=2n\pi+\displaystyle\frac{\pi}{2} \) con \( n\in{\mathbb{N}} \)

Es decir que la curva \( \alpha(t) \) sea constante.

Saludos.
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22 Noviembre, 2017, 02:10 am
Respuesta #4

bugmenot

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Muchas gracias por tu ayuda. El problema es que \( Y \) es una constante positiva, y la solución que propones solo es válida para \( Y=0 \) ya que \( dy \) se anula.
¿Alguna otra idea?

22 Noviembre, 2017, 10:13 pm
Respuesta #5

robinlambada

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Muchas gracias por tu ayuda. El problema es que \( Y \) es una constante positiva, y la solución que propones solo es válida para \( Y=0 \) ya que \( dy \) se anula.
¿Alguna otra idea?
Cierto que \( dy=0 \), pero ello no implica que Y=0, de hecho si \( dy=0\Leftrightarrow{}y=Y=cte. \)

Y nada impide que la constante Y sea positiva, es decir \( y=cte.=Y>0 \)

Saludos.
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23 Noviembre, 2017, 12:07 pm
Respuesta #6

bugmenot

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Tienes razón, lo que pasa es que la condición inicial del problema es que \( y(0)=0 \).

26 Noviembre, 2017, 09:53 pm
Respuesta #7

bugmenot

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¿Alguna idea, teniendo en cuenta que la condición inicial es \( y(0)=0 \)?