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Restricciones, función objetivo, región factible, optimización

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Programación lineal: restricciones, función objetivo, región factible y optimización

La programación lineal es una herramienta matemática para tomar la mejor decisión posible (máximo beneficio, mínimo coste) cuando los recursos son limitados. Se usa en empresas para planificar la producción, el transporte o las dietas.

1. Elementos de un problema de programación lineal

2. Cómo se dibuja la región factible

  1. Cada inecuación se convierte en una ecuación (recta) y se dibuja, por ejemplo, hallando sus cortes con los ejes.
  2. Se elige un punto de prueba que no esté en la recta (el (0, 0) si es posible) y se comprueba si cumple la inecuación: si la cumple, el semiplano válido es el que contiene ese punto; si no, el otro.
  3. La región factible es la intersección de todos los semiplanos.
  4. Los vértices se obtienen resolviendo los sistemas formados por las rectas que se cortan en cada esquina.

3. Teorema fundamental y método de los vértices

Si la región factible es acotada (un polígono cerrado), la función objetivo alcanza su máximo y su mínimo en alguno de sus vértices. Si los alcanza en dos vértices consecutivos, también los alcanza en todos los puntos del lado que los une: la solución es múltiple (infinitas soluciones).

Por tanto, basta con evaluar z en todos los vértices y comparar. Si la región no es acotada, puede que no exista máximo o mínimo; hay que estudiarlo con cuidado (por ejemplo, con las rectas de nivel ax + by = k).

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Maximiza z = 3x + 2y sujeta a: x + y ≤ 4, x + 3y ≤ 6, x ≥ 0, y ≥ 0.

Ejemplo 2 (problema económico). Un taller fabrica mesas y sillas. Cada mesa necesita 2 horas de carpintería y 1 de acabado; cada silla, 1 hora de carpintería y 1 de acabado. Cada semana dispone de 100 horas de carpintería y 80 de acabado. Cada mesa deja un beneficio de 40 € y cada silla de 25 €. ¿Cuántas debe fabricar para maximizar el beneficio?

Ejercicios

¿Cuál de estos puntos pertenece a la región factible definida por x + y ≤ 6, y ≤ 2x, x ≥ 0, y ≥ 0?

Un vértice de una región factible es el punto de corte de las rectas x + 2y = 8 y x − y = 2. ¿Cuál es ese vértice?

La región factible de un problema tiene por vértices (0, 0), (5, 0), (3, 2) y (0, 4). ¿Cuál es el valor máximo de z = x + 3y en esa región?

En una región factible acotada, la función objetivo toma el mismo valor máximo en dos vértices consecutivos. ¿Qué se puede afirmar?

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