L2ande - Corrigé du TP du 28 avril 21

Partie 1

Détermination du max de g de façon approchée : on ajuste a,b et (ymin pour voir quelque chose) de sorte que g soit d'après le graphe croissante puis décroissante sur [a,b], jusqu'à ce que ba103.

Conclusion : max atteint sur l'intervalle [0.514,0.515]

Points d'annulation de la dérivée :

On obtient comme points d'annulation de g : 1.043..,0.514..,0.937.. et deux nombres complexes qu'on ignore.
Rq: La liste obtenue avec Sagemath est exhaustive car g est une fonction polynomiale de degré 5 ; elle s'annule en au plus 5 points et Sagemath en a trouvé 5.
On compare avec le graphe de g :

Sur le graphe 1.043.. correspond à un minimum local (peut être global) de g, 0.514.. correspond à un max local mais pas global, 0.937.. correspond à un min local mais pas global.

Rq. Après coup 1.043.. est un minimum global, sinon g devrait changer de sens de variation en dehors de l'intervalle représenté [1.4,1.2] mais alors g s'annulerait en au moins un 6-ème point, impossible puisque g est une fonction polynomiale de degré 5.

Max de g sous les contraintes x0 et x1 avec les multiplicateurs de Lagrange :

On retient les solutions 2,5,7. Les autres sont soit hors domaine [0,1], soit avec des multiplicateurs de Lagrange pas tous positifs.
On compare les valeurs de g en ces solutions :

On peut même demander à Sagemath de faire cette comparaison :

Les candidats pour la recherche du minimum de g sur le même intervalle [0,1] sont les (x,k,l) annulant le Lagrangien tels que x[0,1] et k,l0 (gradiant rentrant).

On retient les solutions 2,5,6. On distingue ces solutions comme précédemment en calculant les valeurs de g en les points correpondants :

C'est la solution no 6 qui est qualifiée.

Partie 2

On commence avec r=20 :

On peut filtrer les solutions en ne retenant que celles pour lesquelles (x,y) vérifient les contraintes ci et les multiplicateurs de Lagrange sont 0 :

Les contraintes ci pour lesquelles le multiplicateur est non nul sont forcément saturées (puisque le produit λici est nul).

On a donc pour r=20 une seule solution (x,y)=(3/2,25/6), laquelle est sur la droite formée par la saturation de la contrainte de budget.

Pour r=5 maintenant :

Cette fois les deux contraintes c1 et c3 sont saturées : on se trouve à un coin du domaine.

Comme les expressions de la fonction d'utilité U et des contraintes de budget ci sont simples, on peut demander à Sagemath les solutions (non filtrées !) en fonction du paramètre r :

On peut même demander la discussion en posant les bonnes questions :