II-Blatt1SS04 - Fachbereich Wirtschaftswissenschaften

Johann Wolfgang Goethe - Universität
Frankfurt am Main
Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Institut für Statistik und Mathematik
Mathematik - Prof. Dr. H. Rommelfanger
Mertonstr. 17-23
Telefon (069) 798 - 23 609
MATHEMATIK II FÜR WIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTLER
1. Übungsblatt
SS 2004
A.
Übungsaufgaben, die nach privater Vorbereitung in den Tutorien besprochen werden.
1.
Bilden Sie die partiellen Ableitungen 1. und 2. Ordnung der Funktionen mit den
Funktionsgleichungen
a. f(x, y) = 2x3 - 3xy2 - 7y4
b. f(x, y, z) = -2x2y + 3zex - y z
c.
2.
f(x, y, z) = x  y  z  3x 2 e z
2
d. f(x, y) = 3xy3 - 2y3x2
Die Abhängigkeit der Nachfrage nach einer bestimmten Ware vom Preis p1 dieser Ware und
vom Preis p2 einer ähnlichen Ware werden angenähert durch folgende Funktion
wiedergegeben: f: (p1, p2)  10 - p1 + p 22 .
Berechnen Sie die partiellen Nachfrageelastizitäten.
3.
Eine Gewinnfunktion lautet G (x, y) = 3x2 + 4xy - y2.
Berechnen Sie mit der Näherung dG von dem Niveau x = 20, y = 5 aus.
a. die Änderung des Gewinns, wenn x um 1 und y um 0,2 erhöht wird.
b. die Änderung des Gewinns, wenn x um 2% erhöht wird und y um 1% vermindert wird.
c. die Größe, um die sich x ändern muss, damit der Gewinn gleich bleibt, wenn y um 2%
erhöht wird.
Lösungshinweise: a. dG = 154; b. dG = 52,5; c. dx = -0,05.
4.
Der Spediteur Otto erhält von seinen Kunden für jeden gefahrenen km den Betrag p. Dem
stehen variable Kosten von 10 GE pro gefahrenem km sowie 300 GE fixe Kosten gegenüber.
Es gilt also:
1. E(x, p) = px
mit E = Erlös, K = Kosten,
2. K(x) = 10x + 300
mit x = gefahrene Kilometer,
3. G(x, p) = E(x, p) - K(x) mit p = Preis eines km Transportleistung.
Otto plant eine Fahrt über 1000 km, für die er mit seinem Kunden einen Preis von 12 GE pro
km vereinbart hat. Nun bietet dieser ihm an, er könne die Tour noch um 300 km ausdehnen,
wenn er im Gegenzug für die gesamte Fahrstrecke den Preis pro km auf 11,5 GE reduziere.
Soll Otto das geänderte Angebot akzeptieren?
a. Otto hält eine Approximation mit Hilfe des totalen Differentials für ausreichend.
Vollziehen Sie seine Rechnung nach!
Wie entscheidet er sich, wenn er an zusätzlichem Gewinn interessiert ist?
b. Ermitteln Sie die genauen Daten! Warum hat Otto sich falsch entschieden?
2
Lösungshinweise:
5.
a. Otto soll sich für das Zusatzgeschäft entscheiden.
b. Das Zusatzgeschäft vermindert den Gewinn um 50 GE.
An welchen Stellen hat die Funktion
a. z = f(x, y) = x2 + y2 - 4x
c.
b. z = g(x, y) = x3 + y3 - 9xy + 28
z = h(x, y) = 13 x3 + 4xy - 2y2
ein relatives Minimum oder ein relatives Maximum?
Lösungshinweise: a. in (2, 0) relatives Minimum; b. in (0, 0) kein relatives Extremum, in
(3, 3) relatives Minimum;
c. in (0, 0) kein relatives Extremum und in (-4, -4) relatives
Maximum.
6.
Ein Monopolist stellt Rasierapparate und -klingen zu konstanten Stückkosten von 20 € je
Apparat und 10 € je Dutzend Klingen her.
1
2
Die Marktnachfrage je Jahr beträgt
106 Rasierapparate und
106 Dutzend Klingen,
p1p 2
p1p 2
wenn die Preise p1 (€ je Rasierapparat) und p2 (€ je Dutzend Klingen) sind. Wie groß muss
der Monopolist p1 und p2 wählen, um seinen Gesamtgewinn zu maximieren?
Lösungshinweis: p1* = 40, p*2 = 20. Kein relatives Extremum.
7.
Für ein Unternehmen, das ein Gut Z mit zwei Produktionsfaktoren X und Y herstellt, gelte
 die Produktionsfunktion
f(x, y) = 5x0,1 y0,9,
 die Gesamtkostenfunktion K(z) = z2 + 4,8z + 15,
 die Preis-Absatz-Funktion p(z) = 200 - 0,6z.
a. Bestimmen Sie die partiellen Produktionselastizitäten und interpretieren Sie die
Ergebnisse!
b. Stellen Sie die Erlösfunktion auf!
c. Bestimmen Sie den gewinnmaximalen Preis, die zugehörige Menge und den maximalen
Gewinn!
d. Wie groß ist die Preiselastizität der Nachfrage in Bezug auf den Preis im
Gewinnmaximum?
Lösungshinweise: a.
yf(x, y) = 0,9; xf(x,y) = 0,1
c. Gmax = 5.938,60 GE, Pmax = 163,40 GE.
8.
b. E(z) = 200z - 0,6z2;
163,4
d. 
= -4,464
36,6
Untersuchen Sie durch Anwendung der Reduktionsmethode die Funktion
f(x, y) = 4x3 + xy - y + 2, D = R 2
auf relative Extremwerte unter Beachtung der Nebenbedingung y = xy + 3x.
Lösungshinweise: ( 12 , 3) ein relatives Minimum; (  12 ,  1) ein relatives Maximum.
9.
a. Bestimmen Sie die relativen Extrema der Funktion
g(x, y) = x2 - x4 + 2y + 3
b. Berechnen Sie mittels der Kettenregel die 1. Ableitung der Funktion
G(t) = g(x(t), y(t)) in t0 = 3
mit g(x, y) = 2x3 - 7xy + 3y2
x(t) = 2 - t, y(t) = t2 - 4t + 7
Lösungshinweis: G'(3) = 84
3
10.
Welche Punkte (4, y) liegen auf der Höhenlinie f(x, y) = 3xy - 2x2 - y2 + 2x - 2y = 0 ?
In einem dieser Punkte bestimme man die Gleichung der Tangente an die Höhenlinie.
Lösungshinweis:
11.
oder
y = g2(x) = x in P2 = (4, 4).
a. Zeichnen Sie in einer kartesischen Koordinatenebene die Menge
M = {(x, y) | y + 4  x(x + 2)}
und bestimmen Sie die Stelle (x0, y0)  M, in der 2x + y den kleinsten Wert annimmt.
(Zeichnerische Lösung genügt)
b. Bestimmen Sie mit Hilfe der LAGRANGEschen Multiplikatormethode die stationären Stellen
der Funktion f: (x, y)  2x+y unter der Nebenbedingung g(x, y) = y - x2 - 2x + 4 = 0.
Überprüfen Sie anhand einer Zeichnung, ob f(x, y) an dieser Stelle Extrema besitzt unter
der Nebenbedingung g(x, y) = 0.
Lösungshinweis:
12.
y = g1(x) = 2x - 2 in P1 = (4, 6)
a. (x0, y0) = (-2, -4).
Gegeben seien die Funktionen f:(x, y)  y + 1 (x + 3)2 - 4 und
2
g:(x, y)  (x + 3)2 + (y - 1)2 - 5.
a. Bestimmen Sie die stationären Stellen der Funktion f(x, y) unter der Nebenbedingung
g(x, y) = 0. Die LAGRANGEschen Multiplikatoren sind zu berechnen.
b. Entscheiden Sie anhand einer Zeichnung, ob an diesen Stellen Minima oder Maxima vorliegen.
c. Zeigen Sie durch Rechnung: Im Punkt (-5, 2) berührt die durch diesen Punkt gehende
Höhenlinie von f(x, y) die implizit durch die Gleichung g(x, y) = 0 gegebene Funktion.
Lösungshinweise: P1 = (-1, 2), P2 = (-5, 2), P3 = (-3, 1 +
( 5 = 2,236).
5 ), P4 = (-3, 1 -
5)
B.
Weitere Aufgaben für die Tutoren- oder Plenumsübungen und zur privaten
Bearbeitung.
13.
Gegeben ist die Funktion f(x, y) = (x - 2)2 + (y + 1)2 - 2.
a. Zeichnen Sie die Höhenlinien f(x, y) =  für  = -1, 2, 7.
b. Zeichnen Sie die Vertikalschnitte senkrecht zur x-Achse für x = 0, 2, 5.
c. Zeichnen Sie die Vertikalschnitte senkrecht zur y-Achse für y = -3, -1, 1.
d. Schließen Sie aus den gezeichneten ebenen Schnitten auf den Graph der Funktion
z = f(x, y).
14.
Bestimmen Sie für jede der nachfolgenden Funktionen zweier unabhängiger Variablen die
größtmögliche Definitionsmenge
a. f1(x, y) = 3x - 2y + 27
b. f2(x, y) = 2(x - 3)2 - 4y2 + 5y - xy - 2
y
c. f3(x, y) = y 
d. f4(x, y) = ln x + y3 e 1 x
2x
e. f5(x, y) = 1  x 2  y 2
Lösungshinweise: D1 = R2, D2 = R2, D3 = (R\{0})R0, D4 = ]0, 1]R,
D5 = {(x, y)  R2 | x2 + y2  1}, d.h. D5 ist das Innere einer Einheitskreisscheibe um den
Ursprung.
4
15.
Berechnen Sie das totale Differential der Funktionen
a. f(x, y) = 2x2 - xy2 + 2y4
b. g(x, y) = 2x - 3x2y + x3y2
c. h(x, y, z) = xy + 2x2z - 3yz - z4
Lösungshinweise: a. df = (4x – y2) dx + (-2xy + 8y3) dy;
b. dg = (2 - 6xy + 3x2y2) dx + (-3x3 + 2x3y) dy
c. dh = (y+4xz) dx + (x-3z) dy + (2x2 – 3y –4z3) dz
16.
Für die Produktion der neuen Mensaeinrichtung hat die Firma Studio-Line 500 Arbeitsstunden eingeplant. Während für einen Super-Relax-Stuhl eine Stunde vorgesehen ist, nimmt
die Herstellung eines Tisches viermal soviel Zeit in Anspruch.
Wie viele Stühle (x) und wie viele Tische (y) müssen hergestellt werden, um einen maximalen
Gewinn zu erzielen, und wie hoch ist dieser, wenn die Gewinnfunktion
G(x, y) = xy + 4y lautet?
Lösungshinweis: Verwenden Sie zur Bestimmung des Gewinnmaximums die Reduktionsmethode. Wenn 248 Stühle und 63 Tische hergestellt werden, erzielt die Firma den maximalen Gewinn 15.876 GE.
17.
Berechnen Sie
i. durch direkte Ableitung
ii. mittels der Kettenregel
die 1. Ableitung der Funktionen
a. h(t) = g(x(t), y(t))
in ta = 2 mit
b. H(t) = G(x(t), y(t), z(t)) in tb = 3, mit
Lösungshinweise:
18.
a. h'(2) = 404;
g(x, y) = x2 + 2y3, x(t) = 2t + 1, y(t) = t2
G(x, y, z) = x + 2y + z2,
x(t) = t3, y(t) = 2t2, z(t) = t - 1.
b. H'(3) = 23 3 + 28.
a. Welche Punkte (x, 3) liegen auf der Höhenlinie
g(x, y) = 2x - 2x2 + x2y + 2xy - xy2 - 4y = 0 ?
In dem Punkt (x, 3) mit positivem x-Wert bestimme man die Gleichung der Tangente an
die Höhenlinie.
b. Bestimmen Sie die partiellen Ableitungen fxyz, fyy und fzzx an die Funktion
f(x, y, z) = x3yz2 + ze2x + 3 y 2
Lösungshinweis:
19.
a. Tangente: y = 74 x - 4.
Bestimmen Sie die stationären Stellen der Funktion
f(x, y) = y - 3x2 + 2
unter Beachtung der Nebenbedingung
g(x, y) = y2 + 4x2 - 4 = 0
Lösungshinweise: ( 23 2 ,  23 ) , (  23 2 ,  23 ) , (0, 2), (0, -2).