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Modelos de Programación Matemática
Problema 1
Un fabricante de televisores tiene que decidir el número de unidades de LCD y Plasmas que debe
producir en una de sus plantas este mes. La investigación de mercado indica que se pueden vender a
lo más 40 unidades de LCDs y 10 Plasmas en cada mes. El número máximo de horas de trabajo
disponibles es de 500 por mes; un televisor LCD requiere de 20 horas de trabajo y un Plasma
requiere 10 horas de trabajo. Cada unidad de LCD vendida produce una ganancia (ingreso – costo) de
$120.000 y cada unidad de Plasma, una ganancia de $80.000. Un distribuidor está de acuerdo en
comprar todos los televisores producidos si los números no exceden los máximos indicados por la
investigación de mercado.
Problema 2
Suponga que usted es un administrador de un fundo de 150 hectáreas y debe programar su
producción para el próximo año. Los productos a considerar son trigo, maíz y papas. El cuadro 1
muestra las horas hombre por hectárea y kilos de fertilizante por hectárea que se necesitan para cada
producto durante la temporada, y sus respectivas disponibilidades.
Suponiendo que los beneficios netos unitarios (expresados en términos de miles de pesos por
hectárea) son 275, 440 y 525 para el trigo, maíz y papas respectivamente.
Insumo Trigo Maíz Papas Disponibilidad total
Mano de obra
(HH/ha)
15 25 85 3.000 HH
Fertilizante (Kg/ha) 70 80 20 11.000 Kg
Universidad de los Andes
Facultad de ciencias económicas y empresariales
Optimización
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Problema 3
El consejo directivo de la asociación de colegios Santiago Schools ha decidido cerrar uno
de sus colegios de educación media (que tiene los cursos 1ero, 2ndo, 3ero y 4to medio) al
terminar este año escolar y reasignar a todos los estudiantes de estos cursos a otros 3
nuevos colegios de educación media que posee la asociación.
La asociación proporciona autobuses de transporte para todos los estudiantes de educación
media que tengan que viajar más de 2 km, por lo que el consejo necesita un plan para
reasignar a los estudiantes que minimice el costo total del transporte en bus escolar. El
costo anual por estudiante transportado desde cada una de las 6 áreas residenciales de la
ciudad a cada uno de los 3 nuevos colegios se muestra en la siguiente tabla, donde 0 indica
que no se requiere transporte y un guión (“-”) indica que esa ruta es infactible. La tabla
también muestra la cantidad de alumnos que residen en cada área y la capacidad de cada
colegio.
Costo anual de transporte
por estudiante (dólares/año)
Área
N° de
estudiantes
Colegio
1
Colegio
2
Colegio
3
1 450 300 0 700
2 600 - 400 500
3 550 600 300 200
4 350 200 500 -
5 500 0 - 400
6 450 500 300 0
capacidad 600 1000 1500
Usted está contratado como un consultor de ciencia administrativa para ayudar al consejo
directivo a determinar cuántos estudiantes de cada área deben asignarse a cada colegio.
Formule un modelo de optimización que le permita resolver el problema, puede definir
parámetros para referirse a la tabla de una forma más genérica.
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Problema 4 (Variables Binarias)
ICOM Brokers SA es una corredora de bolsa con muchos clientes en el mundo, la
compañía una vez al año organiza una conferencia en donde invita a sus clientes
(inversionistas) más importantes y a las principales empresas de las bolsas
latinoamericanas. El objetivo de la conferencia es que los inversionistas puedan reunirse
con las empresas para evaluar nuevas oportunidades de inversión.
A cada inversionista se le pasa un formulario en donde se inscribe con las empresas que
desea reunirse durante los módulos de la conferencia, no obstante debido a la alta demanda
por ciertas empresas no todos los inversionistas pueden juntarse con todas las empresas que
desean.
Cada empresa tiene una oficina asignada en donde sólo puede recibir a un inversionista por
módulo de tiempo, del mismo modo un inversionista no puede juntarse con más de una
empresa en un mismo módulo.
Tenga en cuenta también que durante toda la conferencia un inversionista no se junta más
de una vez con la misma empresa y que a ningún inversionista se le asignan reuniones con
empresas que no haya solicitado.
Considere que a la conferencia asisten N inversionistas, M empresas para invertir y
que la duración de la conferencia es de L módulos.
Usted conoce con qué empresas quiere juntarse cada inversionista, dicha decisión
corresponde al parámetro (dato) , donde si el inversionista i solicita juntarse con
la empresa j y 0 en caso contrario.
Elabore un modelo de optimización que permita armar las agendas de la forma más
eficiente posible minimizando las reuniones solicitadas insatisfechas.
HINTS:
Utilice como única variable de decisión la variable binaria , donde:
si el inversionista i es recibido por la empresa j en el módulo k y 0 en caso
contrario, donde { } { } { }
Para su función objetivo minimice el número de reuniones solicitadas insatisfechas,
puede serle más fácil ver cómo sería si hubiera sólo un módulo ( ) para
después generalizar con un número genérico ( ).
No necesita ningún parámetro adicional a los que se muestran en el enunciado.
Utilice notación de sumatorias.
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Problema 5
ENAP produce 3 tipos de gasolina (1,2,3). Cada tipo se obtiene a partir de la mezcla de 3
tipos de petróleo crudo (1,2,3). El precio de venta por barril de gasolina y el precio de
compra por barril de crudo se proporcionan en las siguientes tablas (valores en dólares):
Crudo Precio de compra Gasolina Precio de venta
1 $45 1 $70
2 $35 2 $60
3 $25 3 $50
ENAP tiene la capacidad de comprar al día hasta 5000 barriles de cada tipo de crudo por
día. Los 3 tipos de gasolina difieren en su índice de octano y en el contenido de azufre. El
crudo mezclado para producir la gasolina 1 debe tener un índice de octano promedio de por
lo menos 10 y contener a lo más 1% de azufre; en caso de la gasolina 2 debe tener un
octano promedio de por lo menos 8 y a lo más 2% de azufre; para la gasolina 3 estas
cantidades son 6 y 1% respectivamente.
El índice de octano y el contenido de azufre de los 3 tipos de crudo se presentan en la
siguiente Tabla:
Crudo Octano Azufre (%)
1 12 0.5
2 6 2.0
3 8 3.0
Cuesta 4 dólares la transformación de un barril de crudo a un barril de gasolina, y la
refinería de ENAP tiene capacidad para refinar hasta 14.000 barriles de gasolina.
Los clientes de ENAP requieren (sí o sí) las siguientes cantidades de cada gasolina por día:
3.000 barriles diarios de gasolina tipo 1; 2.000 del tipo 2 y 1.000 del tipo 3.
La compañía considera que es obligación cumplir con esta demanda. Asimismo tiene la
opción de hacer marketing para promover sus productos. Cada dólar que gasta diariamente
en anunciar un tipo específico de gasolina incrementa la demanda diaria por ese tipo en 10
barriles.
Formule un modelo de optimización que le permita a ENAP maximizar sus utilidades
diarias.
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Problema 6
Usted debe definir las dimensiones de una caja de cartón de 1 m3 de volumen, de modo que
su costo sea mínimo. Para eso, debe emplear el diseño básico dado en la Figura 1
El costo de cada cm3 de cartón es c y el costo de cada cm lineal de pegamento es p.
Considere que al pegar dos lados, no se necesita pestaña y que se debe aplicar el pegamento
en ambos lados.
Problema 7
La compañía SAT hace publicidad en telenovelas y programas de fútbol. Cada comercial en
una telenovela cuesta 50.000um. y cada comercial en un programa de fútbol 100.000um. Si
se compran S comerciales en telenovelas serán vistos por 5√s hombres y por 20√s
mujeres (los datos vienen en millones de espectadores).
Si se compran F comerciales en programas de fútbol, serán vistos por 17√f hombres y por
7√f mujeres.SAT quiere que por lo menos 40 millones de hombres y por lo menos 60
millones de mujeres vean sus comerciales. Formule un modelo que minimice el costo de
SAT para alcanzar suficientes espectadores.
Problema 8
Un terreno de 10 hectáreas en Santiago va a ser remodelado, mediante la construcción de
viviendas para familias de ingresos bajos y medios, conforme a un plan de construcción de
viviendas para cada tipo de familia. Del primer tipo de vivienda se puede construir un
máximo de 20 viviendas por hectárea y del segundo tipo solo 15 viviendas por hectárea.
Los costos unitarios de estas viviendas son de 13 y 18 millones de pesos, respectivamente.
Por otro lado, por consideraciones sociales, se debe construir a lo menos 60 viviendas
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económicas y no más de 100, de las mismas, así como, a lo menos 30 y no más de 70 de
nivel medio. La demanda máxima agregada de viviendas de ambos tipos es de 150
unidades. El presupuesto para llevar a cabo esta iniciativa es de 2 mil millones de pesos.
Por último, por razones de urbanización, la cantidad de viviendas económicas debe ser a lo
menos superior en 50 unidades a la mitad del total de viviendas de nivel medio.
Formule el modelo de optimización que permita minimizar el costo total del
programa.
Problema 9
Una empresa de lácteos quiere lanzar un nuevo tipo de leche al mercado. Dicho
producto está dirigido a niños de entre 1 y 3 años de edad. Para la compañía no
es tan complejo fabricar el nuevo tipo de leche ya que ésta se pueden elaborar a
partir de la mezcla de cuatro tipos de leche que actualmente fabrica la
compañía, estos tipos de leche son: Super Calcio, Huesillos, Entera y
Descremada.
Los costos de elaboración, por litro de leche, para Super Calcio, Huesillos,
Entera y Descremada son de $95, $90, $60 y $77 respectivamente. Asuma que
no hay costos adicionales en mezclar las leches.
El nuevo tipo de leche, dado que está dirigido a niños pequeños, debe satisfacer
exigentes requerimientos del Ministerio de Salud, donde se debe cumplir que
en cada litro de leche debe haber al menos 1,15 gr de Calcio y 0,88 gr de
Fósforo, así también, un litro de su mezcla no puede superar los 0,7 gr de Sodio
ni los 15 gr de Grasa. Así también se le pide que por cada gramo de grasa haya
al menos 0,2 gr de Calcio para que la leche esté más equilibrada.
La cantidad de nutrientes que contiene cada tipo de leche se muestran en la
tabla adjunta.
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Insumo
Tipo de Leche
Super
Calcio
Huesillos Entera Descremada
Calcio
(g/litro)
1,28 1,00 1,18 1,12
Fósforo
(g/litro)
1,03 0,90 0,85 0,68
Sodio
(g/litro)
0,48 0,90 0,61 0,52
Grasa
(g/litro)
20 17 31 1
Formule un modelo de optimización que le permita a la compañía
determinar cómo elaborar el nuevo tipo leche de modo que su costo por
litro sea lo más económico posible, satisfaciendo los requerimientos del
ministerio.
Problema 10
La universidad necesita comprar 1.100 computadores y está cotizando con tres
proveedores. El proveedor 1 cobra US$500 por computador, más un costo de
envío de $5.000 (del envío completo, no por computador). El proveedor 2 cobra
$350 por computador, más un costo de envío de $4.000. El tercer proveedor
cobra $600 por computador, más un costo de envío de $3.000. El proveedor 1 le
ha ofrecido a la universidad un máximo de 900 computadores, mientras que el
segundo proveedor un máximo de 500. El proveedor 3 puede venderle cualquier
cantidad de computadores a la universidad. Además, la compra mínima que
acepta cada uno de estos proveedores es 200 computadores.
Lamentablemente, el sistema operativo de los 1.100 computadores debe ser
compatible, y el tercer proveedor vende computadores que no son compatibles
con los que vende el proveedor 1 y el proveedor 2.
Determine cómo minimizar el costo de la compra de los computadores.
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Problema 11
La línea área de carga AVANT dispone de un solo avión con tres compartimientos. La
capacidad máxima, en peso y volumen, de cada compartimiento se presenta en la
Tabla 1.
Para mantener el balance del avión, es necesario que la relación entre el peso de la
carga en cada compartimiento y la capacidad máxima (en peso) de dicho
compartimiento, sea la misma en los 3 compartimientos.
AVANT tiene solicitudes para transportar 4 cargas con el mismo destino y con
características específicas, las que se presentan en la Tabla 2. La empresa puede
escoger transportar sólo parte de cada una de estas cargas, y desea determinar cuánto
debe aceptar de cada una, y cómo debe cargar el avión, de modo de maximizar el
beneficio neto derivado del vuelo.
Formule un modelo de Programación Lineal que permita resolver este problema (note
que una carga en particular puede ser fraccionada y transportada en dos o más
compartimientos).
Tabla 1. Capacidades por compartimento
Compartimento Peso (tons) Volumen (pies3)
1 (adelante) 12 7.000
2 (centro) 18 9.000
3 (atrás) 10 5.000
Tabla 2. Solicitudes de transporte
N° Solicitud Peso (tons) Densidad
(pies3/tons)
Beneficio Neto
(MMUS$)
1 20 500 320
2 16 700 400
3 25 600 360
4 12 400 290
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Problema 12
El famoso ladrón de joyas conocido como El Fantasma ha entrado a robar al
Museo del Louvre en París, el ladrón sabe que en ese museo, en la sección de
joyas, existen n joyas diferentes, donde cada una de ellas tiene un peso conocido
de (en kilos) y un valor también conocido de (en dólares), con i=1,2,…,n.
Considere que las joyas son indivisibles.
El Fantasma dispone de un gran saco en donde colocará las joyas robadas,
dicho saco soporta un peso máximo de kilos y su objetivo es llevarse el
mayor botín posible en dicho saco.
a) Formule un modelo de optimización que le permita a El Fantasma llenar el
saco de tal manera que el valor de su contenido (botín) sea máximo sin que
éste se rompa.
b) Suponga que el Fantasma ingresó al museo con dos secuaces con sus
respectivos sacos, en donde el primero de ellos puede cargar como máximo
kilos y el segundo puede cargar como máximo kilos, asumiendo que el
Fantasma puede cargar como máximo kilos, formule un modelo que le
permita maximizar el valor total del botín sin sobrepasar los pesos máximos
que puede transportar cada ladrón.
c) Considere que El Fantasma estaría interesado en robar La Pantera Rosa
(esta joya no está considerada en las n iniciales), la cual tiene un peso y
valor de K kilos e Y dólares respectivamente, ambos valores conocidos.
Ahora bien, dicha joya es tan delicada que si ésta se coloca en un saco, no
puede echarse ningún otro objeto más a dicho saco. Asumiendo que todos los
objetos son indivisibles y que las capacidades máximas de los sacos de El
Fantasma y sus secuaces son de y kilos respectivamente, formule
un modelo para determinar cómo cargar los tres sacos para así maximizar el
valor del botín.