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多元函数的极值及最大值、最小值
定义设函数在点的某个邻域内有定义,对于该邻域内异于的点,如果都适合不等式
,
则称函数在点有极大值。如果都适合不等式
,
则称函数在点有极小值.极大值、极小值统称为极值。使函数取得极值的点称为极值点。
例1 函数在点(0,0)处有极小值。因为对于点(0,0)的任一邻域内异于(0,0)的点,函数值都为正,而在点(0,0)处的函数值为零。从几何上看这是显然的,因为点(0,0,0)是开口朝上的椭圆抛物面的顶点。
例2函数在点(0,0)处有极大值。因为在点(0,0)处函数值为零,而对于点(0,0)的任一邻域内异于(0,0)的点,函数值都为负,点(0,0,0)是位于平面下方的锥面的顶点。
例3 函数在点(0,0)处既不取得极大值也不取得极小值。因为在点(0,0)处的函数值为零,而在点(0,0)的任一邻域内,总有使函数值为正的点,也有使函数值为负的点。
定理1(必要条件)设函数在点具有偏导数,且在点处有极值,则它在该点的偏导数必然为零:
证不妨设在点处有极大值。依极大值的定义,在点的某邻域内异于的点都适合不等式
特殊地,在该邻域内取,而的点,也应适合不等式
这表明一元函数在处取得极大值,因此必有
类似地可证
从几何上看,这时如果曲面在点处有切平面,则切平面
成为平行于坐标面的平面。
仿照一元函数,凡是能使同时成立的点称为函数的驻点,从定理1可知,具有偏导数的函数的极值点必定是驻点。但是函数的驻点不一定是极值点,例如,点(0,0)是函数的驻点,但是函数在该点并无极值。
怎样判定一个驻点是否是极值点呢?下面的定理回答了这个问题。
定理2(充分条件)设函数在点的某邻域内连续且有一阶及二阶连续偏导数,又,令
则在处是否取得极值的条件如下:
(1)时具有极值,且当时有极大值,当时有极小值;
(2)时没有极值;
(3)时可能有极值,也可能没有极值,还需另作讨论。
这个定理现在不证。利用定理1、2,我们把具有二阶连续偏导数的函数的极值的求法叙述如下:
定义设函数在点的某个邻域内有定义,对于该邻域内异于的点,如果都适合不等式
,
则称函数在点有极大值。如果都适合不等式
,
则称函数在点有极小值.极大值、极小值统称为极值。使函数取得极值的点称为极值点。
例1 函数在点(0,0)处有极小值。因为对于点(0,0)的任一邻域内异于(0,0)的点,函数值都为正,而在点(0,0)处的函数值为零。从几何上看这是显然的,因为点(0,0,0)是开口朝上的椭圆抛物面的顶点。
例2函数在点(0,0)处有极大值。因为在点(0,0)处函数值为零,而对于点(0,0)的任一邻域内异于(0,0)的点,函数值都为负,点(0,0,0)是位于平面下方的锥面的顶点。
例3 函数在点(0,0)处既不取得极大值也不取得极小值。因为在点(0,0)处的函数值为零,而在点(0,0)的任一邻域内,总有使函数值为正的点,也有使函数值为负的点。
定理1(必要条件)设函数在点具有偏导数,且在点处有极值,则它在该点的偏导数必然为零:
证不妨设在点处有极大值。依极大值的定义,在点的某邻域内异于的点都适合不等式
特殊地,在该邻域内取,而的点,也应适合不等式
这表明一元函数在处取得极大值,因此必有
类似地可证
从几何上看,这时如果曲面在点处有切平面,则切平面
成为平行于坐标面的平面。
仿照一元函数,凡是能使同时成立的点称为函数的驻点,从定理1可知,具有偏导数的函数的极值点必定是驻点。但是函数的驻点不一定是极值点,例如,点(0,0)是函数的驻点,但是函数在该点并无极值。
怎样判定一个驻点是否是极值点呢?下面的定理回答了这个问题。
定理2(充分条件)设函数在点的某邻域内连续且有一阶及二阶连续偏导数,又,令
则在处是否取得极值的条件如下:
(1)时具有极值,且当时有极大值,当时有极小值;
(2)时没有极值;
(3)时可能有极值,也可能没有极值,还需另作讨论。
这个定理现在不证。利用定理1、2,我们把具有二阶连续偏导数的函数的极值的求法叙述如下:
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