一、多元函数的极值及最大值与最小值
定理1(必要条件)设函数在点
具有偏导数,且在
处有极值,则有
,
。
此定理对应一元函数的费马引理:函数在
的某个邻域内有定义,且在
处有极值,则
定理2(充分条件)设函数在点
的某邻域内有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
时有极小值,当
时有极大值 (大小小大);
(2) 时没有极值;
(3)时可能有极值,也可能没有极值。
例如: 在
处有极小值,而
在
处就
没有极值。
对于具有二阶连续偏导数的函数 的极值求法:
(1)解方程组 ,
求驻点(对每个未知数的偏导数都为0的点)
(2)对于每一个驻点求出二阶偏导数
的值。
(3)根据的符号,再按照定理2来判定
是不是极值点、是极大值点还是极小值点。
如果函数在个别点的偏导数不存在,这些点虽不是驻点,但可能是极值点。因此,在求函数的极值的时候,除了考虑函数的驻点外,还应考虑偏导数不存在的点。
最值产生于边界值和极值,只要找出极值,再找出边界值的最值,便可取出函数的最大最小值。
二、条件极值 拉格朗日乘数法
在(一)中讨论的都是无条件极值,但在实际生活中的问题多数是对自变量加有条件的,这时我们便使用拉格朗日乘数法
证明过程省略······
引进辅助函数
为函数
为约束条件
这时分别对
求偏导数 令这些偏导数都等于0,求出来点坐标。
至于求出来的点是不是极值点,在实际问题中往往根据问题本身的性质来判定。
注:本文大部分内容来源于同济版高等数学 第七版下册。
本文加入了本人的少许理解,难免有所疏漏和错误,还请读者指出。