FTF 2 semestr.MAVRODI / 18-19
.pdfЭкстремумы функции многих переменных. Необходимые и достаточные условия экстремума
Определение. Пусть функция определена на множестве и точка .
Точка называется точкой локального минимума (максимума)
функции если .
Точки локального минимума (максимума) называются точками локального экстремума.
Теорема (необходимое условие экстремума). Пусть функция определена в и имеет
локальный экстремум в точке |
. Если |
, |
|
|
то |
|
. |
|
|
Доказательство. Докажем это для случая |
. Рассмотрим функцию |
- |
||
функцию одной переменной |
. Так как функция |
имеет локальный экстремум в |
|
|
точке |
, то функция одной переменной также имеет локальный экстремум в точке . |
|
Так как , то эта производная является обычной производной функции одной переменной в точке . Тогда используя необходимое условие локального экстремума для
функции одной перменной получаем . Аналогично:
Если получаем .
Следствие. Если функция определена в и имеет в точке локальный экстремум и дифференцируема в точке , то
Теорема (достаточное условие локального экстремума). Пусть функция определена в и имеет в этой окрестности непрерывные частные производные второго порядка.
Пусть . Если является знакоопределенной квадратичной формой, тогда - точка локального экстремума, причем если - локальный минимум, а
если - локальный максимум.
Доказательство. Рассмотрим |
. Так как функция имеет |
|
непрерывные частные производные до второго порядка в |
, то функцию можно разложить по формуле |
|
Тейлора в точке |
до первого порядка |
|
,
где
.
Так как |
- непрерывна в |
непрерывна в |
точке |
|
|
, где |
- бесконечно малая функция |
|
при |
|
|
Обозначим
|
|
|
|
- бесконечно малая функция |
|
при |
|
. |
|
|
|
Пусть |
|
|
, где |
|
. |
Получаем: |
|
|
лежит на - сфере единичного рядиуса |
||
с центром в начале координат. |
- компакт. |
- непрерывна на компакте |
она достигает на нём своей |
||
точной нижней грани: |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
Так как |
- бесконечно малая |
|
|
|
|
при |
|
для |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
точка локального минимума. Аналогично доказывается что если |
, то |
- точка локального |
|||
максимума. |
|
|
|
|
|