
- •§ 1. Понятие функции двух переменных.
- •§ 2. Частные производные и дифференциалы функции двухпеременных.
- •§ 4. Дифференцирование сложных функций.
- •§ 5. Дифференцирование неявной функции.
- •§ 6. Производная по направлению, градиент.
- •§ 7. Касательная плоскость и нормаль к поверхности.
- •§ 8. Локальный экстремум функции нескольких переменных.
- •§ 9. Условный экстремум функции.
- •§ 10. Найти наибольшее и наименьшее значение функции в замкнутой области.
§ 9. Условный экстремум функции.
Функция
имеет
условный максимум (минимум) в точке,
если существует такая окрестность
точки
для всех точек которой, удовлетворяющих
уравнениям связи
выполняется неравенство
.
Исследование функции на условный экстремум сводят к исследованию на обычный экстремум функции Лагранжа
Константы
называют множителями Лагранжа.
Необходимые условия условного экстремума выражаются системой
(25)
Решение
системы (25)
даёт координаты точки
(или системы точек), в которой возможен
условный экстремум.
Достаточные
условия условного экстремума вытекают
из исследования на знак
при условии, что дифференциалы
удовлетворяют уравнениям
(26)
Точнее
говоря, функция
имеет условный максимум (минимум) в
точке
,
если для всевозможных наборов
,
удовлетворяющих (26), выполняется
неравенство
(
)
Пример 13.
Найти условный экстремум функции
при условии
Решение: Составим функцию Лагранжа
Имеем
Система имеет два решения
Далее
При
поэтому функция
в точке
имеет условный минимум, а при,
следовательно,
функция
имеет в точке
условный максимум.
Пример 14.
Найти условные экстремумы функции
при наличии ограничения
Решение: Построим функцию Лагранжа
Стационарные точки определим из системы
(27)
Умножим
первое уравнение на
,
а второе – на
.
После вычитания получим
(28)
Если
,
то из первых двух уравнений системы
.
Но такие значения переменных
и
не удовлетворяют уравнению связи.
Значит
и так как
то из (27) имеем
.
Подставляя это в уравнение связи,
получаем:
откуда
.
Таким образом, из (27)
.
Итак,
единственная стационарная точка функции
Лагранжа.
Далее,
Тогда
для
при
Получаем
Из
уравнения связи при
находим соотношение для дифференциалов
и
,
.
Подставляя
в(28),
получаем равенство
Поэтому,
при
в точке
функция имеет условный максимум, а при
– условный минимум. Экстремальное
значение равно
.
Примеры для самостоятельной работы:
Найти условный экстремум функции.
Ответы: 9.1.
9.2
.
9.3
9.4
.
9.5
седловая
точка,
.
9.6
9.7
§ 10. Найти наибольшее и наименьшее значение функции в замкнутой области.
Для того чтобы найти наибольшее и наименьшее значение функции необходимо найти стационарные точки внутри области, вычислить значения функции в этих точках и сравнить с верхней и нижней гранью на границе области.
Пример 15.
Решение:
Функция
непрерывна в замкнутом круге
.
Поэтому, согласно теореме Вейерштрасса,
она на этом множестве достигает своих,
наибольшего и наименьшего, значений
функции.
Система
имеет
решение
.
Так как
то в круге
решений нет. Поэтому экстремум достигается
на границе круга
Составим функцию Лагранжа
Для определения точек локального экстремума функции Лагранжа решим систему уравнений
Итак, находим две точки возможного экстремума
Вычислим значения функции в этих точках
Следовательно,
Примеры для
самостоятельной работы:
Найти наибольшее и наименьшее значение функции в области D.