Ekstrema fungsi beberapa pembolehubah. Keadaan yang perlu untuk ekstrem. Keadaan yang mencukupi untuk ekstrem. Ekstrem bersyarat. Kaedah pengganda Lagrange. Mencari nilai terbesar dan terkecil.

Kuliah 5.

Definisi 5.1. titik M 0 (x 0, y 0) dipanggil titik maksimum fungsi z = f (x, y), Jika f (x o , y o) > f(x,y) untuk semua mata (x, y) M 0.

Definisi 5.2. titik M 0 (x 0, y 0) dipanggil titik minimum fungsi z = f (x, y), Jika f (x o , y o) < f(x,y) untuk semua mata (x, y) dari beberapa kawasan kejiranan M 0.

Nota 1. Mata maksimum dan minimum dipanggil titik melampau fungsi beberapa pembolehubah.

Catatan 2. Titik ekstrem bagi suatu fungsi bagi sebarang bilangan pembolehubah ditentukan dengan cara yang sama.

Teorem 5.1 (syarat yang diperlukan melampau). Jika M 0 (x 0, y 0)– titik ekstrem fungsi z = f (x, y), maka pada ketika ini derivatif separa tertib pertama bagi fungsi ini adalah sama dengan sifar atau tidak wujud.

Bukti.

Mari kita betulkan nilai pembolehubah di, mengira y = y 0. Kemudian fungsi f (x, y 0) akan menjadi fungsi satu pembolehubah X, untuk yang mana x = x 0 ialah titik ekstrem. Oleh itu, dengan teorem Fermat, atau tidak wujud. Pernyataan yang sama dibuktikan sama untuk .

Definisi 5.3. Titik kepunyaan domain fungsi beberapa pembolehubah di mana terbitan separa fungsi itu sama dengan sifar atau tidak wujud dipanggil titik pegun fungsi ini.

Komen. Oleh itu, ekstrem hanya boleh dicapai pada titik pegun, tetapi ia tidak semestinya diperhatikan pada setiap titik.

Teorem 5.2 (syarat yang mencukupi melampau). Biarkan dalam beberapa kejiranan titik M 0 (x 0, y 0), yang merupakan titik pegun bagi fungsi z = f (x, y), fungsi ini mempunyai terbitan separa berterusan sehingga termasuk urutan ke-3. Mari kita nyatakan Kemudian:

1) f(x,y) mempunyai pada titik M 0 maksimum jika AC–B² > 0, A < 0;

2) f(x,y) mempunyai pada titik M 0 minimum jika AC–B² > 0, A > 0;

3) tidak ada ekstrem pada titik kritikal jika AC–B² < 0;

4) jika AC–B² = 0, kajian lanjut diperlukan.

Bukti.

Mari kita tulis formula Taylor tertib kedua untuk fungsi tersebut f(x,y), mengingati bahawa pada titik pegun derivatif separa tertib pertama adalah sama dengan sifar:

di mana Jika sudut antara ruas M 0 M, Di mana M (x 0 +Δ x, y 0 +Δ di), dan paksi O X menandakan φ, kemudian Δ x =Δ ρ cos φ, Δ y =Δρsinφ. Dalam kes ini, formula Taylor akan mengambil bentuk: . Biar Kemudian kita boleh membahagi dan mendarab ungkapan dalam kurungan dengan A. Kita mendapatkan:

Sekarang mari kita pertimbangkan empat kemungkinan kes:

1) AC-B² > 0, A < 0. Тогда , и pada Δρ yang cukup kecil. Oleh itu, di beberapa kawasan kejiranan M 0 f (x 0 + Δ x, y 0 +Δ y)< f (x 0 , y 0), itu dia M 0– titik maksimum.

2) Biarkan AC–B² > 0, A > 0. Kemudian , Dan M 0– titik minimum.

3) Biarkan AC-B² < 0, A> 0. Pertimbangkan pertambahan argumen di sepanjang sinar φ = 0. Kemudian daripada (5.1) ia mengikuti bahawa , iaitu, apabila bergerak sepanjang sinar ini, fungsi bertambah. Jika kita bergerak sepanjang sinar yang tg φ 0 = -A/B, Itu , oleh itu, apabila bergerak sepanjang sinar ini, fungsi berkurangan. Jadi, tempoh M 0 bukanlah satu titik ekstrem.

3`) Bila AC–B² < 0, A < 0 доказательство отсутствия экстремума проводится

serupa dengan yang sebelumnya.

3``) Jika AC–B² < 0, A= 0, maka . dimana . Kemudian untuk φ yang cukup kecil ungkapan 2 B cosφ + C sinφ hampir kepada 2 DALAM, iaitu, ia mengekalkan tanda malar, tetapi sinφ menukar tanda di sekitar titik M 0. Ini bermakna bahawa kenaikan fungsi berubah tanda di sekitar titik pegun, yang oleh itu bukan titik ekstrem.

4) Jika AC–B² = 0, dan , , iaitu, tanda kenaikan ditentukan oleh tanda 2α 0. Pada masa yang sama, kajian lanjut diperlukan untuk menjelaskan persoalan kewujudan ekstrem.

Contoh. Mari cari titik ekstrem bagi fungsi tersebut z = x² - 2 xy + 2y² + 2 x. Untuk mencari titik pegun, kami menyelesaikan sistem . Jadi, titik pegun ialah (-2,-1). Di mana A = 2, DALAM = -2, DENGAN= 4. Kemudian AC–B² = 4 > 0, oleh itu, pada titik pegun, ekstrem dicapai, iaitu minimum (sejak A > 0).

Definisi 5.4. Jika hujah fungsi f (x 1 , x 2 ,…, x n) bersambung syarat-syarat tambahan sebagai m persamaan ( m< n) :

φ 1 ( x 1, x 2,…, x n) = 0, φ 2 ( x 1, x 2,…, x n) = 0, …, φ m ( x 1, x 2,…, x n) = 0, (5.2)

di mana fungsi φ i mempunyai terbitan separa berterusan, maka persamaan (5.2) dipanggil persamaan sambungan.

Definisi 5.5. Ekstrem fungsi f (x 1 , x 2 ,…, x n) apabila syarat (5.2) dipenuhi, ia dipanggil ekstrem bersyarat.

Komen. Kami boleh menawarkan tafsiran geometri berikut bagi ekstrem bersyarat bagi fungsi dua pembolehubah: biarkan hujah fungsi f(x,y) berkaitan dengan persamaan φ (x,y)= 0, mentakrifkan beberapa lengkung dalam satah O xy. Membina semula serenjang pada satah O dari setiap titik lengkung ini xy sehingga ia bersilang dengan permukaan z = f (x,y), kita memperoleh lengkung spatial yang terletak pada permukaan di atas lengkung φ (x,y)= 0. Tugasnya adalah untuk mencari titik ekstrem lengkung yang terhasil, yang, sudah tentu, kes am tidak bertepatan dengan titik ekstrem tanpa syarat fungsi f(x,y).

Mari kita tentukan syarat yang diperlukan untuk ekstrem bersyarat bagi fungsi dua pembolehubah dengan terlebih dahulu memperkenalkan definisi berikut:

Definisi 5.6. Fungsi L (x 1 , x 2 ,…, x n) = f (x 1 , x 2 ,…, x n) + λ 1 φ 1 (x 1 , x 2 ,…, x n) +

+ λ 2 φ 2 (x 1 , x 2 ,…, x n) +…+λ m φ m (x 1 , x 2 ,…, x n), (5.3)

di mana λi – ada yang tetap, dipanggil Fungsi Lagrange, dan nombor λi– pengganda Lagrange tidak tentu.

Teorem 5.3(syarat yang diperlukan untuk ekstrem bersyarat). Ekstrem bersyarat bagi sesuatu fungsi z = f (x, y) dengan adanya persamaan gandingan φ ( x, y)= 0 hanya boleh dicapai pada titik pegun fungsi Lagrange L (x, y) = f (x, y) + λφ (x, y).

Bukti. Persamaan gandingan menentukan hubungan tersirat di daripada X, oleh itu kami akan menganggap bahawa di ada fungsi dari X: y = y(x). Kemudian z terdapat fungsi kompleks daripada X, dan titik kritikalnya ditentukan oleh keadaan: . (5.4) Daripada persamaan gandingan ia mengikuti bahawa . (5.5)

Mari kita darabkan kesamaan (5.5) dengan beberapa nombor λ dan tambahkannya dengan (5.4). Kita mendapatkan:

, atau .

Kesamaan terakhir mesti dipenuhi pada titik pegun, dari mana ia berikut:

(5.6)

Satu sistem tiga persamaan untuk tiga tidak diketahui diperolehi: x, y dan λ, dan dua persamaan pertama ialah syarat untuk titik pegun bagi fungsi Lagrange. Dengan mengecualikan λ tambahan yang tidak diketahui daripada sistem (5.6), kita dapati koordinat titik di mana fungsi asal boleh mempunyai ekstrem bersyarat.

Catatan 1. Kehadiran ekstrem bersyarat pada titik yang ditemui boleh disemak dengan mengkaji terbitan separa tertib kedua bagi fungsi Lagrange dengan analogi dengan Teorem 5.2.

Catatan 2. Titik di mana ekstrem bersyarat bagi fungsi boleh dicapai f (x 1 , x 2 ,…, x n) apabila syarat (5.2) dipenuhi, boleh ditakrifkan sebagai penyelesaian sistem (5.7)

Contoh. Mari cari ekstrem bersyarat bagi fungsi tersebut z = xy memandangkan itu x + y= 1. Mari kita susun fungsi Lagrange L(x, y) = xy + λ (x + y – 1). Sistem (5.6) kelihatan seperti ini:

Di mana -2λ=1, λ=-0.5, x = y = -λ = 0.5. Di mana L(x,y) boleh diwakili dalam bentuk L(x, y) = - 0,5 (x–y)² + 0.5 ≤ 0.5, oleh itu pada titik pegun yang ditemui L(x,y) mempunyai maksimum, dan z = xy – maksimum bersyarat.

Ekstrem bersyarat.

Ekstrem bagi fungsi beberapa pembolehubah

Kaedah kuasa dua terkecil.

Ekstrem tempatan FNP

Biarkan fungsi diberikan Dan= f(P), РÎDÌR n dan biarkan titik P 0 ( A 1 , A 2 , ..., a p) –dalaman titik set D.

Definisi 9.4.

1) Titik P 0 dipanggil titik maksimum fungsi Dan= f(P), jika terdapat kejiranan titik ini U(P 0) М D supaya bagi mana-mana titik P( X 1 , X 2 , ..., x n)О U(P 0) , Р¹Р 0 , syaratnya sudah memuaskan f(P)£ f(P 0) . Maknanya f(P 0) fungsi pada titik maksimum dipanggil maksimum fungsi dan ditetapkan f(P0) = maks f(P) .

2) Titik P 0 dipanggil titik minimum fungsi Dan= f(P), jika terdapat kejiranan titik ini U(P 0)Ì D supaya bagi mana-mana titik P( X 1 , X 2 , ..., x n)ОU(P 0), Р¹Р 0 , syaratnya sudah memuaskan f(P)³ f(P 0) . Maknanya f(P 0) fungsi pada titik minimum dipanggil fungsi minimum dan ditetapkan f(P 0) = min f(P).

Titik minimum dan maksimum fungsi dipanggil titik ekstrem, nilai fungsi pada titik ekstrem dipanggil ekstrem fungsi.

Seperti berikut dari definisi, ketaksamaan f(P)£ f(P 0), f(P)³ f(P 0) mesti berpuas hati hanya dalam kejiranan tertentu titik P 0, dan bukan dalam keseluruhan domain definisi fungsi, yang bermaksud bahawa fungsi boleh mempunyai beberapa ekstrem jenis yang sama (beberapa minima, beberapa maksimum) . Oleh itu, extrema yang ditakrifkan di atas dipanggil tempatan keterlaluan (tempatan).

Teorem 9.1. (syarat yang diperlukan untuk ekstrem FNP)

Jika fungsi Dan= f(X 1 , X 2 , ..., x n) mempunyai ekstrem pada titik P 0 , maka terbitan separa tertib pertamanya pada titik ini sama ada sama dengan sifar atau tidak wujud.

Bukti. Biar pada titik P 0 ( A 1 , A 2 , ..., a p) fungsi Dan= f(P) mempunyai ekstrem, contohnya, maksimum. Mari kita perbetulkan hujah X 2 , ..., x n, meletakkan X 2 =A 2 ,..., x n = a p. Kemudian Dan= f(P) = f 1 ((X 1 , A 2 , ..., a p) ialah fungsi satu pembolehubah X 1 . Oleh kerana fungsi ini mempunyai X 1 = A 1 ekstrem (maksimum), kemudian f 1 ¢=0atau tidak wujud apabila X 1 =A 1 (syarat yang diperlukan untuk kewujudan ekstrem bagi fungsi satu pembolehubah). Tetapi, itu bermakna atau tidak wujud pada titik P 0 - titik ekstrem. Begitu juga, kita boleh mempertimbangkan derivatif separa berkenaan dengan pembolehubah lain. CTD.

Titik dalam domain fungsi di mana derivatif separa tertib pertama adalah sama dengan sifar atau tidak wujud dipanggil titik kritikal fungsi ini.

Seperti berikut dari Teorem 9.1, titik ekstrem FNP harus dicari di antara titik kritikal fungsi. Tetapi, bagi fungsi satu pembolehubah, tidak setiap titik kritikal adalah titik ekstrem.

Teorem 9.2. (syarat yang mencukupi untuk ekstrem FNP)

Biarkan P 0 ialah titik genting bagi fungsi tersebut Dan= f(P) dan ialah pembezaan tertib kedua bagi fungsi ini. Kemudian

dan jika d 2 u(P 0) > 0 pada , maka P 0 ialah titik minimum fungsi Dan= f(P);

b) jika d 2 u(P0)< 0 при , то Р 0 – точка maksimum fungsi Dan= f(P);

c) jika d 2 u(P 0) tidak ditakrifkan dengan tanda, maka P 0 bukan titik ekstrem;

Kami akan mempertimbangkan teorem ini tanpa bukti.

Perhatikan bahawa teorem tidak menganggap kes apabila d 2 u(P 0) = 0 atau tidak wujud. Ini bermakna persoalan kehadiran ekstrem pada titik P 0 di bawah keadaan sedemikian masih terbuka - kita perlukan penyelidikan tambahan, sebagai contoh, mengkaji kenaikan fungsi pada ketika ini.

Dalam kursus matematik yang lebih terperinci terbukti bahawa, khususnya untuk fungsi z = f(x,y) daripada dua pembolehubah, pembezaan tertib kedua yang merupakan hasil tambah bentuk

kajian tentang kehadiran ekstrem pada titik genting P 0 boleh dipermudahkan.

Mari kita nyatakan , , . Mari kita karang penentu

.

Rupa-rupa nya:

d 2 z> 0 pada titik P 0, i.e. P 0 – titik minimum, jika A(P 0) > 0 dan D(P 0) > 0;

d 2 z < 0 в точке Р 0 , т.е. Р 0 – точка максимума, если A(P0)< 0 , а D(Р 0) > 0;

jika D(P 0)< 0, то d 2 z di sekitar titik P 0 ia berubah tanda dan tidak ada ekstrem pada titik P 0;

jika D(Р 0) = 0, maka kajian tambahan tentang fungsi di sekitar titik kritikal Р 0 juga diperlukan.

Oleh itu, untuk fungsi z = f(x,y) daripada dua pembolehubah kita mempunyai algoritma berikut (mari kita panggil "algoritma D") untuk mencari ekstrem:

1) Cari domain definisi D( f) fungsi.

2) Cari titik kritikal, i.e. mata dari D( f), yang mana dan sama dengan sifar atau tidak wujud.

3) Pada setiap titik kritikal P 0, semak keadaan yang mencukupi untuk ekstrem. Untuk melakukan ini, cari , di mana , , dan hitung D(P 0) dan A(P 0).Kemudian:

jika D(P 0) >0, maka pada titik P 0 terdapat ekstrem, dan jika A(P 0) > 0 – maka ini adalah minimum, dan jika A(P 0)< 0 – максимум;

jika D(P 0)< 0, то в точке Р­ 0 нет экстремума;

Jika D(P 0) = 0, maka penyelidikan tambahan diperlukan.

4) Pada titik ekstrem yang ditemui, hitung nilai fungsi.

Contoh 1.

Cari ekstrem bagi fungsi itu z = x 3 + 8y 3 – 3xy .

Penyelesaian. Domain takrifan fungsi ini ialah keseluruhan satah koordinat. Mari cari titik kritikal.

, , Þ P 0 (0,0) , .

Mari kita semak sama ada syarat yang mencukupi untuk ekstrem dipenuhi. Kami akan mencari

6X, = -3, = 48di Dan = 288xy – 9.

Maka D(P 0) = 288×0×0 – 9 = -9< 0 , значит, в точке Р 0 экстремума нет.

D(Р 1) = 36-9>0 – pada titik Р 1 terdapat ekstrem, dan sejak A(P 1) = 3 >0, maka ekstrem ini adalah minimum. Jadi min z=z(P 1) = .

Contoh 2.

Cari ekstrem bagi fungsi itu .

Penyelesaian: D( f) =R 2 . Perkara kritikal: ; tidak wujud apabila di= 0, yang bermaksud P 0 (0,0) ialah titik kritikal bagi fungsi ini.

2, = 0, = , = , tetapi D(P 0) tidak ditakrifkan, jadi mengkaji tandanya adalah mustahil.

Atas sebab yang sama, adalah mustahil untuk menggunakan Teorem 9.2 secara langsung - d 2 z tidak wujud pada ketika ini.

Mari kita pertimbangkan kenaikan fungsi f(x, y) pada titik P 0. Jika D f =f(P) – f(P 0)>0 "P, maka P 0 ialah titik minimum, tetapi jika D f < 0, то Р 0 – точка максимума.

Dalam kes kami, kami ada

D f = f(x, y) – f(0, 0) = f(0+D x,0+D y) – f(0, 0) = .

Di D x= 0.1 dan D y= -0.008 kita dapat D f = 0,01 – 0,2 < 0, а при Dx= 0.1 dan D y= 0.001 D f= 0.01 + 0.1 > 0, i.e. di sekitar titik P 0 tiada syarat D dipenuhi f <0 (т.е. f(x, y) < f(0, 0) dan oleh itu P 0 bukan titik maksimum), mahupun keadaan D f>0 (iaitu f(x, y) > f(0, 0) dan kemudian P 0 bukan titik minimum). Ini bermakna, mengikut definisi extremum, fungsi ini tidak mempunyai extrema.

Ekstrem bersyarat.

Ekstrem yang dianggap sebagai fungsi dipanggil tanpa syarat, kerana tiada sekatan (syarat) dikenakan pada hujah fungsi.

Definisi 9.2. Ekstrem fungsi Dan = f(X 1 , X 2 , ... , x n), didapati di bawah syarat bahawa hujah-hujahnya X 1 , X 2 , ... , x n memenuhi persamaan j 1 ( X 1 , X 2 , ... , x n) = 0, …, j T(X 1 , X 2 , ... , x n) = 0, di mana P ( X 1 , X 2 , ... , x n) О D( f), dipanggil ekstrem bersyarat .

Persamaan j k(X 1 , X 2 , ... , x n) = 0 , k = 1, 2,..., m, dipanggil persamaan sambungan.

Mari lihat fungsinya z = f(x,y) dua pembolehubah. Jika persamaan sambungan adalah satu, i.e. , kemudian mencari ekstrem bersyarat bermakna ekstrem itu tidak dicari dalam keseluruhan domain definisi fungsi, tetapi pada beberapa lengkung yang terletak dalam D( f) (iaitu, ia bukan titik tertinggi atau terendah permukaan yang dicari z = f(x,y), dan titik tertinggi atau terendah antara titik persilangan permukaan ini dengan silinder, Rajah 5).

Ekstrem bersyarat bagi sesuatu fungsi z = f(x,y) daripada dua pembolehubah boleh didapati dengan cara berikut( kaedah penyingkiran). Daripada persamaan, nyatakan salah satu pembolehubah sebagai fungsi yang lain (contohnya, tulis ) dan, menggantikan nilai pembolehubah ini ke dalam fungsi, tulis yang terakhir sebagai fungsi satu pembolehubah (dalam kes yang dipertimbangkan ). Cari ekstrem bagi fungsi yang terhasil bagi satu pembolehubah.

Definisi1: Suatu fungsi dikatakan mempunyai maksimum setempat pada suatu titik jika terdapat kejiranan titik tersebut sedemikian rupa sehingga untuk mana-mana titik M dengan koordinat (x, y) ketidaksamaan memegang: . Dalam kes ini, iaitu, kenaikan fungsi< 0.

Definisi2: Suatu fungsi dikatakan mempunyai minimum setempat pada suatu titik jika terdapat kejiranan titik tersebut sedemikian rupa sehingga untuk mana-mana titik M dengan koordinat (x, y) ketidaksamaan memegang: . Dalam kes ini, iaitu, kenaikan fungsi > 0.

Definisi 3: Titik minimum dan maksimum tempatan dipanggil titik melampau.

Keterlaluan Bersyarat

Apabila mencari ekstrem fungsi banyak pembolehubah, masalah sering timbul berkaitan dengan apa yang dipanggil ekstrem bersyarat. Konsep ini boleh dijelaskan menggunakan contoh fungsi dua pembolehubah.

Biarkan fungsi dan garis diberikan L di permukaan 0xy. Tugasnya adalah untuk mendapatkan talian L mencari titik sedemikian P(x, y), di mana nilai fungsi adalah terbesar atau terkecil berbanding dengan nilai fungsi ini pada titik pada garis L, terletak berhampiran titik P. Mata sedemikian P dipanggil titik ekstrem bersyarat berfungsi dalam talian L. Berbeza dengan titik ekstrem biasa, nilai fungsi pada titik ekstrem bersyarat dibandingkan dengan nilai fungsi bukan pada semua titik kejiranan, tetapi hanya pada titik yang terletak pada garis L.

Ia benar-benar jelas bahawa titik ekstrem biasa (mereka juga berkata ekstrem tanpa syarat) juga merupakan titik ekstrem bersyarat untuk mana-mana garisan yang melalui titik ini. Sebaliknya, tentu saja, tidak benar: titik ekstrem bersyarat mungkin bukan titik ekstrem biasa. Biar saya jelaskan apa yang saya katakan dengan contoh mudah. Graf fungsi ialah hemisfera atas (Lampiran 3 (Rajah 3)).

Fungsi ini mempunyai maksimum pada asal; puncak sepadan dengannya M hemisfera. Jika talian L terdapat garisan yang melalui titik-titik tersebut A Dan DALAM(persamaan dia x+y-1=0), maka jelas secara geometri bahawa untuk titik-titik garis ini nilai tertinggi fungsi dicapai pada titik yang terletak di tengah antara titik A Dan DALAM. Ini ialah titik ekstrem bersyarat (maksimum) fungsi pada baris ini; ia sepadan dengan titik M 1 pada hemisfera, dan dari angka itu jelas bahawa tidak boleh bercakap tentang mana-mana ekstrem biasa di sini.

Perhatikan bahawa pada bahagian akhir masalah mencari nilai terbesar dan terkecil fungsi dalam kawasan tertutup kita perlu mencari nilai ekstrem fungsi di sempadan rantau ini, i.e. pada beberapa baris, dan dengan itu menyelesaikan masalah ekstrem bersyarat.

Sekarang mari kita meneruskan pencarian praktikal untuk titik ekstrem bersyarat bagi fungsi Z= f(x, y) dengan syarat pembolehubah x dan y dikaitkan dengan persamaan (x, y) = 0. Kami akan memanggil hubungan ini sebagai persamaan sambungan. Jika daripada persamaan gandingan y boleh dinyatakan secara eksplisit dalam sebutan x: y=(x), kita memperoleh fungsi satu pembolehubah Z= f(x, (x)) = Ф(x).

Setelah menemui nilai x di mana fungsi ini mencapai ekstrem, dan kemudian ditentukan daripada persamaan sambungan nilai y yang sepadan, kita memperoleh titik yang dikehendaki bagi ekstrem bersyarat.

Jadi, dalam contoh di atas, daripada persamaan hubungan x+y-1=0 kita ada y=1-x. Dari sini

Adalah mudah untuk menyemak bahawa z mencapai maksimum pada x = 0.5; tetapi kemudian daripada persamaan sambungan y = 0.5, dan kita mendapat tepat titik P, didapati daripada pertimbangan geometri.

Masalah ekstrem bersyarat sangat mudah diselesaikan walaupun persamaan sambungan boleh diwakili persamaan parametrik x=x(t), y=y(t). Menggantikan ungkapan bagi x dan y ke dalam fungsi ini, kita sekali lagi datang kepada masalah mencari ekstrem bagi fungsi satu pembolehubah.

Jika persamaan gandingan mempunyai lebih daripada rupa yang kompleks dan kami tidak dapat sama ada menyatakan secara eksplisit satu pembolehubah dalam sebutan yang lain, atau menggantikannya dengan persamaan parametrik, maka tugas mencari ekstrem bersyarat menjadi lebih sukar. Kami akan terus menganggap bahawa dalam ungkapan fungsi z= f(x, y) pembolehubah (x, y) = 0. Jumlah terbitan bagi fungsi z= f(x, y) adalah sama dengan:

Di mana terbitan y` didapati menggunakan peraturan pembezaan fungsi tersirat. Pada titik ekstrem bersyarat, jumlah derivatif yang ditemui mestilah sama dengan sifar; ini memberikan satu persamaan yang mengaitkan x dan y. Oleh kerana mereka juga mesti memenuhi persamaan gandingan, kita mendapat sistem dua persamaan dengan dua yang tidak diketahui

Mari kita ubah sistem ini kepada yang lebih mudah dengan menulis persamaan pertama dalam bentuk perkadaran dan memperkenalkan alat bantu baharu yang tidak diketahui:

(tanda tolak di hadapan adalah untuk kemudahan). Daripada persamaan ini adalah mudah untuk berpindah ke sistem berikut:

f` x =(x,y)+` x (x,y)=0, f` y (x,y)+` y (x,y)=0 (*),

yang, bersama-sama dengan persamaan sambungan (x, y) = 0, membentuk sistem tiga persamaan dengan x, y dan yang tidak diketahui.

Persamaan ini (*) paling mudah diingat menggunakan peraturan berikut: untuk mencari titik yang boleh menjadi titik ekstrem bersyarat bagi fungsi

Z= f(x, y) dengan persamaan sambungan (x, y) = 0, anda perlu membentuk fungsi tambahan

F(x,y)=f(x,y)+(x,y)

Di manakah beberapa pemalar, dan cipta persamaan untuk mencari titik ekstrem fungsi ini.

Sistem persamaan yang ditunjukkan menyediakan, sebagai peraturan, hanya syarat yang diperlukan, i.e. tidak setiap pasangan nilai x dan y yang memenuhi sistem ini semestinya merupakan titik ekstrem bersyarat. Saya tidak akan memberikan syarat yang mencukupi untuk titik ekstrem bersyarat; selalunya kandungan khusus masalah itu sendiri mencadangkan perkara yang ditemui. Teknik yang diterangkan untuk menyelesaikan masalah pada ekstrem bersyarat dipanggil kaedah pengganda Lagrange.

Biarkan fungsi z - /(x, y) ditakrifkan dalam beberapa domain D dan biarkan Mo(xo, Vo) menjadi titik pedalaman domain ini. Definisi. Jika terdapat nombor sedemikian bahawa untuk semua yang memenuhi syarat ketaksamaan adalah benar, maka titik Mo(xo, yo) dipanggil titik maksimum tempatan bagi fungsi /(x, y); jika untuk semua Dx, Du, memenuhi syarat | maka titik Mo(xo,yo) dipanggil minimum tempatan nipis. Dalam erti kata lain, titik M0(x0, y0) ialah titik maksimum atau minimum bagi fungsi f(x, y) jika terdapat 6 kejiranan titik A/o(x0, y0) supaya sama sekali titik M(x, y) ini dalam kejiranan, kenaikan fungsi mengekalkan tandanya. Contoh. 1. Untuk titik fungsi - titik minimum (Rajah 17). 2. Untuk fungsi, titik 0(0,0) ialah titik maksimum (Rajah 18). 3. Untuk fungsi, titik 0(0,0) ialah titik maksimum setempat. 4 Sesungguhnya, terdapat kejiranan titik 0(0, 0), contohnya, bulatan jejari j (lihat Rajah 19), di mana-mana titik yang berbeza daripada titik 0(0,0), nilai fungsi /(x,y) kurang daripada 1 = Kami akan mempertimbangkan hanya titik maksimum dan minimum fungsi yang ketat apabila ketaksamaan ketat atau ketaksamaan ketat dipenuhi untuk semua titik M(x) y) dari beberapa kejiranan 6 tertusuk titik Mq. Nilai fungsi pada titik maksimum dipanggil maksimum, dan nilai fungsi pada titik minimum dipanggil minimum fungsi ini. Titik maksimum dan minimum fungsi dipanggil titik ekstrem fungsi, dan maksimum dan minimum fungsi itu sendiri dipanggil ekstremnya. Teorem 11 (syarat yang diperlukan untuk ekstrem). Jika suatu fungsi ialah ekstrem bagi fungsi beberapa pembolehubah.Konsep ekstrem bagi fungsi beberapa pembolehubah. Keadaan yang perlu dan mencukupi untuk ekstrem Ekstrem bersyarat Nilai terbesar dan terkecil bagi fungsi berterusan mempunyai ekstrem pada titik maka pada ketika ini setiap terbitan separa u sama ada lenyap atau tidak wujud. Biarkan pada titik M0(x0, yо) Fungsi z = f(x) y) mempunyai ekstrem. Mari kita berikan pembolehubah y nilai yo. Maka fungsi z = /(x, y) akan menjadi fungsi satu pembolehubah x\ Memandangkan pada x = xo ia mempunyai ekstrem (maksimum atau minimum, Rajah 20), maka terbitannya berkenaan dengan x = “o, | (*o,l>)" Sama dengan sifar atau tidak wujud. Begitu juga, kami yakin bahawa) sama ada sama dengan sifar atau tidak wujud. Titik di mana = 0 dan χ = 0 atau tidak wujud dipanggil kritikal titik bagi fungsi z = Dx, y).Titik di mana $£ = φ = 0 juga dipanggil titik pegun bagi fungsi tersebut. Teorem 11 menyatakan hanya syarat yang perlu untuk ekstrem, yang tidak mencukupi. Contoh: Fungsi Rajah. 18 Rajah 20 terbitan immt yang bertukar kepada sifar pada. Tetapi fungsi ini nipis pada imvat strum. Sesungguhnya, fungsi itu adalah sama dengan sifar pada titik 0(0,0) dan mengambil nilai positif dan negatif pada titik M(x,y), sewenang-wenangnya menghampiri titik 0(0,0). Untuk itu, jadi pada titik pada titik (0, y) untuk titik kecil sewenang-wenangnya 0(0,0) daripada jenis yang ditunjukkan dipanggil titik maksima mini (Rajah 21). Keadaan yang mencukupi untuk ekstrem bagi fungsi dua pembolehubah dinyatakan oleh teorem berikut. Teorem 12 (syarat yang mencukupi untuk ekstrem dalam dua pembolehubah). Biarkan titik Mo(xo»Yo) menjadi titik pegun bagi fungsi f(x, y), dan dalam beberapa kejiranan titik /, termasuk titik Mo itu sendiri, fungsi f(z, y) mempunyai terbitan separa berterusan sehingga urutan kedua termasuk. Kemudian". pada titik Mo(xo, V0) fungsi /(xo, y) tidak mempunyai ekstrem jika D(xo, yo)< 0. Если же то в точке Мо(жо>Ekstrem bagi fungsi f(x, y) mungkin wujud atau tidak. Dalam kes ini, kajian lanjut diperlukan. m Mari kita hadkan diri kita untuk membuktikan pernyataan 1) dan 2) teorem. Mari kita tulis formula Taylor tertib kedua untuk fungsi /(i, y): di mana. Mengikut syarat, adalah jelas bahawa tanda kenaikan D/ ditentukan oleh tanda trinomial di sebelah kanan (1), iaitu, tanda pembezaan kedua d2f. Mari kita nyatakan untuk ringkasnya. Kemudian kesamaan (l) boleh ditulis seperti berikut: Biarkan pada titik MQ(jadi, V0) kita ada... Oleh kerana, mengikut syarat, terbitan separa tertib kedua bagi fungsi f(s, y) adalah selanjar, maka ketidaksamaan (3) juga akan berlaku di beberapa kejiranan titik M0(s0,yo). Jika keadaan itu dipenuhi (pada titik А/0, dan berdasarkan kesinambungan derivatif /,z(s,y) akan mengekalkan tandanya di beberapa kejiranan titik Af0. Di rantau di mana А Ф 0, kita mempunyai Jelas daripada ini bahawa jika ЛС - В2 > 0 dalam beberapa kejiranan titik M0(x0) y0), maka tanda trinomial AAx2 -I- 2BAxAy + CDy2 bertepatan dengan tanda A pada titik (jadi , V0) (serta dengan tanda C, kerana untuk AC - B2 > 0 A dan C tidak boleh mempunyai tanda yang berbeza). Oleh kerana tanda jumlah AAAs2 + 2BAxAy + CAy2 pada titik (s0 + $ Ax, y0 + 0 Du) menentukan tanda perbezaan, kita sampai pada kesimpulan berikut: jika untuk fungsi /(s,y) di keadaan titik pegun (s0, V0), kemudian untuk || yang cukup kecil ketidaksamaan akan berpuas hati. Oleh itu, pada titik (sq, V0) fungsi /(s, y) mempunyai maksimum. Jika keadaan dipenuhi pada titik pegun (s0, y0), maka untuk semua yang cukup kecil |Dr| dan |Du| ketaksamaan adalah benar, yang bermaksud bahawa pada titik (jadi, yo) fungsi /(s, y) mempunyai minimum. Contoh. 1. Menyiasat fungsi untuk ekstrem 4 Menggunakan syarat yang diperlukan untuk ekstrem, kita mencari titik pegun bagi fungsi tersebut. Untuk melakukan ini, kita mencari derivatif separa u dan menyamakannya dengan sifar. Kami memperoleh sistem persamaan dari mana - titik pegun. Sekarang mari kita gunakan Teorem 12. Kita ada Ini bermakna terdapat ekstrem pada titik Ml. Kerana ini adalah minimum. Jika kita mengubah fungsi r ke dalam bentuk, ia adalah mudah untuk melihatnya bahagian kanan(“) akan menjadi minimum apabila adalah minimum mutlak fungsi ini. 2. Periksa fungsi untuk ekstrem. Kita dapati titik pegun bagi fungsi itu, yang mana kita menyusun sistem persamaan. Oleh itu, supaya titik itu pegun. Oleh kerana, berdasarkan Teorem 12, tidak ada ekstrem pada titik M. * 3. Menyiasat ekstrem bagi fungsi tersebut. Cari titik pegun bagi fungsi itu. Daripada sistem persamaan kita memperolehnya, jadi titiknya adalah pegun. Seterusnya kita mempunyai bahawa Teorem 12 tidak menjawab soalan tentang kehadiran atau ketiadaan ekstrem. Jom buat cara ni. Untuk fungsi tentang semua titik berbeza daripada titik jadi, mengikut takrifan, dan titik A/o(0,0) fungsi r mempunyai minimum mutlak. Dengan pengiraan yang sama kami menetapkan bahawa fungsi mempunyai maksimum pada titik, tetapi fungsi tidak mempunyai ekstrem pada titik. Biarkan fungsi bagi n pembolehubah bebas boleh dibezakan pada satu titik.Titik Mo dipanggil titik pegun bagi fungsi jika Teorem 13 (sehingga keadaan yang mencukupi untuk ekstrem). Biarkan fungsi itu ditakrifkan dan mempunyai terbitan separa berterusan tertib kedua dalam beberapa kejiranan denda Mt(xi..., yang merupakan fungsi halus pegun jika bentuk kuadratik (pembezaan kedua fungsi f dalam denda adalah positif pasti (negatif pasti), titik minimum (masing-masing, maksimum halus) bagi fungsi f adalah baik Jika bentuk kuadratik (4) berselang-seli dalam tanda, maka tiada ekstrem dalam LG0 halus. Untuk menentukan sama ada kuadratik bentuk (4) akan menjadi pasti positif atau negatif, anda boleh menggunakan, sebagai contoh, kriteria Sylvester untuk kepastian positif (negatif ) bagi bentuk kuadratik 15.2 Ekstrem bersyarat Sehingga kini, kami telah mencari ekstrem tempatan fungsi di seluruh domain definisinya, apabila argumen fungsi tidak terikat oleh sebarang syarat tambahan. Ekstrema sedemikian dipanggil tanpa syarat. Walau bagaimanapun, selalunya terdapat masalah untuk mencari apa yang dipanggil extrema bersyarat. Biarkan fungsi z = /(x, y) ditakrifkan dalam domain D. Mari kita andaikan bahawa lengkung L diberikan dalam domain ini, dan kita perlu mencari ekstrem bagi fungsi f(x> y) hanya antara yang daripada nilainya yang sepadan dengan titik lengkung L. Ekstrem yang sama dipanggil ekstrem bersyarat bagi fungsi z = f(x) y) pada lengkung L. Definisi Mereka mengatakan bahawa pada satu titik terletak pada lengkung L , fungsi f(x, y) mempunyai maksimum bersyarat (minimum) jika ketaksamaan dipenuhi pada semua titik M (s, y) y) lengkung L, kepunyaan beberapa kejiranan titik M0(x0, V0) dan berbeza dari titik M0 (Jika lengkung L diberikan oleh persamaan, maka masalah mencari ekstrem bersyarat bagi fungsi r - f(x,y) pada lengkung! boleh dirumuskan seperti berikut: cari ekstrem bagi fungsi x = /(z, y) dalam rantau D, dengan syarat bahawa Oleh itu, apabila mencari ekstrem bersyarat bagi fungsi z = y), hujah seladang tidak lagi boleh dianggap sebagai pembolehubah bebas: ia berkaitan antara satu sama lain oleh hubungan y) = 0, yang dipanggil persamaan sambungan. Untuk menjelaskan perbezaan antara ekstrem tanpa syarat dan bersyarat, mari kita lihat contoh di mana maksimum tanpa syarat bagi fungsi (Rajah 23) adalah sama dengan satu dan dicapai pada titik (0,0). Ia sepadan dengan titik M - puncak pvvboloid. Mari kita tambahkan persamaan sambungan y = j. Maka maksimum bersyarat jelas akan sama dengannya. Ia dicapai pada titik (o,|), dan ia sepadan dengan bucu Afj bola, iaitu garis persilangan bola dengan satah y = j. Dalam kes mvximum tanpa syarat, kami mempunyai aplikasi mvximum antara semua vpplicvt permukaan * = 1 - l;2 ~ y1; summvv bersyarat - hanya antara titik vllikvt pvraboloidv, sepadan dengan titik* garis lurus y = j bukan satah xOy. Salah satu kaedah untuk mencari ekstrem bersyarat bagi fungsi dengan kehadiran dan sambungan adalah seperti berikut. Biarkan persamaan sambungan y) - O mentakrifkan y sebagai fungsi pembezaan unik bagi argumen x: Menggantikan fungsi dan bukannya y ke dalam fungsi, kita memperoleh fungsi satu argumen di mana keadaan sambungan sudah diambil kira. Ekstrem (tanpa syarat) fungsi ialah ekstrem bersyarat yang dikehendaki. Contoh. Cari extremum fungsi di bawah keadaan Extremum fungsi beberapa pembolehubah Konsep ekstrem bagi fungsi beberapa pembolehubah. Keadaan yang perlu dan mencukupi untuk ekstrem Ekstrem bersyarat Nilai terbesar dan terkecil bagi fungsi berterusan A Daripada persamaan sambungan (2") kita dapati y = 1-x. Menggantikan nilai y ini kepada (V), kita memperoleh fungsi satu hujah x: Mari kita periksa ia untuk ekstrem: dari mana x = 1 ialah titik kritikal; , supaya ia menyediakan minimum bersyarat bagi fungsi r (Rajah 24). Mari kita tunjukkan cara lain untuk menyelesaikan masalah ekstrem bersyarat, yang dipanggil kaedah pengganda Lagrange. Biarkan terdapat titik ekstrem bersyarat bagi suatu fungsi dengan kehadiran sambungan. Mari kita andaikan bahawa persamaan sambungan mentakrifkan fungsi unik yang boleh dibezakan secara berterusan dalam kejiranan tertentu titik xx. Memandangkan kita memperoleh bahawa terbitan berkenaan dengan x bagi fungsi /(r, ip(x)) pada titik xq mestilah sama dengan sifar atau, yang bersamaan dengan ini, pembezaan f(x, y) pada titik Mo" O mestilah sama dengan sifar ) Daripada persamaan sambungan yang kita ada (5) Mendarab kesamaan terakhir dengan faktor berangka A yang belum ditentukan dan menambah sebutan dengan sebutan dengan kesamaan (4), kita akan mempunyai (kita menganggap bahawa ).Kemudian, disebabkan oleh kesewenang-wenangan dx, kita memperoleh Persamaan (6) dan (7) menyatakan syarat yang diperlukan untuk ekstrem tanpa syarat pada titik fungsi yang dipanggil fungsi Lagrange. Oleh itu, titik ekstrem bersyarat bagi fungsi /(x, y), jika, semestinya titik pegun bagi fungsi Lagrange di mana A ialah pekali berangka tertentu. Dari sini kita memperoleh peraturan untuk mencari ekstrem bersyarat: untuk mencari titik yang boleh menjadi titik ekstrem umum bagi suatu fungsi dengan adanya sambungan: 1) kita menyusun fungsi Lagrange, 2) dengan menyamakan derivatif dan U bagi fungsi ini kepada sifar dan menambah persamaan sambungan kepada persamaan yang terhasil, kita memperoleh satu sistem tiga persamaan daripadanya. kita dapati nilai A dan koordinat x, y titik ekstrem yang mungkin. Persoalan kewujudan dan sifat ekstrem bersyarat diselesaikan berdasarkan kajian tanda pembezaan kedua fungsi Lagrange untuk sistem nilai x0, V0, A yang dipertimbangkan, diperoleh daripada (8) dengan syarat Jika Jika , kemudian pada titik (x0, V0) fungsi /(x, y ) mempunyai maksimum bersyarat; jika d2F > 0 - maka minimum bersyarat. Khususnya, jika pada titik pegun (xo, J/o) penentu D untuk fungsi F(x, y) adalah positif, maka pada titik (®o, V0) terdapat maksimum bersyarat bagi fungsi f( x, y), jika dan minimum bersyarat bagi fungsi /(x, y), jika Contoh. Mari kita beralih semula kepada syarat contoh sebelumnya: cari ekstrem bagi fungsi di bawah syarat bahawa x + y = 1. Kami akan menyelesaikan masalah menggunakan kaedah pengganda Lagrange. Fungsi Lagrange dalam dalam kes ini mempunyai bentuk Untuk mencari titik pegun, kita menyusun satu sistem Daripada dua persamaan pertama sistem itu, kita memperoleh bahawa x = y. Kemudian daripada persamaan ketiga sistem (persamaan sambungan) kita dapati bahawa x - y = j ialah koordinat bagi titik ekstrem yang mungkin. Dalam kes ini (ia ditunjukkan bahawa A = -1. Oleh itu, fungsi Lagrange. ialah titik minimum bersyarat bagi fungsi * = x2 + y2 di bawah syarat Tiada ekstrem tanpa syarat untuk fungsi Lagrange. P(x, y) ) belum lagi bermakna ketiadaan ekstrem bersyarat untuk fungsi /(x, y) dengan adanya sambungan Contoh: Cari ekstrem bagi fungsi di bawah keadaan y 4 Kami menyusun fungsi Lagrange dan menulis sistem untuk menentukan A dan koordinat titik ekstrem yang mungkin: Daripada dua persamaan pertama kita memperoleh x + y = 0 dan kita tiba di sistem dari mana x = y = A = 0. Oleh itu, fungsi Lagrange yang sepadan mempunyai bentuk Pada titik (0,0) fungsi F(x, y; 0) tidak mempunyai ekstrem tanpa syarat, bagaimanapun, ekstrem bersyarat bagi fungsi r = xy. Apabila y = x, terdapat ". Sesungguhnya, dalam kes ini r = x2. Dari sini jelas bahawa pada titik (0,0) terdapat minimum bersyarat. "Kaedah pengganda Lagrange dipindahkan ke kes fungsi sebarang bilangan argumen/ Mari kita cari extremum fungsi dengan adanya persamaan sambungan Susun fungsi Lagrange dengan A|, Az,..., A„, adalah faktor pemalar tak tentu. Menyamakan kepada sifar semua derivatif separa tertib pertama bagi fungsi F dan menambah persamaan sambungan (9) kepada persamaan yang terhasil, kita memperoleh sistem persamaan n + m, daripada mana kita menentukan Ab A3|..., At dan koordinat x \) x2). » xn daripada kemungkinan titik ekstrem bersyarat. Persoalan sama ada mata yang ditemui menggunakan kaedah Lagrange sebenarnya adalah titik ekstrem bersyarat selalunya boleh diselesaikan berdasarkan pertimbangan sifat fizikal atau geometri. 15.3. Nilai terbesar dan terkecil bagi fungsi selanjar Biarlah perlu untuk mencari nilai terbesar (terkecil) bagi fungsi z = /(x, y), berterusan dalam beberapa domain terhad tertutup D. Mengikut Teorem 3, dalam domain ini terdapat ialah titik (xo, V0) di mana fungsi mengambil nilai terbesar (paling kecil). Jika titik (xo, y0) terletak di dalam kawasan D, maka fungsi / mempunyai maksimum (minimum) di dalamnya, jadi dalam hal ini titik kepentingan kepada kita terkandung di antara titik kritikal fungsi /(x, y). Walau bagaimanapun, fungsi /(x, y) boleh mencapai nilai terbesar (terkecil) di sempadan rantau. Oleh itu, untuk mencari nilai terbesar (terkecil) yang diambil oleh fungsi z = /(x, y) dalam kawasan tertutup terhad 2), anda perlu mencari semua maksimum (minimum) fungsi yang dicapai di dalam kawasan ini, serta nilai terbesar (terkecil) fungsi di sempadan kawasan ini. Yang terbesar (terkecil) daripada semua nombor ini akan menjadi nilai terbesar (terkecil) yang dikehendaki bagi fungsi z = /(x,y) di rantau 27. Mari kita tunjukkan bagaimana ini dilakukan dalam kes fungsi boleh beza. Prmmr. Cari nilai terbesar dan terkecil bagi fungsi rantau 4. Kami mencari titik kritikal fungsi di dalam kawasan D. Untuk melakukan ini, kami menyusun sistem persamaan. Dari sini kami memperoleh x = y « 0, supaya titik 0 (0,0) ialah titik genting bagi fungsi x. Oleh kerana Mari kita cari nilai terbesar dan terkecil fungsi pada sempadan Г rantau D. Di bahagian sempadan kita mempunyai bahawa y = 0 ialah titik kritikal, dan sejak = kemudian pada titik ini fungsi z = 1 + y2 mempunyai minimum sama dengan satu. Di hujung segmen Г", pada titik (, ​​kita ada. Menggunakan pertimbangan simetri, kita memperoleh keputusan yang sama untuk bahagian sempadan yang lain. Kami akhirnya memperoleh: nilai terkecil bagi fungsi z = x2+y2 di rantau ini "B adalah sama dengan sifar dan ia dicapai pada titik dalaman 0( 0, 0) rantau, dan nilai maksimum fungsi ini, sama dengan dua, dicapai pada empat titik sempadan (Rajah 25) Rajah 25 Latihan Cari domain takrifan fungsi: Bina garis aras bagi fungsi: 9 Cari permukaan aras bagi fungsi tiga pembolehubah bebas: Kira fungsi had: Cari terbitan separa bagi fungsi dan pembezaan penuh : Cari terbitan bagi fungsi kompleks: 3 Cari J. Ekstrem bagi fungsi beberapa pembolehubah Konsep ekstrem bagi fungsi beberapa pembolehubah. Syarat yang perlu dan mencukupi untuk ekstrem Ekstrem bersyarat Nilai terbesar dan terkecil bagi fungsi berterusan 34. Menggunakan formula untuk terbitan fungsi kompleks dua pembolehubah, cari dan fungsi: 35. Menggunakan formula untuk terbitan kompleks fungsi dua pembolehubah, cari |J dan fungsi: Cari fungsi jj yang diberi secara tersirat: 40. Cari pekali sudut lengkung tangen pada titik persilangannya dengan garis lurus x = 3. 41. Cari titik di mana tangen daripada lengkung x adalah selari dengan paksi Lembu. . Dalam masalah berikut, cari dan T: Tuliskan persamaan satah tangen dan normal permukaan: 49. Tulis persamaan satah tangen bagi permukaan x2 + 2y2 + 3z2 = 21, selari dengan satah x + 4y + 6z = 0. Cari tiga atau empat sebutan pertama pengembangan menggunakan formula Taylor : 50. y dalam persekitaran titik (0, 0). Menggunakan takrifan ekstrem bagi suatu fungsi, periksa fungsi berikut untuk ekstrem:). Menggunakan syarat yang mencukupi untuk ekstrem fungsi dua pembolehubah, periksa ekstrem fungsi: 84. Cari nilai terbesar dan terkecil bagi fungsi z = x2 - y2 dalam bulatan tertutup 85. Cari nilai terbesar dan terkecil fungsi * = x2y(4-x-y) dalam segi tiga yang dibatasi oleh garis lurus x = 0, y = 0, x + y = b. 88. Tentukan dimensi kolam terbuka segi empat tepat yang mempunyai permukaan terkecil, dengan syarat isipadunya adalah sama dengan V. 87. Cari dimensi paip selari segi empat tepat yang mempunyai isipadu maksimum diberi jumlah permukaan 5. Jawapan 1. dan | Segi empat sama yang dibentuk oleh ruas garis x termasuk sisinya. 3. Keluarga cincin sepusat 2= 0,1,2,... .4. Keseluruhan satah kecuali titik-titik pada garis lurus. Bahagian satah yang terletak di atas parabola y = -x?. 8. Titik bulatan x. Keseluruhan satah kecuali garis lurus x Ungkapan radikal adalah bukan negatif dalam dua kes j * ^ atau j x ^ ^ yang masing-masing bersamaan dengan siri ketaksamaan tak terhingga. Domain definisi ialah segi empat sama berlorek (Rajah 26); l yang bersamaan dengan siri tak terhingga Fungsi ditakrifkan dalam titik. a) Garis lurus selari dengan garis lurus x b) bulatan sepusat dengan pusat di titik asal. 10. a) parabola y) parabola y a) parabola b) hiperbola | .Pesawat xc. 13.Prime - hiperboloid satu rongga putaran di sekeliling paksi Oz; apabila dan merupakan hiperboloid dua helai putaran di sekeliling paksi Oz, kedua-dua keluarga permukaan dipisahkan oleh kon; Tiada had, b) 0. 18. Mari kita tetapkan y = kxt kemudian z lim z = -2, jadi fungsi yang diberikan pada titik (0,0) tidak mempunyai had. 19. a) Mata (0,0); b) titik (0,0). 20. a) Garis putus - bulatan x2 + y2 = 1; b) garis putus ialah garis lurus y = x. 21. a) Garis putus - menyelaras paksi Ox dan Oy; b) 0 (set kosong). 22. Semua titik (m, n), di mana dan n ialah integer

Syarat yang perlu dan mencukupi untuk ekstrem fungsi dua pembolehubah. Titik dipanggil titik minimum (maksimum) fungsi jika dalam kejiranan tertentu titik fungsi itu ditakrifkan dan memenuhi ketaksamaan (masing-masing, titik maksimum dan minimum dipanggil titik ekstrem fungsi.

Keadaan yang perlu untuk ekstrem. Jika pada titik ekstrem fungsi mempunyai derivatif separa pertama, maka ia lenyap pada ketika ini. Ia berikutan bahawa untuk mencari titik ekstrem bagi fungsi sedemikian, seseorang mesti menyelesaikan sistem persamaan.Titik yang koordinatnya memenuhi sistem ini dipanggil titik kritikal bagi fungsi tersebut. Antaranya mungkin terdapat mata maksimum, mata minimum, dan juga mata yang bukan mata ekstrem.

Keadaan ekstrem yang mencukupi digunakan untuk mengenal pasti titik ekstrem daripada set titik kritikal dan disenaraikan di bawah.

Biarkan fungsi mempunyai terbitan separa kedua berterusan pada titik kritikal. Jika pada ketika ini

keadaan maka ia adalah titik minimum pada dan titik maksimum pada Jika pada titik kritikal maka ia bukan titik ekstrem. Dalam kes ini, kajian yang lebih halus tentang sifat titik kritikal diperlukan, yang dalam kes ini mungkin atau mungkin bukan titik ekstrem.

Ekstrema fungsi tiga pembolehubah. Dalam kes fungsi tiga pembolehubah, takrifan titik ekstrem mengulangi secara verbatim takrifan yang sepadan untuk fungsi dua pembolehubah. Kami mengehadkan diri kami untuk membentangkan prosedur untuk mengkaji fungsi untuk ekstrem. Apabila menyelesaikan sistem persamaan, seseorang harus mencari titik kritikal fungsi, dan kemudian pada setiap titik kritikal mengira nilai

Jika ketiga-tiga kuantiti adalah positif, maka titik kritikal yang dimaksudkan ialah titik minimum; jika maka titik kritikal ini adalah titik maksimum.

Ekstrem bersyarat bagi fungsi dua pembolehubah. Titik dipanggil titik minimum (maksimum) bersyarat bagi fungsi dengan syarat terdapat kejiranan titik di mana fungsi itu ditakrifkan dan di mana (masing-masing) untuk semua titik yang koordinatnya memenuhi persamaan.

Untuk mencari titik ekstrem bersyarat, gunakan fungsi Lagrange

di mana nombor itu dipanggil pengganda Lagrange. Menyelesaikan sistem tiga persamaan

cari titik kritikal bagi fungsi Lagrange (serta nilai faktor tambahan A). Pada titik kritikal ini mungkin terdapat ekstrem bersyarat. Sistem di atas hanya menyediakan syarat yang diperlukan untuk ekstrem, tetapi tidak mencukupi: ia boleh dipenuhi oleh koordinat titik yang bukan titik ekstrem bersyarat. Walau bagaimanapun, berdasarkan intipati masalah, selalunya mungkin untuk menentukan sifat titik kritikal.

Ekstrem bersyarat bagi fungsi beberapa pembolehubah. Mari kita pertimbangkan fungsi pembolehubah dengan syarat ia dikaitkan dengan persamaan