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多元函数极值一定是最大值吗,多元函数极值和最值的关系

时间:2023-05-06 12:11:27 阅读:228096 作者:802

【高数】多元函数求极值和最值有什么不同? 一、起因二、概念理解三、问题思考四、解题五、小结

一、起因

在做某道题时,多元函数函数在有界闭区域内连续,求最值。
当时有诸多疑惑:

为什么求极值时,导数为0的点、导数不存在的点都是可疑极值点,而求最值时没有包括导数不存在的点?拉格朗日乘数法求得的条件极值,怎么判断是极大值极小值?什么时候需要判断极大值极小值,什么时候直接计算函数值比较而得出最值? 二、概念理解 多元函数极值的定义:
无条件极值的判定及求法:

注意:(1)成立前提是偏导数均存在,也就是可微函数的极值点处的偏导值为0。如果不可导,那么不适用此定理。
(2)对 x 和 y 的偏导数均为0的点称为驻点。该定理表示,注意后面这个定语!具有偏导数的函数的极值点一定是驻点,驻点不一定是极值点。
(3)如果某点对 x 和 y 不可导(至少对其一不可导),那么该点也可能是极值点。类似一元函数,不可导处可能是极值点。
如何判定不可导处的点是否真的是极值点?→定义法
(4)对于可微函数,极值点的偏导数必为0,因此可从之求得可疑极值点,但如何判定真的是极值点?→充分条件或定义法。

充分条件用于对偏导数为0的可疑极值点的进一步判定,使用条件是有一阶且二阶连续偏导数(一般可以写出函数式的初等函数,均满足此条件)。当出现(3)的无法判断状态时,转为定义法判断。

方法总结:
多元函数,无条件极值,先看定义域内是否可微

不可微,则对于偏导数不存在处,用定义法判极值。可微,用必要条件(偏导数为0)求极值可疑点,再用充分条件(二阶偏导的值)依次判断上述可疑点,若出现无法判定则回到定义法判定。 条件极值: 易于变量替换的条件,就用上,可减少一些变量,并转化为了无条件极值。不易用条件,则用拉格朗日乘数法求可疑极值点(这是个必要条件,是否是极值,可用二阶偏导或定义法或实际问题的性质判)。一般条件极值所得即所问,或者是为求最值服务的,所以这里无需担心是否真的是极值。
最值:函数的最大值、最小值,即一些可疑值比较后取得。 三、问题思考 二者的区别: (对于任何函数)极值点可疑点:驻点、偏导数不存在处(对于可微函数)极值点可疑点:驻点(对于有界闭区域上的连续可微函数)最值点可疑点:内部驻点、边界最值点(条件极值点/驻点及端点)

求最值时,为什么不需要确认,极值可疑点是极值点?

什么情况下,极值就一定是最值?

首先,需要满足以下条件(一般题目都满足)。书中给出的①是有界闭区域D,不过其实这里的D可以是无界区域或无界闭区域,如下面例子是开区域,不过,题意决定了存在最值,且能在D内取得。

但是!也有一些无界区域D出现了内部唯一极值不等于最值的情况,这里有一篇文章讲解的很清楚(虽然考试无需思考此问题,但有助于理解方法)。
指路链接:《二元函数一个值得注意的问题》https://wenku.baidu.com/view/56a753f89ec3d5bbfd0a74e4.html

实际情况中,比如制作一个体积为20m^3(图中有误)的水箱 ,长宽高为多少用料最少?可设出长宽x、y,高为20/xy。由题意,水箱的最小用料面积一定存在(不然怎么求),且一定在开区域D内取得,所以唯一极值就是最值!!!

四、解题 为什么求极值时,导数为0的点、导数不存在的点都是可疑极值点,而求最值时没有包括导数不存在的点?
---- 当题目条件有可微函数时,偏导数存在,或是由可以写出的函数表达式看出其可偏导,因此不用求导数不存在的点。 拉格朗日乘数法求得的条件极值,怎么判断是极大值极小值?
---- 一般由实际问题性质决定!让你求,你就求,一定可求! 什么时候需要判断极大值极小值,什么时候直接计算函数值比较而得出最值?
问极大值点、极小值点分别是什么,则需判断;求最值,则重点在最值,而不用判是否为极值点。 五、小结 多元函数,无条件极值: 定义域内是否可微。不可微,则对偏导数不存在处,用定义法判。可微,偏导数为0,求极值可疑点。再用二阶偏导的值判断,若无法判定则回到定义法。 条件极值: 可变量替换,转化为无条件极值。不易替换,则拉格朗日乘数法求可疑极值点,常由实际问题的性质判是否真的为极值(一般都是)。 最值点: 比较各可疑点的函数值得出。(对于有界闭区域上的连续可微函数)最值点可疑点:内部驻点、边界最值点(条件极值点及端点)

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