Максимумом (минимумом) функции называют такое ее значение, которое больше (меньше) всех ее других значений в окрестности рассматриваемой точки.
Максимум и минимум функции называются экстремумом функции . Значения , при котором достигается экстремум, называется точкой экстремума .
Критическими точками первого порядка функции называют точки, в которых все ее частные производные первого порядка равны нулю или не существуют.
Чтобы найти точки экстремума функции , необходимо:
1) найти частные производные первого порядка функции;
2) найти критические точки функции, решая систему уравнений и ;
3) найти частные производные второго порядка функции;
4) найти значения вторых производных в критической точке : , , ;
5) найти определитель ;
6) если , то экстремум в точке есть; если , то экстремума в этой точке нет;
7) если , то имеем точку максимума, а если – точку минимума.
Условный экстремум
Рассмотрим алгоритм отыскания условного экстремума функции при наличии уравнения связи
методом неопределенных множителей Лагранжа
:
,
где – неопределенный множитель;
2) найдем частные производные функции Лагранжа:
, , ;
3) решая систему уравнений , и , найдем значения , и ;
4) найдем дифференциал второго порядка функции Лагранжа:
;
5) определим знак для системы значений , и при условии, что ;
6) если , то функция имеет условный максимум, а если , то функция имеет условный минимум.
Решение . 1. Найдем частные производные первого порядка:
,
.
2. Найдем критические точки функции, решая систему уравнений:
Получим: .
3. Найдем частные производные второго порядка:
, , .
4. Найдем значения вторых производных в критической точке:
, , .
5. Найдем определитель .
6. Так как , то критическая точка не является точкой экстремума.
Пример 2. Найдите экстремумы функции при условии, что .
Решение
. 1. Запишем уравнение связи в виде:
.
Найдем полный дифференциал: .
2. Составим функцию Лагранжа 6.31:
.
3. Найдем частные производные функции Лагранжа:
; ; .
4. Найдем значения , и , решая систему уравнений:
Выразим переменные и в первых двух уравнениях системы:
; .
Подставим эти значения в третье уравнение системы:
, , , .
Получим: , , ; , , .
4. Найдем частные производные второго порядка функции Лагранжа: ; ; .
Запишем дифференциал второго порядка функции Лагранжа:
.
5. Определим знак для каждой системы значений , и .
Если , , , то
.
Следовательно, имеем точку условного минимума: .
Если , , , то
.
Следовательно, имеем точку условного максимума: .
6. Найдем значения функции в полученных точках:
Ответ: ; .
Если функция непрерывна и ограничена в некоторой замкнутой области, то своего наибольшего и наименьшего значения она может достигать или в критических точках, принадлежащих данной области, или на границе области.
Следовательно, для отыскания наибольшего и наименьшего значений функции в заданной области, необходимо:
1) найти критические точки функции и, если они принадлежат заданной области, вычислить в них значения функции;
2) найти наибольшее и наименьшее значения функции на границе области;
3) сравнивая все полученные значения функции, определить наибольшее и наименьшее из них.
На границе области функция является функцией одной переменной или , следовательно, ее исследование проводят согласно алгоритму, приведенному в п. 6.2.