Section03_多元函数微分学的应用
求极值
对于一元 y=f(x),求极值
- 找出 x∈D
- 找出 f′(x){=0∄ 对应的 x
- 判别法
- Th1
- Th2
定义
- 对于z=f(x,y),(x,y)∈D,M0(x0,y0)∈D,若 ∃ δ>0, 但 0<(x−x0)2+(y−y0)2<δ 时
- f(x,y)<f(x0,y0) 则 (x0,y0) 为极大点,f(x0,y0) 为极大值
- f(x,y)>f(x0,y0) 则 (x0,y0) 为极小点,f(x0,y0) 为极小值
极值问题
二元函数的无条件极值
z=f(x,y),(x,y)∈D(D为开区域)
步骤
- 求出 ⎩⎨⎧∂x∂z=0∂y∂z=0 对应的 {x0,⋯y0,⋯
- 设 (x0,y0) 为 f(x,y) 的一个驻点
- A=∂x2∂2z∣∣(x0,y0)
- B=∂x∂y∂2z∣∣(x0,y0)
- C=∂y2∂2z∣∣(x0,y0)
- 判断
AC−B2⎩⎨⎧<0(x0,y0)不为极值点>0{A<0A>0(x0,y0)为极大点(x0,y0)为极小点
例题
- z=f(x,y)=x3−3x2−9x+y2+2y−2,求极值
∴∴⎩⎨⎧∂x∂z=3x2−6x−9=0∂y∂z=2y+2=0⇒{x=−1,3y=−1对(−1,−1)⎩⎨⎧A=∂x2∂2z=−12B=∂x∂y∂2z=0C=∂y2∂2z=2AC−B2<0,(−1,−1)不为极值点对(3,−1)⎩⎨⎧A=∂x2∂2z=12B=∂x∂y∂2z=0C=∂y2∂2z=2AC−B2>0,A>0(3,−1)为极小值点极小值为f(3,−1)=−30
多元函数条件极值-Lagrange乘数法
步骤
- Case 1 z=f(x,y)s.t. ϕ(x,y)=0
- F=f(x,y)+λϕ(x,y)=0
- 由 ⎩⎨⎧Fx=fx+λϕx=0Fy=fy+λϕy=0Fλ=ϕ(x,y)=0 ==> {x=?y=?
- 一一代入进行比较
例题
- u=u(x,y) 满足:a. du=2xdx−2ydy;b. u(0,0)=2 求
- u(x,y)
∵∴∴∵∴∵∴∴∵∴∴∵∴Method 1du=2xdx−2ydydu=d(x2−y2)u(x,y)=x2−y2+Cu(0,0)=2u(x,y)=x2−y2+2Method 2du=2xdx−2ydy∂x∂z=2xu=x2−ϕ(y)∂y∂z=ϕ′(y)=−2yϕ(y)=y2+Cu(x,y)=x2−y2+Cu(0,0)=2u(x,y)=x2−y2+2
- u(x,y) 在 x2+4y2≤4 上的 m,M
∵∴∴∴∵∵∴对于x2+4y2<4{∂x∂u=2x=0∂y∂u=2y=0⇒{x=0y=0u(0,0)=2对于x2+4y2=4F=x2−y2+2+λ(x2+4y2−4)⎩⎨⎧Fx=2x+2λx=2x(1+λ)=0Fy=−2y+8λy=2y(4λ−1)=0Fλ=x2+4y2−4=0⎩⎨⎧λ=−1y=0x=±2⎩⎨⎧λ=41x=0y=±1u(±2,0)=6u(0,±1)=1u(0,0)=2m=u(0,±1)=1,M=u(±2,0)=6