多元函數(shù)極值

多元函數(shù)極值第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四一、多元函數(shù)的極值1.二元函數(shù)的極值定義1

設函數(shù)z=f(x,y)在點(x0,y0)的某個鄰域內(nèi)有定義，

如果對于該鄰域內(nèi)異于(x0,y0)的點(x,y)都有(或)，

極大值和極小值統(tǒng)稱為極值.則稱f(x0,y0)為函數(shù)f(x,y)的極大值(minimalextremum

)(或極小值maximalextremum

).第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

設函數(shù)z=f(x,y

)在點P0(x0,y0)的偏導數(shù)

極大值點和極小值點統(tǒng)稱為極值點.稱為極大值點(或極小值點)，使函數(shù)取得極大值的點(或極小值的點)(x0,y0)，定理1(極值存在的必要條件)且在點P0

處有極值，

則在該點的偏導數(shù)必為零，即使得偏導數(shù)為0點稱為函數(shù)的駐點(stationarypoint).存在，第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例1函數(shù)處有極小值．在例２函數(shù)處有極大值．在處有極大值．在第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例3處無極值．在函數(shù)鞍點saddlepoint

第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四設P0(x0,y0)是函數(shù)z=f

(x,y)的駐點，

且函數(shù)在點P0

的某個鄰域內(nèi)二階偏導數(shù)連續(xù)，定理2(極值存在的充分條件)令則，(1)

當

<0

且A<0

時,f(x0,y0)是極大值，當

<0

且A>0

時，

f(x0,y0)是極小值；也可能沒有極值.

函數(shù)f(x,y)在點P0(x0,y0)可能有極值，(3)

當

=0

時，(2)

當

>0

時，不是極值；第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(1)先求偏導數(shù)

(2)解方程組求出駐點；(3)確定駐點處據(jù)此判斷出極值點，并求出極值.若函數(shù)z=f(x,y)的二階偏導數(shù)連續(xù)，

就可以按照下列步驟求該函數(shù)的極值：

及的符號，的值第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例4.求函數(shù)解:

第一步求駐點.得駐點:(1,0),(1,2),(–3,0),(–3,2).第二步判別.在點(1,0)處為極小值;解方程組的極值.求二階偏導數(shù)第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四在點(3,0)處不是極值;在點(3,2)處為極大值.在點(1,2)處不是極值;第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四2012年考研數(shù)一練習：求函數(shù)的極值。先求駐點：得駐點x=e,y=0.再確定A、B、C：最后確定取得極值情況：取得極大值.第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四練習：

求函數(shù)的極值.解(1)

求偏導數(shù)(2)

解方程組

得(0,0)及(2,2).第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四(3)列表判斷極值點.駐點(x0,y0)(0,0)(2,2)結論極大值f(0,0)=1

f(2,2)不是極值A4B22C+駐點（0,0）（2,2）.第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四二、多元函數(shù)的最大值及最小值例

5

使它到三點P1(0,0)、P2(1,0)、P3(0,1)距離的平方和為最小.解l為P

到P1、P2、P3

三點距離的平方和，即因為在xy坐標面上找出一點P，設P(x,y)為所求之點，第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四對x

，y

求偏導數(shù)，有令即解方程組得駐點所以由問題的實際意義，

到三點距離平方和最小的點一定存在，l

可微，又只有一個駐點，

因此即為所求之點.第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四練習：某工廠生產(chǎn)甲乙兩種產(chǎn)品，出售單價分別為10元和9元，生產(chǎn)x單位的甲和y單位的乙總成本C(x,y)為

400+2x+3y+0.01(3x2+xy+3y2)求兩種產(chǎn)品應該如何安排生產(chǎn)量，以使得總利潤最大？解：設P(x,y)為表示產(chǎn)品甲與乙分別生產(chǎn)x與y單位時所得的總利潤．因為總利潤等于總收入減去總成本，所以P(x,y)=(10x+9y)-[400+2x+3y+0.01(3x2+xy+3y2)]=8x+6y-0.01(3x2+xy+3y2)-400第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四由Px(x,y)=8－0.01(6x+y)=0

Py(x,y)=6－

0.01(x+6y)=0得駐點（120,80）再由Pxx(x,y)=－

0.06<0,Pxy(x,y)=－

0.01<0

Pyy(x,y)=－

0.06<0得B2－AC=(0.01)2－(－

0.06)2<0

所以當x=120,y=80時，P

(120,80)=320為極大值，也是最大值，即甲乙兩產(chǎn)品分別生產(chǎn)120單位和80單位時，總利潤最大。第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四練習：

某廠要用鐵板做成一個體積為2的有蓋長方體水箱，問長寬高各取怎樣的尺寸時，才能使用料最省？此水箱的用料面積解：設水箱的長為x,寬為y,則其高為求偏導數(shù)第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四時，A取得最小值，根據(jù)題意可知，水箱所用材料的面積的最小值一定存在，并在開區(qū)域D(x>0,y>0)內(nèi)取得。又函數(shù)在D內(nèi)只有唯一的駐點，因此可斷定當就是說，當水箱的長、寬、高均為時，水箱所用的材料最省。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四三、條件極值極值問題無條件極值:條件極值:條件極值的求法:方法1代入法.求一元函數(shù)的無條件極值問題對自變量只有定義域限制對自變量除定義域限制外,還有其它條件限制例如,轉化第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四方法2拉格朗日乘數(shù)法.如方法1所述,則問題等價于一元函數(shù)可確定隱函數(shù)的極值問題,極值點必滿足設記例如,故故有第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四引入輔助函數(shù)輔助函數(shù)F稱為拉格朗日(Lagrange)函數(shù).利用拉格極值點必滿足則極值點滿足:朗日函數(shù)求極值的方法稱為拉格朗日乘數(shù)法.第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四可用下面步驟來求：(1)構造輔助函數(shù)(2)解聯(lián)立方程組

在實際問題中，往往就是所求的極值點.即得可能的極值點(x,y)，第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四例6

將正數(shù)12分成三個正數(shù)zyx,,之和

使得zyxu23=為最大.解解得唯一駐點)2,4,6(，則故最大值為第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四

哪一個平面例

9經(jīng)過點(1,1,1)的所有平面中