शर्त के तहत न्यूनतम फ़ंक्शन का पता लगाएं। कई चर के एक समारोह का चरम कई चर के एक समारोह के चरम की अवधारणा

दो चर के एक समारोह के चरम के लिए एक पर्याप्त शर्त

1. मान लें कि फलन बिंदु के कुछ पड़ोस में निरंतर अवकलनीय है और निरंतर द्वितीय-क्रम आंशिक व्युत्पन्न (शुद्ध और मिश्रित) है।

2. दूसरे क्रम के निर्धारक द्वारा निरूपित करें

चरम चर व्याख्यान समारोह

प्रमेय

यदि निर्देशांक वाला बिंदु फ़ंक्शन के लिए एक स्थिर बिंदु है, तो:

ए) जब यह स्थानीय चरम सीमा का एक बिंदु है और, स्थानीय अधिकतम पर, - एक स्थानीय न्यूनतम;

सी) जब बिंदु स्थानीय चरम बिंदु नहीं है;

सी) अगर, शायद दोनों।

प्रमाण

हम स्वयं को दो सदस्यों तक सीमित रखते हुए, फ़ंक्शन के लिए टेलर सूत्र लिखते हैं:

चूंकि, प्रमेय की स्थिति के अनुसार, बिंदु स्थिर है, दूसरे क्रम के आंशिक व्युत्पन्न शून्य के बराबर हैं, अर्थात। और। फिर

निरूपित

तब फ़ंक्शन की वृद्धि का रूप ले लेगा:

दूसरे क्रम (शुद्ध और मिश्रित) के आंशिक व्युत्पन्नों की निरंतरता के कारण, एक बिंदु पर प्रमेय की स्थिति के अनुसार, हम लिख सकते हैं:

कहाँ या; ,

1. चलो और, यानी, या।

2. हम फलन की वृद्धि को गुणा करते हैं और इससे भाग देते हैं, हमें प्राप्त होता है:

3. योग के पूर्ण वर्ग में घुँघराले कोष्ठकों में व्यंजक को लागू करें:

4. घुँघराले कोष्ठकों में व्यंजक ऋणात्मक नहीं है, क्योंकि

5. इसलिए, यदि और इसलिए, और, तब और, इसलिए, परिभाषा के अनुसार, बिंदु स्थानीय न्यूनतम का एक बिंदु है।

6. यदि और का अर्थ है, और, तो, परिभाषा के अनुसार, निर्देशांक वाला एक बिंदु स्थानीय अधिकतम बिंदु है।

2. एक वर्ग त्रिपद पर विचार करें, इसका विवेचक, .

3. यदि, तो ऐसे बिंदु हैं कि बहुपद

4. I में प्राप्त व्यंजक के अनुसार किसी बिंदु पर फलन की कुल वृद्धि, हम इस रूप में लिखते हैं:

5. दूसरे क्रम के आंशिक अवकलजों की निरंतरता के कारण, एक बिंदु पर प्रमेय की स्थिति के अनुसार, हम लिख सकते हैं कि

इसलिए, एक बिंदु का एक पड़ोस मौजूद है, जैसे कि, किसी भी बिंदु के लिए, वर्ग ट्रिनोमियल शून्य से बड़ा है:

6. विचार करें - बिंदु का पड़ोस।

आइए कोई भी मान चुनें, तो यही बात है। यह मानते हुए कि फ़ंक्शन की वृद्धि के सूत्र में

हमें क्या मिलता है:

7. तब से।

8. मूल के लिए इसी तरह तर्क करने पर, हम पाते हैं कि बिंदु के किसी भी-पड़ोस में एक बिंदु है जिसके लिए, बिंदु के पड़ोस में यह चिह्न को संरक्षित नहीं करता है, इसलिए बिंदु पर कोई चरम नहीं है।

दो चर के एक समारोह की सशर्त चरम सीमा

दो चर के एक समारोह के एक्स्ट्रेमा की खोज करते समय, तथाकथित सशर्त चरम से संबंधित समस्याएं अक्सर उत्पन्न होती हैं। इस अवधारणा को दो चरों के एक फलन के उदाहरण द्वारा समझाया जा सकता है।

मान लीजिए 0xy तल पर एक फलन और एक रेखा L दी गई है। कार्य रेखा L पर ऐसे बिंदु P (x, y) को खोजना है, जिस पर निकट स्थित रेखा L के बिंदुओं पर इस फ़ंक्शन के मानों की तुलना में फ़ंक्शन का मान सबसे बड़ा या सबसे छोटा है बिंदु पी। ऐसे बिंदु पी को लाइन एल पर सशर्त चरम बिंदु फ़ंक्शन कहा जाता है। सामान्य चरम बिंदु के विपरीत, सशर्त चरम बिंदु पर फ़ंक्शन के मान की तुलना फ़ंक्शन के मानों से की जाती है, सभी बिंदुओं पर नहीं इसके कुछ पड़ोस में, लेकिन केवल उन पर जो लाइन L पर स्थित हैं।

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि सामान्य चरम का बिंदु (वे बिना शर्त चरम भी कहते हैं) इस बिंदु से गुजरने वाली किसी भी रेखा के लिए सशर्त चरम का बिंदु भी है। बातचीत, ज़ाहिर है, सच नहीं है: एक सशर्त चरम बिंदु एक पारंपरिक चरम बिंदु नहीं हो सकता है। आइए एक उदाहरण के साथ जो कहा गया है उसे स्पष्ट करें।

उदाहरण 1।फलन का ग्राफ ऊपरी गोलार्द्ध है (चित्र 2)।

चावल। 2.

इस फ़ंक्शन के मूल में अधिकतम है; यह गोलार्द्ध के शीर्ष M से मेल खाती है। यदि रेखा L बिंदु A और B (इसका समीकरण) से गुजरने वाली एक सीधी रेखा है, तो यह ज्यामितीय रूप से स्पष्ट है कि इस रेखा के बिंदुओं के लिए फ़ंक्शन का अधिकतम मान बिंदु A और बिंदुओं के बीच में स्थित बिंदु पर पहुंच जाता है। बी। यह इस लाइन पर सशर्त चरम (अधिकतम) बिंदु कार्य है; यह गोलार्द्ध पर बिंदु एम 1 से मेल खाता है, और यह इस आंकड़े से देखा जा सकता है कि यहां किसी भी सामान्य चरम का कोई सवाल नहीं हो सकता है।

ध्यान दें कि किसी बंद क्षेत्र में किसी फ़ंक्शन के सबसे बड़े और सबसे छोटे मूल्यों को खोजने की समस्या के अंतिम भाग में, इस क्षेत्र की सीमा पर फ़ंक्शन के चरम मूल्यों को खोजना होता है, अर्थात। कुछ लाइन पर, और इस तरह एक सशर्त चरम के लिए समस्या का समाधान।

परिभाषा 1.वे कहते हैं कि जहां एक बिंदु पर एक सशर्त या सापेक्ष अधिकतम (न्यूनतम) है जो समीकरण को संतुष्ट करता है: यदि किसी के लिए जो समीकरण को संतुष्ट करता है, असमानता

परिभाषा 2.फॉर्म के समीकरण को बाधा समीकरण कहा जाता है।

प्रमेय

यदि कार्य और एक बिंदु के पड़ोस में लगातार भिन्न होते हैं, और आंशिक व्युत्पन्न और बिंदु बाधा समीकरण के संबंध में फ़ंक्शन के सशर्त चरम के बिंदु हैं, तो दूसरा क्रम निर्धारक शून्य के बराबर है:

प्रमाण

1. चूँकि, प्रमेय की शर्त के अनुसार, आंशिक अवकलज और फलन का मान, तो किसी आयत में

निहित कार्य परिभाषित

एक बिंदु पर दो चर के एक जटिल कार्य में एक स्थानीय चरम होगा, इसलिए, या।

2. वास्तव में, प्रथम-क्रम अंतर सूत्र की अपरिवर्तनीय संपत्ति के अनुसार

3. कनेक्शन समीकरण को इस रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसका अर्थ है

4. समीकरण (2) को और (3) से गुणा करें और उन्हें जोड़ें

इसलिए, अत

स्वेच्छाचारी। एच.टी.डी.

परिणाम

व्यवहार में दो चर के एक फ़ंक्शन के सशर्त चरम बिंदुओं की खोज समीकरणों की एक प्रणाली को हल करके की जाती है

तो, उपरोक्त उदाहरण नंबर 1 में संचार के समीकरण से हमारे पास है। यहां से यह जांचना आसान है कि अधिकतम पर क्या पहुंचता है। लेकिन फिर संचार के समीकरण से। हमें ज्यामितीय रूप से ज्ञात बिंदु P प्राप्त होता है।

उदाहरण # 2।बाधा समीकरण के संबंध में फ़ंक्शन के सशर्त चरम बिंदु खोजें।

आइए दिए गए फ़ंक्शन और कनेक्शन समीकरण के आंशिक व्युत्पन्न खोजें:

आइए दूसरे क्रम का निर्धारक बनाएं:

आइए सशर्त चरम बिंदुओं को खोजने के लिए समीकरणों की प्रणाली को लिखें:

इसलिए, निर्देशांक के साथ फ़ंक्शन के चार सशर्त चरम बिंदु हैं: .

उदाहरण #3।फ़ंक्शन के चरम बिंदु खोजें।

आंशिक अवकलज को शून्य के बराबर करने पर: हम एक स्थिर बिंदु पाते हैं - मूल। यहां,। इसलिए, बिंदु (0, 0) भी एक चरम बिंदु नहीं है। समीकरण एक अतिपरवलयिक परवलयिक का समीकरण है (चित्र 3), आकृति दर्शाती है कि बिंदु (0, 0) एक चरम बिंदु नहीं है।

चावल। 3.

किसी बंद क्षेत्र में किसी फ़ंक्शन का सबसे बड़ा और सबसे छोटा मान

1. मान लीजिए कि एक परिबद्ध बंद डोमेन D में फलन परिभाषित और सतत है।

2. मान लें कि इस क्षेत्र में फलन का परिमित आंशिक अवकलज है, क्षेत्र के अलग-अलग बिंदुओं को छोड़कर।

3. वीयरस्ट्रास प्रमेय के अनुसार, इस क्षेत्र में एक ऐसा बिंदु होता है जिस पर फलन सबसे बड़ा और सबसे छोटा मान लेता है।

4. यदि ये बिंदु क्षेत्र D के आंतरिक बिंदु हैं, तो स्पष्ट है कि इनका अधिकतम या न्यूनतम होगा।

5. इस मामले में, हमारे लिए रुचि के बिंदु चरम सीमा पर संदिग्ध बिंदुओं में से हैं।

6. हालाँकि, फलन क्षेत्र D की सीमा पर अधिकतम या न्यूनतम मान भी ले सकता है।

7. क्षेत्र डी में फ़ंक्शन का सबसे बड़ा (सबसे छोटा) मान खोजने के लिए, आपको चरम के लिए संदिग्ध सभी आंतरिक बिंदुओं को खोजने की जरूरत है, उनमें फ़ंक्शन के मान की गणना करें, फिर फ़ंक्शन के मान के साथ तुलना करें क्षेत्र के सीमा बिंदु, और सभी पाए गए मूल्यों में सबसे बड़ा बंद क्षेत्र डी में सबसे बड़ा होगा।

8. स्थानीय अधिकतम या न्यूनतम ज्ञात करने की विधि पर पहले खंड 1.2 में विचार किया गया था। और 1.3.

9. यह क्षेत्र की सीमा पर फ़ंक्शन के अधिकतम और न्यूनतम मूल्यों को खोजने की विधि पर विचार करना बाकी है।

10. दो चरों के फलन के मामले में, क्षेत्र आमतौर पर एक वक्र या कई वक्रों से घिरा होता है।

11. ऐसे वक्र (या कई वक्र) के साथ, चर और या तो एक दूसरे पर निर्भर करते हैं, या दोनों एक पैरामीटर पर निर्भर करते हैं।

12. इस प्रकार, सीमा पर, फलन एक चर पर निर्भर हो जाता है।

13. एक चर के फलन का सबसे बड़ा मान ज्ञात करने की विधि की चर्चा पहले की गई थी।

14. मान लीजिए कि क्षेत्र D की सीमा पैरामीट्रिक समीकरणों द्वारा दी गई है:

फिर इस वक्र पर दो चरों का फलन पैरामीटर का एक जटिल फलन होगा: . ऐसे फ़ंक्शन के लिए, सबसे बड़ा और सबसे छोटा मान एक चर के फ़ंक्शन के लिए सबसे बड़ा और सबसे छोटा मान निर्धारित करने की विधि द्वारा निर्धारित किया जाता है।

दो चर के कार्यों के चरम के लिए आवश्यक और पर्याप्त शर्तें।एक बिंदु को किसी फ़ंक्शन का न्यूनतम (अधिकतम) बिंदु कहा जाता है यदि बिंदु के कुछ पड़ोस में फ़ंक्शन परिभाषित किया गया है और असमानता को संतुष्ट करता है (क्रमशः अधिकतम और न्यूनतम बिंदु फ़ंक्शन के चरम बिंदु कहलाते हैं।

एक चरम के लिए एक आवश्यक शर्त। यदि चरम बिंदु पर फ़ंक्शन के पहले आंशिक व्युत्पन्न हैं, तो वे इस बिंदु पर गायब हो जाते हैं। यह इस प्रकार है कि इस तरह के एक समारोह के चरम बिंदुओं को खोजने के लिए, समीकरणों की प्रणाली को हल करना चाहिए। जिन बिंदुओं के निर्देशांक इस प्रणाली को संतुष्ट करते हैं उन्हें फ़ंक्शन के महत्वपूर्ण बिंदु कहा जाता है। उनमें से अधिकतम अंक, न्यूनतम अंक, साथ ही ऐसे बिंदु हो सकते हैं जो चरम बिंदु नहीं हैं।

महत्वपूर्ण बिंदुओं के सेट से चरम बिंदुओं का चयन करने के लिए पर्याप्त चरम स्थितियों का उपयोग किया जाता है और नीचे सूचीबद्ध हैं।

मान लें कि महत्वपूर्ण बिंदु पर फ़ंक्शन का निरंतर दूसरा आंशिक व्युत्पन्न है। यदि इस बिंदु पर,

स्थिति है, तो यह न्यूनतम बिंदु पर और अधिकतम बिंदु पर है। यदि महत्वपूर्ण बिंदु पर है, तो यह चरम बिंदु नहीं है। इस मामले में, महत्वपूर्ण बिंदु की प्रकृति का अधिक सूक्ष्म अध्ययन आवश्यक है, जो इस मामले में एक चरम बिंदु हो भी सकता है और नहीं भी।

तीन चर के कार्यों का चरम।तीन चर के एक समारोह के मामले में, चरम बिंदुओं की परिभाषा दो चर के एक समारोह के लिए संबंधित परिभाषाओं को शब्दशः दोहराती है। हम एक चरम के लिए एक समारोह के अध्ययन के लिए प्रक्रिया प्रस्तुत करने के लिए खुद को सीमित रखते हैं। समीकरणों की प्रणाली को हल करते हुए, किसी को फ़ंक्शन के महत्वपूर्ण बिंदुओं का पता लगाना चाहिए, और फिर प्रत्येक महत्वपूर्ण बिंदु पर मात्राओं की गणना करनी चाहिए

यदि तीनों मात्राएँ धनात्मक हैं, तो विचाराधीन महत्वपूर्ण बिंदु न्यूनतम बिंदु है; यदि दिया गया क्रांतिक बिंदु अधिकतम बिंदु है।

दो चर के एक समारोह का सशर्त चरम।बिंदु को फ़ंक्शन का सशर्त न्यूनतम (अधिकतम) बिंदु कहा जाता है, बशर्ते कि उस बिंदु का एक पड़ोस है जिस पर फ़ंक्शन परिभाषित किया गया है और जिसमें (क्रमशः) सभी बिंदुओं के लिए निर्देशांक समीकरण को संतुष्ट करते हैं

सशर्त चरम बिंदुओं को खोजने के लिए, लैग्रेंज फ़ंक्शन का उपयोग करें

जहां संख्या को लैग्रेंज गुणक कहा जाता है। तीन समीकरणों के निकाय को हल करना

लैग्रेंज फ़ंक्शन के महत्वपूर्ण बिंदुओं (साथ ही सहायक कारक ए का मान) का पता लगाएं। इन महत्वपूर्ण बिंदुओं पर, एक सशर्त चरम सीमा हो सकती है। उपरोक्त प्रणाली एक चरम सीमा के लिए केवल आवश्यक शर्तें देती है, लेकिन पर्याप्त नहीं: इसे उन बिंदुओं के निर्देशांक से संतुष्ट किया जा सकता है जो एक सशर्त चरम के बिंदु नहीं हैं। हालांकि, समस्या के सार से आगे बढ़ते हुए, महत्वपूर्ण बिंदु की प्रकृति को स्थापित करना अक्सर संभव होता है।

कई चर के एक समारोह का सशर्त चरम।इस शर्त के तहत चरों के एक फलन पर विचार करें कि वे समीकरणों से संबंधित हैं

सशर्त चरम

किसी दिए गए फ़ंक्शन (या कार्यात्मक) द्वारा प्राप्त न्यूनतम या अधिकतम मान बशर्ते कि कुछ अन्य फ़ंक्शन (कार्यात्मक) दिए गए स्वीकार्य सेट से मान लेते हैं। यदि ऐसी कोई स्थिति नहीं है जो संकेतित अर्थों में स्वतंत्र चर (कार्यों) में परिवर्तन को सीमित करती है, तो कोई बिना शर्त चरम की बात करता है।
क्लासिक डब्ल्यू ई के लिए कार्य कई चर के एक समारोह के न्यूनतम निर्धारित करने की समस्या है

बशर्ते कि कुछ अन्य कार्य दिए गए मान लेते हैं:

इस समस्या में G, जिससे सदिश के मान कार्य करते हैं जी =(जी 1 , ..., जी एम), अतिरिक्त शर्तों में शामिल (2) एक निश्चित बिंदु है सी =(सी 1, ..., टी के साथ) एम-आयामी यूक्लिडियन अंतरिक्ष में
यदि में (2) समान चिह्न के साथ, असमानता के संकेतों की अनुमति है

यह समस्या की ओर जाता है गैर-रेखीय प्रोग्रामिंग(तेरह)। समस्या (1), (3) में, वेक्टर फ़ंक्शन जी के स्वीकार्य मानों का सेट जी एक निश्चित वक्रता है, जो (एन-एम 1) से संबंधित है - एम 1 द्वारा परिभाषित हाइपरसर्फेस , एम 1 समानता-प्रकार की स्थिति (3)। निर्दिष्ट घुमावदार पॉलीहेड्रॉन की सीमाओं को ध्यान में रखते हुए बनाया गया है पी-एम(3) में शामिल 1 असमानताएँ।
समस्या का एक विशेष मामला (1), (3) एक यूवी पर। कार्य है रैखिक प्रोग्रामिंग,जिसमें सभी कार्यों को f और . माना जाता है गी x l . में रैखिक हैं , ..., एक्स पी।एक रैखिक प्रोग्रामिंग समस्या में, वेक्टर फ़ंक्शन के संभावित मानों का सेट G जी,चर की सीमा को सीमित करने वाली शर्तों में शामिल x 1 , .....एक्स एन, is , जो (n-t 1)-आयामी हाइपरप्लेन से संबंधित है, जिसे m 1 समानता-प्रकार की स्थितियों (3) में परिभाषित किया गया है।
इसी तरह, व्यावहारिक प्रतिनिधित्व करने वाले कार्यात्मकताओं के लिए अधिकांश अनुकूलन समस्याएं ब्याज, यू.ई. पर कार्यों के लिए कम कर दिया गया है। (से। मी। आइसोपेरिमेट्रिक समस्या, रिंग समस्या, लैग्रेंज समस्या, तरीके की समस्या). ठीक वैसे ही जैसे गणित में। प्रोग्रामिंग, भिन्नताओं की गणना की मुख्य समस्याएं और इष्टतम नियंत्रण का सिद्धांत उत्तल ई पर समस्याएं हैं।
यू.ई. में समस्याओं को हल करते समय, खासकर सैद्धांतिक पर विचार करते समय। सी पर समस्याओं से संबंधित प्रश्न, अनिश्चितकालीन उपयोग करने के लिए यह बहुत उपयोगी साबित होता है लग्रांगियन गुणक,समस्या को कम करने की अनुमति यू.ई. बिना शर्त पर समस्या के लिए और आवश्यक इष्टतमता शर्तों को सरल बनाएं। लैग्रेंज मल्टीप्लायरों का उपयोग अधिकांश शास्त्रीय का आधार है यू.ई. में समस्याओं को हल करने के तरीके

लिट: हेडली जे।, नॉनलाइनियर और, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1967; ब्लिस जीए, लेक्चर्स ऑन द कैलकुलस ऑफ वेरिएशन, ट्रांस। अंग्रेजी से, एम।, 1950; पोंट्रीगिन एल.एस. [एट अल।], गणितीय इष्टतम प्रक्रियाएं, दूसरा संस्करण।, एम।, 1969।
आई बी वापनयार्स्की।

गणितीय विश्वकोश। - एम .: सोवियत विश्वकोश. आई एम विनोग्रादोव। 1977-1985।

देखें कि "CONDITIONAL EXTREME" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

    सापेक्ष चरम, n + m चर के फलन f (x1,..., xn + m) का चरम, यह मानते हुए कि ये चर m अधिक युग्मन समीकरणों (शर्तों) के अधीन हैं: k (x1,..., xn + एम) = 0, 1≤ के एम (*) (चरम देखें)।… …

    एक खुले समुच्चय और चालू को फंक्शन दें। रहने दो। इन समीकरणों को बाधा समीकरण कहा जाता है (शब्दावली यांत्रिकी से उधार ली गई है)। एक फ़ंक्शन को G पर परिभाषित होने दें ... विकिपीडिया

    - (लैटिन एक्सट्रीम एक्सट्रीम से) एक निरंतर फ़ंक्शन f (x) का मान, जो या तो अधिकतम या न्यूनतम है। अधिक सटीक: बिंदु x0 पर निरंतर एक फ़ंक्शन f (x) का अधिकतम (न्यूनतम) x0 पर होता है यदि इस बिंदु का पड़ोस (x0 + δ, x0 ) है, ... ... महान सोवियत विश्वकोश

    इस शब्द के अन्य अर्थ हैं, चरम (अर्थ) देखें। गणित में चरम (लैटिन चरम चरम) किसी दिए गए सेट पर किसी फ़ंक्शन का अधिकतम या न्यूनतम मान है। जिस बिंदु पर चरम सीमा पर पहुँच जाता है वह है ... ... विकिपीडिया

    कई चर और कार्यात्मक कार्यों के सशर्त चरम के लिए समस्याओं को हल करने में उपयोग किया जाने वाला एक फ़ंक्शन। एल एफ की मदद से। एक सशर्त चरम सीमा के लिए समस्याओं में आवश्यक इष्टतमता की शर्तें लिखी जाती हैं। केवल चर व्यक्त करने की आवश्यकता नहीं है ... गणितीय विश्वकोश

    एक या अधिक कार्यों की पसंद के आधार पर चर के कार्यों के चरम (अधिकतम और न्यूनतम) मूल्यों को खोजने के लिए समर्पित एक गणितीय अनुशासन। में और। उस अध्याय का स्वाभाविक विकास है…… महान सोवियत विश्वकोश

    वेरिएबल्स, जिनकी मदद से लैग्रेंज फंक्शन का निर्माण एक सशर्त चरम के लिए समस्याओं के अध्ययन में किया जाता है। एलएम और लैग्रेंज फ़ंक्शन का उपयोग एक सशर्त चरम सीमा के लिए समस्याओं में एक समान तरीके से आवश्यक इष्टतमता की स्थिति प्राप्त करना संभव बनाता है ... गणितीय विश्वकोश

    विविधताओं की गणना कार्यात्मक विश्लेषण की एक शाखा है जो कार्यात्मकताओं की विविधताओं का अध्ययन करती है। विविधताओं के कलन का सबसे विशिष्ट कार्य एक ऐसा फ़ंक्शन ढूंढना है जिस पर एक दिया गया कार्यात्मक पहुँचता है ... ... विकिपीडिया

    इन पर लगाए गए विभिन्न प्रकार के प्रतिबंधों (चरण, अंतर, अभिन्न, आदि) के तहत एक या अधिक कार्यों की पसंद पर निर्भर कार्यों के चरम को खोजने के तरीकों के अध्ययन के लिए समर्पित गणित का एक खंड ... ... गणितीय विश्वकोश

    विविधताओं का कलन गणित की एक शाखा है जो प्रकार्यों की विविधताओं का अध्ययन करती है। विविधताओं की गणना का सबसे विशिष्ट कार्य एक ऐसा फ़ंक्शन ढूंढना है जिस पर कार्यात्मक चरम मूल्य तक पहुंच जाता है। तरीके ... ... विकिपीडिया

पुस्तकें

  • नियंत्रण सिद्धांत पर व्याख्यान। खंड 2. इष्टतम नियंत्रण, वी. बॉस। इष्टतम नियंत्रण के सिद्धांत की शास्त्रीय समस्याओं पर विचार किया जाता है। प्रस्तुति परिमित-आयामी रिक्त स्थान में अनुकूलन की बुनियादी अवधारणाओं के साथ शुरू होती है: सशर्त और बिना शर्त चरम, ...

परिभाषा1: एक फ़ंक्शन को एक बिंदु पर स्थानीय अधिकतम कहा जाता है यदि उस बिंदु के पड़ोस मौजूद हैं जैसे कि किसी भी बिंदु के लिए एमनिर्देशांक के साथ (एक्स, वाई)असमानता पूरी होती है: . इस मामले में, यानी, फ़ंक्शन की वृद्धि< 0.

परिभाषा 2: एक फ़ंक्शन को एक बिंदु पर स्थानीय न्यूनतम कहा जाता है यदि बिंदु के पड़ोस मौजूद हैं जैसे कि किसी भी बिंदु के लिए एमनिर्देशांक के साथ (एक्स, वाई)असमानता पूरी होती है: . इस मामले में, यानी, फ़ंक्शन की वृद्धि> 0।

परिभाषा 3: स्थानीय न्यूनतम और अधिकतम अंक कहलाते हैं चरम बिंदु.

सशर्त चरम

कई चर के एक समारोह के चरम की खोज करते समय, तथाकथित से संबंधित समस्याएं अक्सर उत्पन्न होती हैं सशर्त चरम।इस अवधारणा को दो चरों के एक फलन के उदाहरण द्वारा समझाया जा सकता है।

मान लीजिए एक फलन और एक रेखा दी गई है लीसतह पर 0xy. कार्य लाइन करना है लीऐसा बिंदु खोजें पी (एक्स, वाई),जिसमें फंक्शन की वैल्यू लाइन के पॉइंट्स पर इस फंक्शन के वैल्यूज की तुलना में सबसे बड़ी या सबसे छोटी होती है लीबिंदु के पास स्थित पी. ऐसे बिंदु पीबुलाया सशर्त चरम बिंदुलाइन फ़ंक्शन ली. सामान्य चरम बिंदु के विपरीत, सशर्त चरम बिंदु पर फ़ंक्शन मान की तुलना उसके कुछ पड़ोस के सभी बिंदुओं पर फ़ंक्शन मानों से नहीं की जाती है, बल्कि केवल उन पर होती है जो लाइन पर स्थित होते हैं ली.

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि सामान्य चरम बिंदु (वे भी कहते हैं बिना शर्त चरम) इस बिंदु से गुजरने वाली किसी भी रेखा के लिए एक सशर्त चरम बिंदु भी है। बातचीत, ज़ाहिर है, सच नहीं है: एक सशर्त चरम बिंदु पारंपरिक चरम बिंदु नहीं हो सकता है। इसे मैं एक सरल उदाहरण से समझाता हूँ। फलन का ग्राफ ऊपरी गोलार्द्ध है (परिशिष्ट 3 (चित्र 3))।

इस फ़ंक्शन के मूल में अधिकतम है; यह शीर्ष से मेल खाता है एमगोलार्द्ध। यदि रेखा लीबिंदुओं से गुजरने वाली एक रेखा है लेकिनऔर पर(उसका समीकरण एक्स+वाई-1=0), तो यह ज्यामितीय रूप से स्पष्ट है कि इस रेखा के बिंदुओं के लिए फ़ंक्शन का अधिकतम मान बिंदुओं के बीच में स्थित बिंदु पर पहुंच जाता है लेकिनऔर पर।यह दी गई रेखा पर फ़ंक्शन के सशर्त चरम (अधिकतम) का बिंदु है; यह गोलार्द्ध पर बिंदु एम 1 से मेल खाता है, और यह इस आंकड़े से देखा जा सकता है कि यहां किसी भी सामान्य चरम का कोई सवाल नहीं हो सकता है।

ध्यान दें कि एक बंद क्षेत्र में किसी फ़ंक्शन के सबसे बड़े और सबसे छोटे मूल्यों को खोजने की समस्या के अंतिम भाग में, हमें इस क्षेत्र की सीमा पर फ़ंक्शन के चरम मूल्यों को खोजना होगा, अर्थात। कुछ लाइन पर, और इस तरह एक सशर्त चरम के लिए समस्या का समाधान।

आइए अब हम फलन Z= f(x, y) के सशर्त चरम के बिंदुओं के लिए व्यावहारिक खोज के लिए आगे बढ़ें, बशर्ते कि चर x और y समीकरण (x, y) = 0 से संबंधित हों। यह संबंध होगा बाधा समीकरण कहा जाता है। यदि कनेक्शन समीकरण से y को x: y \u003d (x) के संदर्भ में स्पष्ट रूप से व्यक्त किया जा सकता है, तो हमें एक चर Z \u003d f (x, (x)) \u003d Ф (x) का एक फ़ंक्शन मिलता है।

x का मान प्राप्त करने के बाद, जिस पर यह फ़ंक्शन एक चरम सीमा तक पहुंचता है, और फिर कनेक्शन समीकरण से y के संबंधित मानों का निर्धारण करते हुए, हम सशर्त चरम के वांछित बिंदु प्राप्त करेंगे।

तो, उपरोक्त उदाहरण में, संचार के समीकरण से x+y-1=0 हमारे पास y=1-x है। यहां से

यह जाँचना आसान है कि z अपने अधिकतम x = 0.5 पर पहुँचता है; लेकिन फिर कनेक्शन समीकरण y = 0.5 से, और हमें बिल्कुल बिंदु P मिलता है, जो ज्यामितीय विचारों से पाया जाता है।

सशर्त चरम समस्या को बहुत सरलता से हल किया जाता है, भले ही बाधा समीकरण को पैरामीट्रिक समीकरण x=x(t), y=y(t) द्वारा दर्शाया जा सके। इस फलन में x और y के व्यंजकों को प्रतिस्थापित करने पर, हम फिर से एक चर वाले फलन का चरम ज्ञात करने की समस्या पर आते हैं।

यदि बाधा समीकरण का अधिक जटिल रूप है और हम न तो स्पष्ट रूप से एक चर को दूसरे के संदर्भ में व्यक्त कर सकते हैं, और न ही इसे पैरामीट्रिक समीकरणों से बदल सकते हैं, तो सशर्त चरम को खोजने की समस्या अधिक कठिन हो जाती है। हम यह मानते रहेंगे कि फलन z= f(x, y) के व्यंजक में चर (x, y) = 0. फलन का कुल अवकलज z= f(x, y) इसके बराबर है:

व्युत्पन्न y कहाँ है, निहित कार्य के भेदभाव के नियम द्वारा पाया जाता है। सशर्त चरम के बिंदुओं पर, पाया गया कुल व्युत्पन्न शून्य के बराबर होना चाहिए; यह x और y से संबंधित एक समीकरण देता है। चूंकि उन्हें बाधा समीकरण को भी संतुष्ट करना चाहिए, हमें दो अज्ञात के साथ दो समीकरणों की एक प्रणाली मिलती है

आइए पहले समीकरण को अनुपात के रूप में लिखकर और एक नया सहायक अज्ञात पेश करके इस प्रणाली को और अधिक सुविधाजनक में बदल दें:

(सुविधा के लिए एक ऋण चिह्न सामने रखा गया है)। इन समानताओं से निम्नलिखित प्रणाली में जाना आसान है:

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

जो, बाधा समीकरण (x, y) = 0 के साथ, अज्ञात x, y, और के साथ तीन समीकरणों की एक प्रणाली बनाता है।

इन समीकरणों (*) को निम्नलिखित नियम का उपयोग करके याद रखना सबसे आसान है: उन बिंदुओं को खोजने के लिए जो फ़ंक्शन के सशर्त चरम के बिंदु हो सकते हैं

Z= f(x, y) बाधा समीकरण (x, y) = 0 के साथ, आपको एक सहायक फ़ंक्शन बनाने की आवश्यकता है

एफ (एक्स, वाई) = एफ (एक्स, वाई) + (एक्स, वाई)

जहां कुछ स्थिरांक है, और इस फ़ंक्शन के चरम बिंदुओं को खोजने के लिए समीकरण लिखें।

समीकरणों की निर्दिष्ट प्रणाली, एक नियम के रूप में, केवल आवश्यक शर्तें प्रदान करती है, अर्थात। इस प्रणाली को संतुष्ट करने वाले x और y मानों की प्रत्येक जोड़ी अनिवार्य रूप से एक सशर्त चरम बिंदु नहीं है। मैं सशर्त चरम बिंदुओं के लिए पर्याप्त शर्तें नहीं दूंगा; अक्सर समस्या की विशिष्ट सामग्री ही बताती है कि पाया गया बिंदु क्या है। सशर्त चरम के लिए समस्याओं को हल करने के लिए वर्णित तकनीक को लैग्रेंज मल्टीप्लायरों की विधि कहा जाता है।

सशर्त चरम।

अनेक चरों के फलन का एक्स्ट्रीमा

कम से कम वर्ग विधि।

FNP . का स्थानीय चरम

चलो समारोह और= एफ(पी), रोडीर एनऔर बिंदु Р 0 ( 1 , 2 , ..., एक पी) –आंतरिकसेट डी का बिंदु

परिभाषा 9.4.

1) बिंदु P 0 को कहा जाता है अधिकतम बिंदु कार्यों और= एफ(पी) यदि इस बिंदु यू (पी 0) डी के पड़ोस मौजूद हैं तो किसी भी बिंदु पी के लिए ( एक्स 1 , एक्स 2 , ..., एक्स एन)н यू(पी 0) , 0 , कंडीशन एफ(पी) £ एफ(पी0) । अर्थ एफ(P 0) अधिकतम बिंदु पर फलन कहलाते हैं फ़ंक्शन अधिकतम और निरूपित एफ(पी 0) = अधिकतम एफ(पी) ।

2) बिंदु P 0 को कहा जाता है न्यूनतम बिंदु कार्यों और= एफ(पी) यदि इस बिंदु यू (पी 0)Ì डी के पड़ोस मौजूद हैं तो किसी भी बिंदु पी के लिए ( एक्स 1 , एक्स 2 , ..., एक्स एन) एनयू (पी 0), 0, स्थिति एफ(पी)³ एफ(पी0) । अर्थ एफ(P 0) न्यूनतम बिंदु पर फलन कहलाते हैं कार्य न्यूनतम और निरूपित एफ(पी 0) = मिनट एफ(पी)।

किसी फलन के न्यूनतम और अधिकतम अंक कहलाते हैं चरम बिंदु, चरम बिंदुओं पर फ़ंक्शन के मान कहलाते हैं कार्य चरम।

परिभाषा के अनुसार, असमानताएँ एफ(पी) £ एफ(पी0) , एफ(पी)³ एफ(पी 0) केवल बिंदु पी 0 के एक निश्चित पड़ोस में किया जाना चाहिए, न कि फ़ंक्शन के पूरे डोमेन में, जिसका अर्थ है कि फ़ंक्शन में एक ही प्रकार के कई एक्स्ट्रेमा (कई मिनीमा, कई मैक्सिमा) हो सकते हैं। इसलिए, ऊपर परिभाषित एक्स्ट्रेमा को कहा जाता है स्थानीय(स्थानीय) चरम।

प्रमेय 9.1. (FNP के चरम के लिए आवश्यक शर्त)

यदि समारोह और= एफ(एक्स 1 , एक्स 2 , ..., एक्स एन) का बिंदु P 0 पर एक चरम है, तो इस बिंदु पर इसके पहले क्रम के आंशिक व्युत्पन्न या तो शून्य के बराबर हैं या मौजूद नहीं हैं।

प्रमाण।मान लीजिए बिंदु 0 ( 1 , 2 , ..., एक पी) समारोह और= एफ(पी) में एक चरम है, जैसे कि अधिकतम। आइए तर्कों को ठीक करें एक्स 2 , ..., एक्स एन, डालना एक्स 2 = 2 ,..., एक्स एन = एक पी. फिर और= एफ(पी) = एफ 1 ((एक्स 1 , 2 , ..., एक पी) एक चर का एक कार्य है एक्सएक । चूंकि इस समारोह में है एक्स 1 = 1 चरम (अधिकतम), तब एफ 1 ¢=0 या मौजूद नहीं है जब एक्स 1 = 1 (एक चर के एक समारोह के चरम के अस्तित्व के लिए एक आवश्यक शर्त)। लेकिन, तब या बिंदु P 0 - चरम बिंदु पर मौजूद नहीं है। इसी प्रकार, हम अन्य चरों के संबंध में आंशिक अवकलजों पर विचार कर सकते हैं। सी.एच.टी.डी.

किसी फलन के प्रांत के वे बिंदु जिन पर प्रथम कोटि के आंशिक अवकलज शून्य के बराबर होते हैं या मौजूद नहीं होते हैं, कहलाते हैं महत्वपूर्ण बिंदु यह समारोह।

प्रमेय 9.1 के अनुसार, एफएनपी के चरम बिंदुओं को फ़ंक्शन के महत्वपूर्ण बिंदुओं के बीच मांगा जाना चाहिए। लेकिन, जहां तक ​​एक चर के फलन का सवाल है, हर महत्वपूर्ण बिंदु एक चरम बिंदु नहीं है।

प्रमेय 9.2

मान लीजिए 0 फलन का एक महत्वपूर्ण बिंदु है और= एफ(पी) और इस फ़ंक्शन का दूसरा क्रम अंतर है। फिर

और अगर डी 2 तुम(P 0) > 0 के लिए , तो 0 एक बिंदु है न्यूनतमकार्यों और= एफ(पी);

बी) अगर डी 2 तुम(पी0)< 0 при , то Р 0 – точка ज्यादा से ज्यादाकार्यों और= एफ(पी);

ग) अगर डी 2 तुम(P 0) चिह्न द्वारा परिभाषित नहीं है, तो P 0 एक चरम बिंदु नहीं है;

हम इस प्रमेय को बिना प्रमाण के मानते हैं।

ध्यान दें कि प्रमेय उस स्थिति पर विचार नहीं करता है जब डी 2 तुम(पी 0) = 0 या मौजूद नहीं है। इसका मतलब यह है कि ऐसी परिस्थितियों में बिंदु P 0 पर एक चरम की उपस्थिति का प्रश्न खुला रहता है - अतिरिक्त अध्ययन की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, इस बिंदु पर फ़ंक्शन की वृद्धि का अध्ययन।

अधिक विस्तृत गणित पाठ्यक्रमों में, यह साबित होता है कि, विशेष रूप से, फ़ंक्शन के लिए जेड = एफ(एक्स,आप) दो चरों का, जिनके दूसरे क्रम का अंतर रूप का योग है

महत्वपूर्ण बिंदु 0 पर एक चरम की उपस्थिति के अध्ययन को सरल बनाया जा सकता है।

निरूपित , , . निर्धारक लिखें

.

पता चला है:

डी 2 जेड> 0 बिंदु P 0 पर, अर्थात। पी 0 - न्यूनतम बिंदु, अगर (पी 0)> 0 और डी (पी 0)> 0;

डी 2 जेड < 0 в точке Р 0 , т.е. Р 0 – точка максимума, если (पी0)< 0 , а D(Р 0) > 0;

अगर डी (पी 0)< 0, то डी 2 जेडबिंदु 0 के आसपास के क्षेत्र में संकेत बदलता है और बिंदु 0 पर कोई चरम नहीं है;

यदि डी (Р 0) = 0, तो महत्वपूर्ण बिंदु 0 के आसपास के क्षेत्र में फ़ंक्शन के अतिरिक्त अध्ययन की भी आवश्यकता होती है।

इस प्रकार, समारोह के लिए जेड = एफ(एक्स,आप) दो चरों में से, हमारे पास चरम सीमा को खोजने के लिए निम्नलिखित एल्गोरिथम है (चलिए इसे "एल्गोरिदम डी" कहते हैं):

1) परिभाषा डी का डोमेन खोजें ( एफ) कार्य करता है।

2) महत्वपूर्ण बिंदु खोजें, यानी। डी से अंक ( एफ) जिसके लिए और शून्य के बराबर हैं या मौजूद नहीं हैं।

3) प्रत्येक महत्वपूर्ण बिंदु पर 0 चरम के लिए पर्याप्त स्थितियों की जांच करें। ऐसा करने के लिए, खोजें , कहा पे , , और D(Р 0) और . की गणना करें लेकिन(प0) तब :

यदि D(Р 0) >0, तो बिंदु 0 पर एक चरम है, इसके अलावा, यदि लेकिन(प 0) > 0 - तो यह न्यूनतम है, और यदि लेकिन(पी 0)< 0 – максимум;

अगर डी (पी 0)< 0, то в точке Р­ 0 нет экстремума;

यदि D(Р 0) = 0 है, तो अतिरिक्त अध्ययन की आवश्यकता है।

4) पाए गए चरम बिंदुओं पर फ़ंक्शन के मान की गणना करें।

उदाहरण 1।

किसी फ़ंक्शन के चरम का पता लगाएं जेड = एक्स 3 + 8आप 3 – 3xy .

फेसला।इस फ़ंक्शन का डोमेन संपूर्ण समन्वय विमान है। आइए जानें महत्वपूर्ण बिंदु।

, , 0 (0,0) , .

आइए हम पर्याप्त चरम शर्तों की पूर्ति की जाँच करें। हमे पता करने दें

6एक्स, = -3, = 48परऔर = 288हू – 9.

फिर डी (पी 0) \u003d 288 × 0 × 0 - 9 \u003d -9< 0 , значит, в точке Р 0 экстремума нет.

डी(Р 1) = 36-9>0 - बिंदु 1 पर एक चरम सीमा है, और चूँकि लेकिन(पी 1) = 3>0, तो यह चरम न्यूनतम है। तो मिन जेड=जेड(पी1) = .

उदाहरण 2

किसी फ़ंक्शन के चरम का पता लगाएं .

हल: डी ( एफ) = आर 2। महत्वपूर्ण बिंदु: ; पर मौजूद नहीं है पर= 0, इसलिए P 0 (0,0) इस फलन का क्रांतिक बिंदु है।

2, = 0, = , = , लेकिन D(Р 0) परिभाषित नहीं है, इसलिए इसके चिन्ह का अध्ययन करना असंभव है।

इसी कारण से, प्रमेय 9.2 को सीधे लागू करना असंभव है - डी 2 जेडइस बिंदु पर मौजूद नहीं है।

समारोह की वृद्धि पर विचार करें एफ(एक्स, आप) बिंदु 0 पर। अगर डी एफ =एफ(पी)- एफ(P 0)>0 "P, तो P 0 न्यूनतम बिंदु है, यदि D एफ < 0, то Р 0 – точка максимума.

हमारे पास हमारे मामले में है

डी एफ = एफ(एक्स, आप) – एफ(0, 0) = एफ(0+डी एक्स,0+डी आप) – एफ(0, 0) = .

डी में एक्स= 0.1 और डी आप= -0.008 हम प्राप्त करते हैं D एफ = 0,01 – 0,2 < 0, а при Dएक्स= 0.1 और डी आप= 0.001डी एफ= 0.01 + 0.1 > 0, अर्थात्। बिंदु Р 0 के आस-पास न तो स्थिति D एफ <0 (т.е. एफ(एक्स, आप) < एफ(0, 0) और, इसलिए, P 0 अधिकतम बिंदु नहीं है), न ही स्थिति D एफ>0 (अर्थात एफ(एक्स, आप) > एफ(0, 0) और फिर 0 न्यूनतम बिंदु नहीं है)। इसलिए, एक चरम की परिभाषा के अनुसार, इस फ़ंक्शन का कोई चरम नहीं है।

सशर्त चरम।

फ़ंक्शन का माना चरम कहा जाता है बिना शर्त, चूंकि फ़ंक्शन तर्कों पर कोई प्रतिबंध (शर्तें) नहीं लगाए गए हैं।

परिभाषा 9.2.फंक्शन एक्सट्रीमम और = एफ(एक्स 1 , एक्स 2 , ... , एक्स एन), इस शर्त के तहत पाया गया कि इसके तर्क एक्स 1 , एक्स 2 , ... , एक्स एनसमीकरणों को संतुष्ट करें j 1 ( एक्स 1 , एक्स 2 , ... , एक्स एन) = 0, …, जे टी(एक्स 1 , एक्स 2 , ... , एक्स एन) = 0, जहां पी ( एक्स 1 , एक्स 2 , ... , एक्स एन) डी ( एफ), कहा जाता है सशर्त चरम .

समीकरण जे (एक्स 1 , एक्स 2 , ... , एक्स एन) = 0 , = 1, 2,..., एम, कहा जाता है कनेक्शन समीकरण.

कार्यों पर विचार करें जेड = एफ(एक्स,आप) दो चर के। यदि केवल एक बाधा समीकरण है, अर्थात। , तो एक सशर्त चरम खोजने का मतलब है कि चरम समारोह के पूरे डोमेन में नहीं, बल्कि डी में पड़े कुछ वक्र पर मांगा जाता है ( एफ) (अर्थात, सतह के उच्चतम या निम्नतम बिंदुओं की खोज नहीं की जाती है जेड = एफ(एक्स,आप), और सिलेंडर के साथ इस सतह के चौराहे के बिंदुओं के बीच उच्चतम या निम्नतम बिंदु, चित्र 5)।


समारोह की सशर्त चरम सीमा जेड = एफ(एक्स,आप) दो चरों को निम्न प्रकार से पाया जा सकता है ( उन्मूलन विधि) समीकरण से, एक चर को दूसरे के कार्य के रूप में व्यक्त करें (उदाहरण के लिए, लिखें) और, चर के इस मान को फ़ंक्शन में प्रतिस्थापित करते हुए, बाद वाले को एक चर के एक फ़ंक्शन के रूप में लिखें (माने गए मामले में) ) एक चर के परिणामी फलन का चरम ज्ञात कीजिए।