იპოვეთ ფუნქციის მინიმუმი პირობით. რამდენიმე ცვლადის ფუნქციის ექსტრემუმი რამდენიმე ცვლადის ფუნქციის ექსტრემუმის კონცეფცია

საკმარისი პირობა ორი ცვლადის ფუნქციის ექსტრემისთვის

1. ფუნქცია იყოს განუწყვეტლივ დიფერენცირებადი წერტილის რომელიმე სამეზობლოში და ჰქონდეს უწყვეტი მეორე რიგის ნაწილობრივი წარმოებულები (სუფთა და შერეული).

2. აღნიშნეთ მეორე რიგის განმსაზღვრელი

ექსტრემალური ცვლადი სალექციო ფუნქცია

თეორემა

თუ წერტილი კოორდინატებით არის ფუნქციის სტაციონარული წერტილი, მაშინ:

ა) როდესაც ეს არის ლოკალური ექსტრემის წერტილი და ლოკალური მაქსიმუმზე – ლოკალური მინიმუმი;

გ) როდესაც წერტილი არ არის ლოკალური ექსტრემალური წერტილი;

გ) თუ, შესაძლოა ორივე.

მტკიცებულება

ჩვენ ვწერთ ტეილორის ფორმულას ფუნქციისთვის, შემოვიფარგლებით ორი წევრით:

ვინაიდან, თეორემის პირობის მიხედვით, წერტილი სტაციონარულია, მეორე რიგის ნაწილობრივი წარმოებულები ნულის ტოლია, ე.ი. და. მერე

აღნიშნეთ

შემდეგ ფუნქციის ზრდა მიიღებს ფორმას:

მეორე რიგის (სუფთა და შერეული) ნაწილობრივი წარმოებულების უწყვეტობის გამო, თეორემის მდგომარეობის მიხედვით, შეგვიძლია დავწეროთ:

სად ან; ,

1. მოდით და, ე.ი. ან.

2. ვამრავლებთ ფუნქციის ნამატს და ვყოფთ, მივიღებთ:

3. შეავსეთ გამოთქმა ხვეული ფრჩხილებში ჯამის სრულ კვადრატში:

4. ხვეული ფრჩხილებში გამოთქმა არაუარყოფითია, ვინაიდან

5. მაშასადამე, თუ და აქედან გამომდინარე, და, მაშინ და, მაშასადამე, განმარტების მიხედვით, წერტილი არის ლოკალური მინიმალური წერტილი.

6. თუ და ნიშნავს, და, მაშინ, განმარტების მიხედვით, წერტილი კოორდინატებით არის ლოკალური მაქსიმალური წერტილი.

2. განვიხილოთ კვადრატული ტრინომი, მისი განმასხვავებელი, .

3. თუ, მაშინ არის ისეთი წერტილები, რომ მრავალწევრი

4. ფუნქციის ჯამურ ზრდას წერტილში I-ში მიღებული გამოხატვის შესაბამისად ვწერთ სახით:

5. მეორე რიგის ნაწილობრივი წარმოებულების უწყვეტობის გამო, თეორემის პირობით წერტილში შეგვიძლია დავწეროთ, რომ

ამრიგად, არსებობს წერტილის ისეთი სამეზობლო, რომ ნებისმიერი წერტილისთვის კვადრატული ტრინომი მეტია ნულზე:

6. განვიხილოთ - წერტილის მეზობლობა.

მოდით ავირჩიოთ ნებისმიერი მნიშვნელობა, ასე რომ, ეს არის მთავარი. ვივარაუდოთ, რომ ფუნქციის გაზრდის ფორმულაში

რას ვიღებთ:

7. მას შემდეგ.

8. ძირზე ანალოგიურად მსჯელობით მივიღებთ, რომ წერტილის ნებისმიერ - სამეზობლოში არის წერტილი, რომლისთვისაც, შესაბამისად, წერტილის სიახლოვეს იგი არ ინახავს ნიშანს, მაშასადამე, წერტილში არ არის ექსტრემი.

ორი ცვლადის ფუნქციის პირობითი ექსტრემი

ორი ცვლადის ფუნქციის ექსტრემის ძიებისას ხშირად წარმოიქმნება პრობლემები ე.წ. პირობით ექსტრემთან. ეს კონცეფცია შეიძლება აიხსნას ორი ცვლადის ფუნქციის მაგალითით.

0xy სიბრტყეზე მოცემული იყოს ფუნქცია და წრფე L. ამოცანაა იპოვოთ ისეთი წერტილი P (x, y) L წრფეზე, რომელზედაც ფუნქციის მნიშვნელობა არის ყველაზე დიდი ან უმცირესი ამ ფუნქციის მნიშვნელობებთან შედარებით L ხაზის წერტილებში, რომელიც მდებარეობს ახლოს. წერტილი P. ასეთ P წერტილებს უწოდებენ პირობითი უკიდურესი წერტილების ფუნქციებს L წრფეზე. ჩვეულებრივი ექსტრემალური წერტილისგან განსხვავებით, ფუნქციის მნიშვნელობა პირობით უკიდურეს წერტილში შედარებულია ფუნქციის მნიშვნელობებთან არა ყველა წერტილში. მისი ზოგიერთი უბნის, მაგრამ მხოლოდ მათთან, რომლებიც მდებარეობს ხაზზე L.

სავსებით ნათელია, რომ ჩვეულებრივი ექსტრემის წერტილი (ისინი ასევე ამბობენ უპირობო ექსტრემუმს) ასევე არის პირობითი ექსტრემის წერტილი ამ წერტილში გამავალი ნებისმიერი ხაზისთვის. საპირისპირო, რა თქმა უნდა, არ შეესაბამება სიმართლეს: პირობითი ექსტრემალური წერტილი შეიძლება არ იყოს ჩვეულებრივი ექსტრემალური წერტილი. მოდი ილუსტრაციულად განვმარტოთ ნათქვამი მაგალითით.

მაგალითი #1.ფუნქციის გრაფიკი არის ზედა ნახევარსფერო (ნახ. 2).

ბრინჯი. 2.

ამ ფუნქციას აქვს მაქსიმუმი სათავეში; იგი შეესაბამება ნახევარსფეროს M წვეროს. თუ ხაზი L არის სწორი ხაზი, რომელიც გადის A და B წერტილებს (მისი განტოლება), მაშინ გეომეტრიულად ნათელია, რომ ამ ხაზის წერტილებისთვის ფუნქციის მაქსიმალური მნიშვნელობა მიიღწევა A-სა და A წერტილებს შორის შუაში მდებარე წერტილში. B. ეს არის პირობითი უკიდურესი (მაქსიმალური) წერტილის ფუნქციები ამ ხაზზე; ის შეესაბამება M 1 წერტილს ნახევარსფეროზე და ნახატიდან ჩანს, რომ აქ არ შეიძლება იყოს რაიმე ჩვეულებრივი ექსტრემის შესახებ საუბარი.

გაითვალისწინეთ, რომ დახურულ რეგიონში ფუნქციის უდიდესი და უმცირესი მნიშვნელობების პოვნის ამოცანის დასკვნით ნაწილში, ამ რეგიონის საზღვარზე უნდა იპოვოთ ფუნქციის უკიდურესი მნიშვნელობები, ე.ი. რაღაც ხაზზე და ამით მოაგვარეთ პრობლემა პირობითი ექსტრემისთვის.

განმარტება 1.ისინი ამბობენ, რომ სად აქვს პირობითი ან ფარდობითი მაქსიმუმი (მინიმუმი) იმ წერტილში, რომელიც აკმაყოფილებს განტოლებას: თუ რომელიმეს, რომელიც აკმაყოფილებს განტოლებას, უტოლობა

განმარტება 2.ფორმის განტოლებას ეწოდება შეზღუდვის განტოლება.

თეორემა

თუ ფუნქციები და განუწყვეტლივ დიფერენცირებადია წერტილის სამეზობლოში, ხოლო ნაწილობრივი წარმოებული და წერტილი არის ფუნქციის პირობითი უკიდურესობის წერტილი შეზღუდვის განტოლებასთან მიმართებაში, მაშინ მეორე რიგის განმსაზღვრელი ნულის ტოლია:

მტკიცებულება

1. ვინაიდან, თეორემის, ნაწილობრივი წარმოებულის და ფუნქციის მნიშვნელობის პირობის მიხედვით, მაშინ რომელიმე მართკუთხედში

განსაზღვრული იმპლიციტური ფუნქცია

ორი ცვლადის კომპლექსურ ფუნქციას წერტილში ექნება ლოკალური ექსტრემი, შესაბამისად, ან.

2. მართლაც, პირველი რიგის დიფერენციალური ფორმულის ინვარიანტობის თვისების მიხედვით

3. კავშირის განტოლება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ამ ფორმით, რაც ნიშნავს

4. გაამრავლეთ განტოლება (2) და (3) და დაამატეთ ისინი

ამიტომ, ზე

თვითნებური. ჰ.ტ.დ.

შედეგი

ორი ცვლადის ფუნქციის პირობითი უკიდურესი წერტილების ძიება პრაქტიკაში ხორციელდება განტოლებათა სისტემის ამოხსნით.

ასე რომ, ზემოთ მოყვანილ მაგალითში No1 კომუნიკაციის განტოლებიდან გვაქვს. აქედან ადვილია იმის შემოწმება, თუ რა აღწევს მაქსიმუმს. მაგრამ შემდეგ კომუნიკაციის განტოლებიდან. ვიღებთ P წერტილს, რომელიც გეომეტრიულად არის ნაპოვნი.

მაგალითი #2.იპოვეთ ფუნქციის პირობითი უკიდურესი წერტილები შეზღუდვის განტოლების მიმართ.

ვიპოვოთ მოცემული ფუნქციის ნაწილობრივი წარმოებულები და კავშირის განტოლება:

მოდით გავაკეთოთ მეორე რიგის განმსაზღვრელი:

მოდით ჩამოვწეროთ განტოლებათა სისტემა პირობითი უკიდურესი წერტილების საპოვნელად:

აქედან გამომდინარე, არსებობს ფუნქციის ოთხი პირობითი უკიდურესი წერტილი კოორდინატებით: .

მაგალითი #3.იპოვეთ ფუნქციის უკიდურესი წერტილები.

ნაწილობრივი წარმოებულების ნულთან გათანაბრება: , ვპოულობთ ერთ სტაციონალურ წერტილს - საწყისს. Აქ,. აქედან გამომდინარე, წერტილი (0, 0) არც არის ექსტრემალური წერტილი. განტოლება არის ჰიპერბოლური პარაბოლოიდის განტოლება (ნახ. 3), ნახაზი აჩვენებს, რომ წერტილი (0, 0) არ არის ექსტრემალური წერტილი.

ბრინჯი. 3.

ფუნქციის უდიდესი და უმცირესი მნიშვნელობა დახურულ არეში

1. ფუნქცია იყოს განსაზღვრული და უწყვეტი შეზღუდულ დახურულ დომენში D.

2. ფუნქციას ჰქონდეს სასრული ნაწილობრივი წარმოებულები ამ რეგიონში, გარდა რეგიონის ცალკეული წერტილებისა.

3. ვაიერშტრასის თეორემის შესაბამისად, ამ არეში არის წერტილი, სადაც ფუნქცია იღებს უდიდეს და უმცირეს მნიშვნელობებს.

4. თუ ეს წერტილები D რეგიონის შიდა წერტილებია, მაშინ აშკარაა, რომ მათ ექნებათ მაქსიმუმი ან მინიმუმი.

5. ამ შემთხვევაში ჩვენთვის საინტერესო წერტილები ექსტრემის საეჭვო წერტილებს შორისაა.

6. თუმცა ფუნქციას ასევე შეუძლია მიიღოს მაქსიმალური ან მინიმალური მნიშვნელობა D რეგიონის საზღვარზე.

7. იმისათვის, რომ იპოვოთ ფუნქციის უდიდესი (უმცირესი) მნიშვნელობა D არეში, თქვენ უნდა იპოვოთ ყველა შიდა წერტილი, რომელიც საეჭვოა ექსტრემისთვის, გამოთვალოთ მათში არსებული ფუნქციის მნიშვნელობა და შემდეგ შეადაროთ ფუნქციის მნიშვნელობა ტერიტორიის სასაზღვრო წერტილები და ნაპოვნი მნიშვნელობებიდან ყველაზე დიდი იქნება ყველაზე დიდი დახურულ რეგიონში D.

8. ლოკალური მაქსიმუმის ან მინიმალურის პოვნის მეთოდი ადრე განხილული იყო 1.2 ნაწილში. და 1.3.

9. რჩება რეგიონის საზღვარზე ფუნქციის მაქსიმალური და მინიმალური მნიშვნელობების პოვნის მეთოდის გათვალისწინება.

10. ორი ცვლადის ფუნქციის შემთხვევაში ფართობი ჩვეულებრივ გამოდის შემოსაზღვრული მრუდით ან რამდენიმე მრუდით.

11. ასეთი მრუდის (ან რამდენიმე მრუდის) გასწვრივ ცვლადები ან ერთმანეთზეა დამოკიდებული, ან ორივე ერთ პარამეტრზეა დამოკიდებული.

12. ამრიგად, საზღვარზე ფუნქცია გამოდის დამოკიდებული ერთ ცვლადზე.

13. ადრე იყო განხილული ერთი ცვლადის ფუნქციის უდიდესი მნიშვნელობის პოვნის მეთოდი.

14. D რეგიონის საზღვარი მოცემული იყოს პარამეტრული განტოლებებით:

მაშინ ამ მრუდზე ორი ცვლადის ფუნქცია იქნება პარამეტრის რთული ფუნქცია: . ასეთი ფუნქციისთვის, უდიდესი და უმცირესი მნიშვნელობა განისაზღვრება ერთი ცვლადის ფუნქციისთვის უდიდესი და უმცირესი მნიშვნელობების განსაზღვრის მეთოდით.

აუცილებელი და საკმარისი პირობები ორი ცვლადის ფუნქციების უკიდურესობისთვის.წერტილს ეწოდება ფუნქციის მინიმალური (მაქსიმალური) წერტილი, თუ წერტილის რომელიმე სამეზობლოში ფუნქცია განსაზღვრულია და აკმაყოფილებს უტოლობას (შესაბამისად, მაქსიმალურ და მინიმალურ წერტილებს უწოდებენ ფუნქციის უკიდურეს წერტილებს).

ექსტრემისთვის აუცილებელი პირობა. თუ ექსტრემალურ წერტილში ფუნქციას აქვს ჯერ ნაწილობრივი წარმოებულები, მაშინ ისინი ქრება ამ ეტაპზე. აქედან გამომდინარეობს, რომ ასეთი ფუნქციის უკიდურესი წერტილების საპოვნელად უნდა ამოხსნას განტოლებათა სისტემა, წერტილებს, რომელთა კოორდინატები ამ სისტემას აკმაყოფილებს, ფუნქციის კრიტიკულ წერტილებს უწოდებენ. მათ შორის შეიძლება იყოს მაქსიმალური ქულები, მინიმალური ქულები, ასევე ქულები, რომლებიც არ არის ექსტრემალური ქულები.

საკმარისი ექსტრემალური პირობები გამოიყენება კრიტიკული წერტილების ნაკრებიდან ექსტრემალური წერტილების შესარჩევად და ჩამოთვლილია ქვემოთ.

ფუნქციას ჰქონდეს უწყვეტი მეორე ნაწილობრივი წარმოებულები კრიტიკულ წერტილში. თუ ამ ეტაპზე,

მდგომარეობა, მაშინ ეს არის მინიმალური წერტილი და მაქსიმალური წერტილი, თუ კრიტიკულ წერტილში, მაშინ ეს არ არის ექსტრემალური წერტილი. ამ შემთხვევაში საჭიროა კრიტიკული წერტილის ბუნების უფრო დახვეწილი შესწავლა, რომელიც ამ შემთხვევაში შეიძლება იყოს ან არ იყოს ექსტრემალური წერტილი.

სამი ცვლადის ფუნქციების ექსტრემა.სამი ცვლადის ფუნქციის შემთხვევაში, უკიდურესი წერტილების განმარტებები სიტყვასიტყვით იმეორებს ორი ცვლადის ფუნქციის შესაბამის განმარტებებს. ჩვენ შემოვიფარგლებით ექსტრემის ფუნქციის შესწავლის პროცედურის წარდგენით. განტოლებათა სისტემის ამოხსნისას თქვენ უნდა იპოვოთ ფუნქციის კრიტიკული წერტილები და შემდეგ თითოეულ კრიტიკულ წერტილში გამოთვალოთ რაოდენობები.

თუ სამივე სიდიდე დადებითია, მაშინ განხილული კრიტიკული წერტილი არის მინიმალური წერტილი; თუ მაშინ მოცემული კრიტიკული წერტილი არის მაქსიმალური წერტილი.

ორი ცვლადის ფუნქციის პირობითი ექსტრემი.პუნქტს ეწოდება ფუნქციის პირობითი მინიმალური (მაქსიმალური) წერტილი, იმ პირობით, რომ არსებობს წერტილის სამეზობლო, სადაც ფუნქცია არის განსაზღვრული და რომელშიც (შესაბამისად) ყველა წერტილისთვის, რომლის კოორდინატები აკმაყოფილებს განტოლებას.

პირობითი ექსტრემალური წერტილების საპოვნელად გამოიყენეთ ლაგრანგის ფუნქცია

სადაც რიცხვს ლაგრანგის მულტიპლიკატორი ეწოდება. სამი განტოლების სისტემის ამოხსნა

იპოვეთ ლაგრანგის ფუნქციის კრიტიკული წერტილები (ისევე როგორც დამხმარე ფაქტორი A-ს მნიშვნელობა). ამ კრიტიკულ წერტილებში შეიძლება იყოს პირობითი ექსტრემუმი. ზემოაღნიშნული სისტემა იძლევა მხოლოდ აუცილებელ პირობებს ექსტრემისთვის, მაგრამ არა საკმარისად: მისი დაკმაყოფილება შესაძლებელია იმ წერტილების კოორდინატებით, რომლებიც არ არის პირობითი ექსტრემის წერტილები. თუმცა, პრობლემის არსიდან გამომდინარე, ხშირად შესაძლებელია კრიტიკული წერტილის ბუნების დადგენა.

რამდენიმე ცვლადის ფუნქციის პირობითი ექსტრემი.განვიხილოთ ცვლადების ფუნქცია იმ პირობით, რომ ისინი დაკავშირებულია განტოლებით

პირობითი ექსტრემალური

მოცემული ფუნქციის (ან ფუნქციონალური) მიერ მიღწეული მინიმალური ან მაქსიმალური მნიშვნელობა იმ პირობით, რომ ზოგიერთი სხვა ფუნქცია (ფუნქციონალი) იღებს მნიშვნელობებს მოცემული დასაშვები ნაკრებიდან. თუ არ არსებობს პირობები, რომლებიც ზღუდავს ცვლილებებს დამოუკიდებელ ცვლადებში (ფუნქციებში) მითითებული გაგებით, მაშინ საუბარია უპირობო ექსტრემზე.
კლასიკური დავალება ვ.ე. არის რამდენიმე ცვლადის ფუნქციის მინიმუმის განსაზღვრის პრობლემა

იმ პირობით, რომ ზოგიერთი სხვა ფუნქცია მიიღებს მოცემულ მნიშვნელობებს:

ამ პრობლემაში G, რომელზეც ფუნქციონირებს ვექტორის მნიშვნელობები g=(გ 1, ...,გ მ), დამატებით პირობებში (2) შედის ფიქსირებული წერტილი c=(c 1, ..., ტ) m-განზომილებიან ევკლიდეს სივრცეში
თუ (2)-ში ტოლობის ნიშანთან ერთად დაუშვებელია უტოლობის ნიშნები

ეს იწვევს პრობლემას არაწრფივი პროგრამირება(ცამეტი). ამოცანაში (1), (3), ვექტორული ფუნქციის g დასაშვები მნიშვნელობების G სიმრავლე არის გარკვეული მრუდი, რომელიც მიეკუთვნება m 1-ით განსაზღვრულ (n-m 1) განზომილებიან ჰიპერზედას. , მ 1 თანასწორობის ტიპის პირობები (3). მითითებული მრუდი პოლიედრონის საზღვრები აგებულია გათვალისწინებით პ-მ 1 უტოლობა შედის (3).
პრობლემის განსაკუთრებული შემთხვევა (1), (3) U.v. არის ამოცანა ხაზოვანი პროგრამირება,რომელშიც ყველა განხილული ფუნქცია f და გიწრფივია x l-ში , ... , x გვ.ხაზოვანი პროგრამირების პრობლემაში ვექტორული ფუნქციის შესაძლო მნიშვნელობების G ნაკრები გ,შედის ცვლადების დიაპაზონის შეზღუდვის პირობებში x 1, .....x n,არის , რომელიც მიეკუთვნება (n-t 1)-განზომილებიან ჰიპერთავმხედველობას, რომელიც განსაზღვრულია m 1 თანასწორობის ტიპის პირობებით (3).
ანალოგიურად, ოპტიმიზაციის პრობლემების უმეტესობა ფუნქციონალებისთვის, რომლებიც წარმოადგენს პრაქტიკულს ინტერესი, დაყვანილია ამოცანები უ.ე. (სმ. იზოპერიმეტრიული პრობლემა, რგოლის პრობლემა, ლაგრანჟის პრობლემა, მანერის პრობლემა). ისევე როგორც მათემატიკაში. პროგრამირება, ვარიაციების გაანგარიშების ძირითადი ამოცანები და ოპტიმალური კონტროლის თეორია არის ამოზნექილი ე.
აშშ-ში პრობლემების გადაჭრისას, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც განიხილება თეორიული. C. e.-ის პრობლემებთან დაკავშირებული კითხვები, გამოდის, რომ ძალიან სასარგებლოა განუსაზღვრელი გამოყენება ლაგრანგის მამრავლები,საშუალებას იძლევა შემცირდეს პრობლემა U. e. პრობლემის უპირობო და გამარტივებული ოპტიმალური პირობების შესახებ. ლაგრანგის მულტიპლიკატორების გამოყენება უდევს საფუძვლად კლასიკურის უმეტესობას პრობლემების გადაჭრის მეთოდები აშშ-ში.

განათებული: ჰედლი ჯ., არაწრფივი და , ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1967; ბლისი გ.ა., ლექციები ვარიაციების გაანგარიშებაზე, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1950; Pontryagin L. S. [et al.], Mathematical Optimal Processes, 2nd ed., M., 1969 წ.
I.B. ვაპნიარსკი.

მათემატიკური ენციკლოპედია. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია. I. M. ვინოგრადოვი. 1977-1985 წწ.

ნახეთ, რა არის „პირობითი ექსტრემალური“ სხვა ლექსიკონებში:

    ფარდობითი ექსტრემი, n + m ცვლადის f (x1,..., xn + m) ფუნქციის უკიდურესი, თუ ვივარაუდებთ, რომ ეს ცვლადები ექვემდებარება m უფრო დაწყვილების განტოლებებს (პირობებს): φk (x1,..., xn + მ) = 0, 1≤ k ≤ m (*) (იხ. ექსტრემი).……

    მიეცით ფუნქციები ღია კომპლექტს და ჩართვას. დაე იყოს. ამ განტოლებებს უწოდებენ შეზღუდვის განტოლებებს (ტერმინოლოგია ნასესხებია მექანიკიდან). დაე, ფუნქცია განისაზღვროს G ... ვიკიპედიაზე

    - (ლათინური extremum უკიდურესიდან) უწყვეტი ფუნქციის f (x) მნიშვნელობა, რომელიც არის მაქსიმალური ან მინიმალური. უფრო ზუსტად: ფუნქცია f (x) უწყვეტ x0 წერტილში აქვს მაქსიმუმი (მინიმუმი) x0-ზე, თუ არის ამ წერტილის სამეზობლო (x0 + δ, x0 δ), ... ... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

    ამ ტერმინს სხვა მნიშვნელობა აქვს, იხილეთ ექსტრემალური (მნიშვნელობები). ექსტრემუმი (ლათინური extremum უკიდურესი) მათემატიკაში არის ფუნქციის მაქსიმალური ან მინიმალური მნიშვნელობა მოცემულ სიმრავლეზე. წერტილი, სადაც მიიღწევა ექსტრემუმი არის ... ... ვიკიპედია

    ფუნქცია, რომელიც გამოიყენება ამოცანების გადასაჭრელად რამდენიმე ცვლადისა და ფუნქციის ფუნქციების პირობითი ექსტრემისთვის. L.f-ის დახმარებით. პირობითი ექსტრემისთვის ამოცანებში ჩაწერილია ოპტიმალური პირობების აუცილებელი პირობები. არ არის საჭირო მხოლოდ ცვლადების გამოხატვა... მათემატიკური ენციკლოპედია

    მათემატიკური დისციპლინა, რომელიც ეძღვნება ცვლადების ფუნქციების უკიდურესი (მაქსიმალური და მინიმალური) მნიშვნელობების პოვნას ერთი ან მეტი ფუნქციის არჩევის მიხედვით. In და. ამ თავის ბუნებრივი განვითარებაა…… დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

    ცვლადები, რომელთა დახმარებით აგებულია ლაგრანჟის ფუნქცია პირობითი ექსტრემის ამოცანების შესწავლისას. L.m-ისა და ლაგრანგის ფუნქციის გამოყენება შესაძლებელს ხდის ოპტიმალური პირობების ერთგვაროვნად მიღებას პირობითი ექსტრემის პრობლემებში ... მათემატიკური ენციკლოპედია

    ვარიაციების გაანგარიშება არის ფუნქციური ანალიზის ფილიალი, რომელიც შეისწავლის ფუნქციონალების ვარიაციებს. ვარიაციების გაანგარიშების ყველაზე ტიპიური ამოცანაა იპოვოთ ფუნქცია, რომელზეც მოცემული ფუნქცია აღწევს ... ... ვიკიპედია

    მათემატიკის ფილიალი, რომელიც ეძღვნება ფუნქციების ექსტრემების პოვნის მეთოდების შესწავლას, რომლებიც დამოკიდებულია ერთი ან მეტი ფუნქციის არჩევანზე სხვადასხვა სახის შეზღუდვებზე (ფაზა, დიფერენციალური, ინტეგრალური და ა.შ.) დაწესებული ... ... მათემატიკური ენციკლოპედია

    ვარიაციების გამოთვლა არის მათემატიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ფუნქციების ვარიაციებს. ვარიაციების გაანგარიშების ყველაზე ტიპიური ამოცანაა იპოვოთ ფუნქცია, რომელზეც ფუნქციური აღწევს უკიდურეს მნიშვნელობას. მეთოდები ... ... ვიკიპედია

წიგნები

  • ლექციები კონტროლის თეორიაზე. ტომი 2. ოპტიმალური კონტროლი, V. Boss. განხილულია ოპტიმალური კონტროლის თეორიის კლასიკური პრობლემები. პრეზენტაცია იწყება სასრულ განზომილებიანი სივრცეებში ოპტიმიზაციის ძირითადი ცნებებით: პირობითი და უპირობო ექსტრემუმი, ...

განმარტება 1ფუნქციას ამბობენ, რომ აქვს ლოკალური მაქსიმუმი წერტილში, თუ არსებობს წერტილის ისეთი სამეზობლო, რომ ნებისმიერი წერტილისთვის კოორდინატებით (x, y)უთანასწორობა სრულდება: . ამ შემთხვევაში, ანუ ფუნქციის ზრდა< 0.

განმარტება 2: ამბობენ, რომ ფუნქციას აქვს ლოკალური მინიმუმი იმ წერტილში, თუ არსებობს წერტილის ისეთი სამეზობლო, რომ ნებისმიერი წერტილისთვის კოორდინატებით (x, y)უთანასწორობა სრულდება: . ამ შემთხვევაში, ანუ ფუნქციის ზრდა > 0.

განმარტება 3: ლოკალური მინიმალური და მაქსიმალური ქულები ეწოდება ექსტრემალური წერტილები.

პირობითი ექსტრემები

მრავალი ცვლადის ფუნქციის ექსტრემის ძიებისას ხშირად ჩნდება პრობლემები ე.წ პირობითი უკიდურესი.ეს კონცეფცია შეიძლება აიხსნას ორი ცვლადის ფუნქციის მაგალითით.

მიეცით ფუნქცია და ხაზი ზედაპირზე 0xy. ამოცანაა ხაზი იპოვნეთ ასეთი წერტილი P (x, y),რომელშიც ფუნქციის მნიშვნელობა არის ყველაზე დიდი ან უმცირესი ხაზის წერტილებში ამ ფუნქციის მნიშვნელობებთან შედარებით მდებარეობს პუნქტთან ახლოს . ასეთი პუნქტები დაურეკა პირობითი ექსტრემალური წერტილებიხაზის ფუნქციები . ჩვეულებრივი ექსტრემალური წერტილისგან განსხვავებით, პირობითი ექსტრემალური წერტილის ფუნქციის მნიშვნელობა შედარებულია ფუნქციის მნიშვნელობებთან არა მისი ზოგიერთი სამეზობლოს ყველა წერტილში, არამედ მხოლოდ იმ ხაზთან, რომელიც მდებარეობს ხაზზე. .

სავსებით ნათელია, რომ ჩვეულებრივი ექსტრემის წერტილი (ასევე ამბობენ უპირობო ექსტრემუმი) ასევე არის პირობითი ექსტრემალური წერტილი ამ წერტილში გამავალი ნებისმიერი ხაზისთვის. საპირისპირო, რა თქმა უნდა, არ შეესაბამება სიმართლეს: პირობითი ექსტრემალური წერტილი შეიძლება არ იყოს ჩვეულებრივი ექსტრემალური წერტილი. ნება მომეცით ავხსნა ეს მარტივი მაგალითით. ფუნქციის გრაფიკი არის ზედა ნახევარსფერო (დანართი 3 (ნახ. 3)).

ამ ფუნქციას აქვს მაქსიმუმი სათავეში; იგი შეესაბამება ზედა ნახევარსფეროები. თუ ხაზი წერტილებში გადის ხაზი მაგრამდა AT(მისი განტოლება x+y-1=0), მაშინ გეომეტრიულად ნათელია, რომ ამ ხაზის წერტილებისთვის ფუნქციის მაქსიმალური მნიშვნელობა მიიღწევა წერტილებს შორის შუაში მდებარე წერტილში. მაგრამდა AT.ეს არის ფუნქციის პირობითი ექსტრემის (მაქსიმუმის) წერტილი მოცემულ ხაზზე; ის შეესაბამება M 1 წერტილს ნახევარსფეროზე და ნახატიდან ჩანს, რომ აქ არ შეიძლება იყოს რაიმე ჩვეულებრივი ექსტრემის შესახებ საუბარი.

გაითვალისწინეთ, რომ დახურულ რეგიონში ფუნქციის უდიდესი და უმცირესი მნიშვნელობების პოვნის ამოცანის დასკვნით ნაწილში უნდა ვიპოვოთ ფუნქციის უკიდურესი მნიშვნელობები ამ რეგიონის საზღვარზე, ე.ი. რაღაც ხაზზე და ამით მოაგვარეთ პრობლემა პირობითი ექსტრემისთვის.

ახლა გადავიდეთ Z= f(x, y) ფუნქციის პირობითი კიდურების წერტილების პრაქტიკულ ძიებაზე იმ პირობით, რომ x და y ცვლადები დაკავშირებულია განტოლებით (x, y) = 0. ეს მიმართება იქნება უწოდა შეზღუდვის განტოლება. თუ კავშირის განტოლებიდან y შეიძლება გამოხატული იყოს x-ით: y \u003d (x), ჩვენ ვიღებთ ერთი ცვლადის ფუნქციას Z \u003d f (x, (x)) \u003d Ф (x).

როდესაც ვიპოვნეთ x-ის მნიშვნელობა, რომლითაც ეს ფუნქცია აღწევს უკიდურესობას და შემდეგ განვსაზღვრავთ y-ს შესაბამისი მნიშვნელობების კავშირის განტოლებიდან, მივიღებთ პირობითი ექსტრემის სასურველ წერტილებს.

ასე რომ, ზემოთ მოყვანილ მაგალითში x+y-1=0 კომუნიკაციის განტოლებიდან გვაქვს y=1-x. აქედან

ადვილია იმის შემოწმება, რომ z აღწევს მაქსიმუმს x = 0,5-ზე; მაგრამ შემდეგ კავშირის განტოლებიდან y = 0.5 და მივიღებთ ზუსტად P წერტილს, რომელიც ნაპოვნია გეომეტრიული მოსაზრებებიდან.

პირობითი ექსტრემის ამოცანა ძალიან მარტივად წყდება მაშინაც კი, როდესაც შეზღუდვის განტოლება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს პარამეტრული განტოლებებით x=x(t), y=y(t). ამ ფუნქციით x და y გამონათქვამების ჩანაცვლებით, კვლავ მივდივართ ერთი ცვლადის ფუნქციის უკიდურესობის პოვნის პრობლემამდე.

თუ შეზღუდვის განტოლებას აქვს უფრო რთული ფორმა და ჩვენ ვერც ერთ ცვლადს ვერ გამოვხატავთ მეორის თვალსაზრისით და ვერც შევცვლით პარამეტრული განტოლებებით, მაშინ პირობითი ექსტრემის პოვნის პრობლემა რთულდება. განვაგრძობთ ვივარაუდოთ, რომ z= f(x, y) ფუნქციის გამოხატულებაში ცვლადი (x, y) = 0. z= f(x, y) ფუნქციის ჯამური წარმოებული უდრის:

სად არის წარმოებული y`, ნაპოვნი იმპლიციტური ფუნქციის დიფერენციაციის წესით. პირობითი ექსტრემის წერტილებში ნაპოვნი ჯამური წარმოებული უნდა იყოს ნულის ტოლი; ეს იძლევა ერთ განტოლებას x და y-თან დაკავშირებით. ვინაიდან ისინი ასევე უნდა აკმაყოფილებდნენ შეზღუდვის განტოლებას, მივიღებთ ორი განტოლების სისტემას ორი უცნობით.

მოდით გადავიტანოთ ეს სისტემა ბევრად უფრო მოსახერხებელ სისტემად, პირველი განტოლების პროპორციულად ჩაწერით და ახალი დამხმარე უცნობის შემოღებით:

(მოხერხებულობისთვის წინ არის მინუს ნიშანი). ადვილია ამ თანასწორობიდან შემდეგ სისტემაზე გადასვლა:

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

რომელიც შეზღუდვის განტოლებასთან ერთად (x, y) = 0, ქმნის სამი განტოლების სისტემას უცნობი x, y და.

ეს განტოლებები (*) ყველაზე ადვილი დასამახსოვრებელია შემდეგი წესის გამოყენებით: იმისათვის, რომ იპოვოთ წერტილები, რომლებიც შეიძლება იყოს ფუნქციის პირობითი უკიდურესობის წერტილები.

Z= f(x, y) შეზღუდვის განტოლებით (x, y) = 0, თქვენ უნდა ჩამოაყალიბოთ დამხმარე ფუნქცია

F(x,y)=f(x,y)+(x,y)

სად არის გარკვეული მუდმივი და დაწერეთ განტოლებები ამ ფუნქციის უკიდურესი წერტილების საპოვნელად.

განტოლებათა მითითებული სისტემა აწვდის, როგორც წესი, მხოლოდ აუცილებელ პირობებს, ე.ი. x და y მნიშვნელობების ყველა წყვილი, რომელიც აკმაყოფილებს ამ სისტემას, არ არის აუცილებლად პირობითი ექსტრემალური წერტილი. პირობითი ექსტრემალური ქულების საკმარის პირობებს არ მივცემ; ძალიან ხშირად პრობლემის სპეციფიკური შინაარსი მიუთითებს იმაზე, თუ რა არის ნაპოვნი წერტილი. პირობითი ექსტრემისთვის ამოცანების გადაჭრის აღწერილ ტექნიკას ეწოდება ლაგრანგის მულტიპლიკატორების მეთოდი.

პირობითი უკიდურესი.

რამდენიმე ცვლადის ფუნქციის ექსტრემა

მინიმალური კვადრატის მეთოდი.

FNP-ის ადგილობრივი ექსტრემუმი

დაუშვით ფუნქცია და= (P), RÎDÌR და მივცეთ წერტილი Р 0 ( 1 , 2 , ..., ) –შიდანაკრების წერტილი D.

განმარტება 9.4.

1) წერტილი P 0 ეწოდება მაქსიმალური ქულა ფუნქციები და= (P) თუ არსებობს ამ წერტილის მეზობლობა U(P 0) Ì D ისეთი, რომ ნებისმიერი წერტილისთვის P( X 1 , X 2 , ..., x n)н U(P 0) , Р¹Р 0 , მდგომარეობა (P) £ (P0) . მნიშვნელობა (P 0) ფუნქციებს მაქსიმალურ წერტილში ეწოდება ფუნქცია მაქსიმუმ და აღნიშნა (P 0) = მაქს (P) .

2) წერტილი P 0 ეწოდება მინიმალური ქულა ფუნქციები და= (P) თუ არსებობს ამ წერტილის მეზობლობა U(P 0)Ì D ისეთი, რომ ნებისმიერი წერტილისთვის P( X 1 , X 2 , ..., x n)нU(P 0), Р¹Р 0, მდგომარეობა (P)³ (P0) . მნიშვნელობა (P 0) ფუნქციები მინიმალურ წერტილში ეწოდება ფუნქციის მინიმუმი და აღნიშნა (P 0) = მინ (P).

ფუნქციის მინიმალური და მაქსიმალური რაოდენობა ეწოდება უკიდურესი წერტილები, ექსტრემალური წერტილების ფუნქციის მნიშვნელობებს უწოდებენ ექსტრემალური ფუნქცია.

როგორც განმარტებიდან ჩანს, უტოლობები (P) £ (P0) , (P)³ (P 0) უნდა შესრულდეს მხოლოდ P 0 წერტილის გარკვეულ სამეზობლოში და არა ფუნქციის მთელ დომენში, რაც ნიშნავს, რომ ფუნქციას შეიძლება ჰქონდეს ერთი და იმავე ტიპის რამდენიმე ექსტრემა (რამდენიმე მინიმუმი, რამდენიმე მაქსიმუმი). ამიტომ, ზემოთ განსაზღვრულ ექსტრემას უწოდებენ ადგილობრივი(ადგილობრივი) უკიდურესობები.

თეორემა 9.1 (აუცილებელი პირობა FNP-ის ექსტრემისთვის)

თუ ფუნქცია და= (X 1 , X 2 , ..., x n) აქვს უკიდურესობა P 0 წერტილში, მაშინ მისი პირველი რიგის ნაწილობრივი წარმოებულები ამ წერტილში ან ნულის ტოლია ან არ არსებობს.

მტკიცებულება.წერტილი Р 0 ( 1 , 2 , ..., ) ფუნქცია და= (P) აქვს უკიდურესი, როგორიცაა მაქსიმუმი. გავასწოროთ არგუმენტები X 2 , ..., x n, აყენებს X 2 = 2 ,..., x n = . მერე და= (P) = 1 ((X 1 , 2 , ..., ) არის ერთი ცვლადის ფუნქცია Xერთი . ვინაიდან ეს ფუნქცია აქვს X 1 = 1 ექსტრემუმი (მაქსიმუმი), შემდეგ 1 ¢=0 ან არ არსებობს როცა X 1 = 1 (აუცილებელი პირობა ერთი ცვლადის ფუნქციის უკიდურესობის არსებობისთვის). მაგრამ , მაშინ ან არ არსებობს P 0 წერტილში - უკიდურესობის წერტილი. ანალოგიურად, ჩვენ შეგვიძლია განვიხილოთ ნაწილობრივი წარმოებულები სხვა ცვლადებთან მიმართებაში. CHTD.

ფუნქციის დომენის წერტილები, რომლებშიც პირველი რიგის ნაწილობრივი წარმოებულები ნულის ტოლია ან არ არსებობს, ეწოდება კრიტიკული წერტილები ამ ფუნქციას.

როგორც თეორემა 9.1-დან ჩანს, FNP-ის უკიდურესი წერტილები უნდა ვეძებოთ ფუნქციის კრიტიკულ წერტილებს შორის. მაგრამ, რაც შეეხება ერთი ცვლადის ფუნქციას, ყველა კრიტიკული წერტილი არ არის ექსტრემალური წერტილი.

თეორემა 9.2

Р 0 იყოს ფუნქციის კრიტიკული წერტილი და= (P) და არის ამ ფუნქციის მეორე რიგის დიფერენციალი. მერე

და თუ 2 u(P 0) > 0 for , მაშინ Р 0 არის წერტილი მინიმალურიფუნქციები და= (P);

ბ) თუ 2 u(P0)< 0 при , то Р 0 – точка მაქსიმუმფუნქციები და= (P);

გ) თუ 2 u(P 0) არ არის განსაზღვრული ნიშნით, მაშინ P 0 არ არის უკიდურესი წერტილი;

ჩვენ განვიხილავთ ამ თეორემას მტკიცების გარეშე.

გაითვალისწინეთ, რომ თეორემა არ განიხილავს შემთხვევას, როდესაც 2 u(P 0) = 0 ან არ არსებობს. ეს ნიშნავს, რომ ასეთ პირობებში P 0 წერტილში ექსტრემის არსებობის საკითხი ღია რჩება - საჭიროა დამატებითი კვლევები, მაგალითად, ამ ეტაპზე ფუნქციის ზრდის შესწავლა.

მათემატიკის უფრო დეტალურ კურსებში დასტურდება, რომ, კერძოდ, ფუნქციისთვის z = f(x,) ორი ცვლადის, რომელთა მეორე რიგის დიფერენციალი არის ფორმის ჯამი

Р 0 კრიტიკულ წერტილში ექსტრემის არსებობის შესწავლა შეიძლება გამარტივდეს.

აღნიშნეთ , , . შეადგინეთ განმსაზღვრელი

.

Აღმოჩნდა:

2 > 0 P 0 წერტილში, ე.ი. P 0 - მინიმალური ქულა, თუ (P 0) > 0 და D(P 0) > 0;

2 < 0 в точке Р 0 , т.е. Р 0 – точка максимума, если (P0)< 0 , а D(Р 0) > 0;

თუ D(P 0)< 0, то 2 Р 0 წერტილის სიახლოვეს იცვლის ნიშანს და Р 0 წერტილში ექსტრემი არ არის;

თუ D(Р 0) = 0, მაშინ ასევე საჭიროა რ 0 კრიტიკული წერტილის სიახლოვეს ფუნქციის დამატებითი შესწავლა.

ამრიგად, ფუნქციისთვის z = f(x,) ორი ცვლადი, ჩვენ გვაქვს შემდეგი ალგორითმი (მოდით დავარქვათ "ალგორითმი D") ექსტრემის საპოვნელად:

1) იპოვეთ განსაზღვრების დომენი D( ) ფუნქციები.

2) იპოვეთ კრიტიკული წერტილები, ე.ი. ქულები D-დან ( ) რომლისთვისაც და ტოლია ნულის ან არ არსებობს.

3) ყოველ კრიტიკულ წერტილში Р 0 შეამოწმეთ საკმარისი პირობები ექსტრემისთვის. ამისათვის იპოვეთ , სადაც , , და გამოთვალეთ D(Р 0) და მაგრამ(P 0). შემდეგ:

თუ D(Р 0) >0, მაშინ არის ექსტრემუმი Р 0 წერტილში, უფრო მეტიც, თუ მაგრამ(P 0) > 0 - მაშინ ეს არის მინიმალური და თუ მაგრამ(P 0)< 0 – максимум;

თუ D(P 0)< 0, то в точке Р­ 0 нет экстремума;

თუ D(Р 0) = 0, მაშინ საჭიროა დამატებითი კვლევები.

4) გამოთვალეთ ფუნქციის მნიშვნელობა ნაპოვნი უკიდურეს წერტილებში.

მაგალითი 1.

იპოვეთ ფუნქციის უკიდურესობა = x 3 + 8 3 – 3xy .

გადაწყვეტილება.ამ ფუნქციის დომენი არის მთელი კოორდინატთა სიბრტყე. მოდი ვიპოვოთ კრიტიკული წერტილები.

, , Þ Р 0 (0,0) , .

მოდით შევამოწმოთ საკმარისი ექსტრემალური პირობების შესრულება. მოდი ვიპოვოთ

6X, = -3, = 48ზედა = 288ჰუ – 9.

შემდეგ D (P 0) \u003d 288 × 0 × 0 - 9 \u003d -9< 0 , значит, в точке Р 0 экстремума нет.

D(Р 1) = 36-9>0 - Р 1 წერტილში არის ექსტრემუმი და ვინაიდან მაგრამ(P 1) = 3 >0, მაშინ ეს ექსტრემი არის მინიმალური. ასე რომ, მინ =(P1) = .

მაგალითი 2

იპოვეთ ფუნქციის უკიდურესობა .

გამოსავალი: D( ) = R2. კრიტიკული წერტილები: ; არ არსებობს ზე= 0, ამიტომ P 0 (0,0) არის ამ ფუნქციის კრიტიკული წერტილი.

2, = 0, = , = , მაგრამ D(Р 0) არ არის განსაზღვრული, ამიტომ მისი ნიშნის შესწავლა შეუძლებელია.

ამავე მიზეზით, შეუძლებელია 9.2 თეორემის პირდაპირ გამოყენება − 2 ამ ეტაპზე არ არსებობს.

განვიხილოთ ფუნქციის ზრდა (x, ) Р 0 წერტილში. თუ დ =(P) - (P 0)>0 "P, მაშინ P 0 არის მინიმალური წერტილი, თუ D < 0, то Р 0 – точка максимума.

გვაქვს ჩვენს საქმეში

= (x, ) – (0, 0) = (0+D x,0+D ) – (0, 0) = .

x= 0.1 და D = -0,008 ვიღებთ D = 0,01 – 0,2 < 0, а при Dx= 0.1 და D = 0.001D = 0.01 + 0.1 > 0, ე.ი. Р 0 წერტილის მიდამოებში არც პირობა D <0 (т.е. (x, ) < (0, 0) და, შესაბამისად, P 0 არ არის მაქსიმალური წერტილი), არც პირობა D >0 (ე.ი. (x, ) > (0, 0) და შემდეგ Р 0 არ არის მინიმალური ქულა). აქედან გამომდინარე, ექსტრემის განმარტებით, ამ ფუნქციას არ აქვს ექსტრემები.

პირობითი უკიდურესი.

ფუნქციის განხილული უკიდურესი ეწოდება უპირობო, ვინაიდან არანაირი შეზღუდვა (პირობები) არ არის დაწესებული ფუნქციის არგუმენტებზე.

განმარტება 9.2.ექსტრემალური ფუნქცია და = (X 1 , X 2 , ... , x n), ნაპოვნია იმ პირობით, რომ მისი არგუმენტები X 1 , X 2 , ... , x nდააკმაყოფილეთ განტოლებები j 1 ( X 1 , X 2 , ... , x n) = 0, …, j (X 1 , X 2 , ... , x n) = 0, სადაც P ( X 1 , X 2 , ... , x n) О D( ), ეწოდება პირობითი ექსტრემუმი .

განტოლებები ჯ (X 1 , X 2 , ... , x n) = 0 , = 1, 2,..., , უწოდებენ კავშირის განტოლებები.

განიხილეთ ფუნქციები z = f(x,) ორი ცვლადის. თუ არსებობს მხოლოდ ერთი შეზღუდვის განტოლება, ე.ი. , მაშინ პირობითი ექსტრემის პოვნა ნიშნავს, რომ ექსტრემი მოიძებნება არა ფუნქციის მთელ დომენში, არამედ ზოგიერთ მრუდზე, რომელიც მდებარეობს D( ) (ანუ, არ არის მოძიებული ზედაპირის უმაღლესი ან ყველაზე დაბალი წერტილები z = f(x,და ყველაზე მაღალი ან ყველაზე დაბალი წერტილები ამ ზედაპირის ცილინდრთან გადაკვეთის წერტილებს შორის, სურ. 5).


ფუნქციის პირობითი ექსტრემუმი z = f(x,) ორი ცვლადის ნახვა შესაძლებელია შემდეგი გზით( აღმოფხვრის მეთოდი). განტოლებიდან გამოთქვით ერთ-ერთი ცვლადი მეორის ფუნქციით (მაგალითად ჩაწერეთ) და ცვლადის ამ მნიშვნელობის ჩანაცვლებით ფუნქციაში ჩაწერეთ ეს უკანასკნელი ერთი ცვლადის ფუნქციად (განხილულ შემთხვევაში ). იპოვეთ ერთი ცვლადის შედეგად მიღებული ფუნქციის უკიდურესი.