Частные производные высшего порядка.

Пусть задана функция 2х переменных z=f(x,y),найдем ее частные производные.

z/x=f_x(x,y)

z/y=f_y(x,y)

В общем случае, эти производные также являются функциями 2х и можно искать их частные производные. При этом получаем часные производные 2-ого и более порядков.Производные, в которых дифференцирование производится по разным переменным, называются смешанными.

Теорема: О независимости часных производных от порядка (последовательности) дифференцирования.

Две смешанные частные роизводные одного порядка, отличающиеся только порядком диф-я равны.

²z/xy=²z/yx - в следствии этого, при обозначении смешанных частных производных последовательность диф-я не указывается.

ⁿz/x^n-2y²

Экстремумы функции 2ух переменных.

Рассмотрим функцию 2х переменных z=f(x,y) в области Д, пусть р₀(x₀,y₀) - внутренняя точка этой области.

Опр. Точка р₀ наз. Точкой max функции, если в некоторой окресности этой точки выполняется неравенство:

f(x,y)< f(x₀,y₀)

min  наоборот

Теорема: Необходимое условие существования экстремума функции в точке р_0.

Если ф-я z=f(x,y) диф-ма в точке р₀ и имеет в этой точке экстремум, то часные производные функции в этой точке равны нулю.

f_x(x₀,y₀)=0

f_y(x₀,y₀)=0

Пусть в точке р₀ функция достигает max. Рассмотрим часную производную этой функции по у.

f_y(x,y)=(у)

При нахождении этой частной производной мы имеем дело с функцией, зависящей только от х, при этом эта функция в точке р₀ достигает max, поэтому по теореме о существовании экстремума функции одной переменной имеем:

( y₀)=0  f_y(x₀,y₀)=0, аналогично по х.

Опр. Т

очка р₀ при этом наз. стационарной точкой (в которой часные производные равны нулю).

Из этого следует, что экстремум функция 2х переменных может достигать только в стационарных точках (если она диф-ма ), но не во всякой стационарной точке функция достигает экстремума, т.к это только необходимое условие, но недостаточное условие.

Теорема: Достаточное условие существования экстремума ф-ции 2х переменных.

Пусть ф-я z=f(x,y) диф-ма в точке р₀ и эта точка явл. стационарной точкой , найдем часные производные 2ого порядка этой функции

r=²z/x² s=²z/xy t=²z/y²

Вычислим в точке р₀ значение выражения (rt-s²)_po, если это выражение >0, то в т. р₀ сущ. экстремум.

При этом если r>0 р₀ min; r<0 р₀ max

Если rt-s²<0  экстремума нет.

rt-s²=0  экстремум возможен, требуются дополнительные исследования.

Определение наибольшего и наименьшего значения функции в замкнутой области.

Пусть задана ф-я z=f(x,y) в замкнутой области Д.

F(x,y)=0  уравнение границы Д.

Требуется найти наибольшее и наименьшее значения ф-ции в этой области.

Эти значения функция может достигать либо в экстремальных точках внутри области, либо на границе области, поэтому решение задачи делится на 2 этапа:

1.Сначала находим стационарные точки внутри области. В этих тосках возможны экстремумы. Вычисляем зачение заданной функции в этой точке.

2.Определяем наиб. и наим. Значение функции на границе области.

3.Сравниваем полученное значение и выбираем наиб. и наим. знач.