- •Математика Функции двух и трех переменных
- •§1. Функции двух и трех переменных
- •1.1. Частные производные функции двух и трех переменных
- •§2. Приложения частных производных
- •2.1. Производная по направлению функции двух и трех переменных
- •2.2. Полный дифференциал функции двух и трех переменных.
- •2.3. Экстремумы функции двух переменных
- •2.4. Условный экстремум функции двух переменных
- •§3. Линейное приближение экспериментальных данных
- •§1. Функции двух и трех переменных 3
- •1.1 Частные производные функции двух и трех переменных.. 3
- •§2. Приложения частных производных 8
- •§3. Линейное приближение экспериментальных данных 18
2.4. Условный экстремум функции двух переменных
Сведения из теории
Ранее мы исследовали
на экстремум функцию двух переменных,
не накладывая никаких условий на
переменные
и
.
Сейчас мы рассмотрим случай, когда
и
связаны
друг с другом функциональной зависимостью.
Она задается уравнением
(называется уравнением связи). Мы
рассмотрим простой вариант, когда из
уравнения связи
выражается
явно как функция
,
т.е.
.
Метод решения
состоит в следующем. В функцию
вместо символа
подставим
формулу
,
полученную из уравнения связи:
.
Очевидно, что при этом функция двух
переменных превратится в функцию одной
переменной
.
Пример. Исследовать
функцию
на экстремум, если
и
связаны уравнением
.
Решение.
Из уравнения связи выразим
:
.
Тогда
.
Вычислим
.
Стационарная точка
.
В ней квадратичная функция
имеет минимум, который равен
.
Ответ.
.
2.5. Наибольшее и наименьшее значения функции двух переменных на замкнутой области
Сведения из теории
Пусть функция
определена и непрерывна на замкнутой
области
.
Определение
Значение функции
в точке
называется наибольшим (наименьшим) на
замкнутой области
,
если в любой другой точке
значение функции
( или для наименьшего
).
Свои наименьшее
и наибольшее значения функция
может принимать либо в стационарных
точках ( точках, в которых
и
)
при условии, что они принадлежат области
,
либо на границе области
.
Этот факт определяет метод нахождения
наибольшего и наименьшего значений
функции.
Вычислим частные производные и приравняем их нулю, т.е. и . Найдем стационарные точки. Из них выберем только те, которые принадлежат области , остальные просто отбросим.
В отобранных стационарных точках вычислим значения функции.
Замечание Обратите внимание, не нужно исследовать каждую отобранную стационарную точку на наличие в ней экстремума и его типа. В данной задаче важно только числовое значение функции в стационарной точке.
Исследуем поведение функции на границе области . Найдем на ней стационарные точки и в них вычислим значения функции.
Из всех вычисленных значений функции выберем максимальное и минимальное. Максимальное значение является наибольшим значением функции, а минимальное значение является наименьшим значением функции на замкнутой области .
П
ример.
Найти наибольшее и наименьшее значения
функции
в замкнутой области
,
ограниченной графиками функций:
,
,
.
Решение. Прежде всего следует нарисовать область (Рис.1 ).
1. Найдем стационарные точки.
стационарная точка.
Так как точка
,
то в ней нужно вычислить значение
функции.
=
2. Найдем стационарные
точки на отрезке границы АВ.
На отрезке границы
АВ функция 2-х переменных
становится функцией одной переменной
,
а именно:
.
Исследование
на границе является задачей нахождения
наибольшего и наименьшего значений
функции одной переменной на отрезке.
Поэтому вычислим
.
Следовательно, точку
просто отбрасываем.
Вычислим значения функции на концах отрезка АВ:
=
;
=
3. Найдем стационарные точки на отрезке границы ВС.
На отрезке границы
ВС функция 2-х переменных
становится функцией одной переменной
,
а именно:
.
Вычислим
.
Следовательно, точка
,
а значит нужно вычислить в ней значение
функции
:
=
.
Вычислим значения функции на концах отрезка ВС:
(вычислено
в п. 2) ,
=
.
4. Найдем стационарные
точки на отрезке границы АС.
.
На отрезке границы АС функция 2-х переменных становится функцией одной переменной , а именно:
.
Вычислим
.
Следовательно, точка
,
а значит в ней нужно вычислить значение
функции
:
.
Значения функции на концах отрезка АС вычислены в предыдущих пунктах.
5.
Ответ.
,
.
