30563

Условный экстремум функции многих переменных. Необходимое условие экстремума. Метод множителей Лагранжа

Доклад

Математика и математический анализ

Условный экстремум функции многих переменных. Пусть требуется найти максимумы и минимумы функции f х у при условии что х и у связаны уравнением х у = 0. Подберём так чтобы для значений х и у соответствующи экстремуму функции f х у вторая скобка в равенстве 5 обратилась в нуль метод Лагранжа. Метод неопределенных множителей Лагранжа Пусть функции fx1 x2 xn и Fix1 x2 xn i = 12 k дифференцируемы в некоторой области D с Rn .

Русский

2013-08-24

274 KB

71 чел.

8. Условный экстремум функции многих переменных. Необходимое условие экстремума. Метод множителей Лагранжа

Доска:

Формулы и вычисления, используемые при ответе

Выступление:

Определение 1. Функция u=f(x1, ..., xm) имеет условный максимум (условный минимум) в точке , если существует такая окрестность U(M0) точки М0, что для всех точек M(x1, ..., xm) этой окрестности, удовлетворяющих уравнениям связи

выполняется неравенство f(M0 f(M) (f(M0 f(M)).

      Пусть требуется найти максимумы и минимумы функции f (ху) при условии, что х и у связаны уравнением (х, у) = 0.

        При наличии условия  (х, у) = 0 из двух переменных х и у независимой будет только одна, например, х, так как у определяется из равенства  (х, у) = 0 как функция от х.

Найдём полные производные  и  :

,       (1)

.        (2)

В точках экстремума , то есть    .      (3)

 также равна нулю, так как  (ху) = 0, то есть

.           (4)

Составим линейную комбинацию: . Получим:

или

    (5)

 –  неопределённыё постоянный множитель.

        Последнее равенство выполняется во всех точках экстремума. Подберём    так, чтобы для значений х и у, соответствующи экстремуму функции f  (ху),, вторая скобка в равенстве (5) обратилась в нуль (метод Лагранжа).

        Для определённости будем предполагать, что в критических точках .

        Тогда из (5) следует равенство .

        Таким образом, для отыскания экстремума получим следующую систему уравнений с тремя неизвестнымих, у,  :

                        (6)

        Из этих уравнений определяем х, у и коэффициент  , который играет только вспомогательную роль и в дальнейшем не потребуется.

Таким образом, уравнения (6) являются необходимыми условиями условного экстремума.

Метод неопределенных множителей Лагранжа

Пусть функции f(x1x2,  … , xn) и 

Fi(x1x2,  … , xn)   (i = 1,2, … ,k)  дифференцируемы в некоторой области D с Rn . Тогда задача отыскания точек условного экстремума функции f(x1x2,  … , xn) при условиях связи

Fi(x1x2,  … , xn) = 0  (i = 1,2, … ,k).

(1)

эквивалентна задаче о нахождении точек обычного (безусловного) экстремума функции Лагранжа:

L(x1,x2,…,xn; λ12,…,λk) = f(x1,x2,…,xn) +λ1 · F1(x1,x2,…,xn) +

λ2 · F2(x1,x2,…,xn) + … + λk · Fk(x1,x2,…,xm).

(2)

Схема метода Лагранжа:

1. Составляем функцию Лагранжа (2).

2. Для отыскания стационарных точек функции Лагранжа находим ее частные производные по всем аргументам

и приравниваем их к нулю.

Получаем систему (n + k) уравнений с (n + k) неизвестными:

Если (x10,…,xn0; λ10,…,λk0) — решение этой системы, то оно определяет стационарную точку (x10,…,xn0) функции f(x1,x2,…,xn) при условиях связи (1), в которой функция может иметь условный экстремум.

3. Чтобы установить наличие или отсутствие условного экстремума в каждой стационарной точке M0 , нужно исследовать знак 2–го дифференциала функции Лагранжа

при значениях дифференциалов dx1, … ,dxn , не равных одновременно нулю и удовлетворяющих продифференцированным уравнениям связи

Дополнительно:

Теорема - Дифференцирование сложных функций многих переменных. 

Пусть u  = f (х, у) задана в области D и пусть х = х(t ) и у = у(t ) определены в области , причём, когда , то х и у принадлежат области D . Пусть функция u дифференцируема в  точке M0(x0, y0, z0),  а функции х(t ) и у(t ) дифференцируемы в соответствующей точке t0, то  сложная функция u = f[x(t), y(t)]=F (t) дифференцируема в точке t0 и имеет место равенство:

.

Пример: Найти условный экстремум функции z = 2x + 3y, при условии 

Решение: Составим функцию Лагранжа

Имеем

Система имеет два решения

Далее

При  поэтому функция z = 2x + 3y в точке  имеет условный минимум, а при  следовательно функция

 z = 2x + 3y имеет в точке  условный максимум.

Геометрический смысл условного экстремума функции:

Условными экстремумами функции z = f(x,y) при F(x,y) = 0 являются ее экстремумы на линии, образующейся в сечении поверхности z = f(x,y) цилиндрической поверхностью F(x,y) = 0 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20370. КЛАССИФИКАЦИЯ, КАСКАДЫ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА и параметры РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ 228 KB
  Для характеристики типа радиопередатчика следует указать к какому виду он относится в каждом из пяти названных разрядов.1 Наименование диапазона Длина волны Частота Назначение системы и радиопередатчика Мириаметровые сверхдлинные волны 100. В зависимости от полосы пропускания различают узко и широкополосные генераторы; умножитель частоты служащий для умножения частоты колебаний; преобразователь частоты предназначенный для смещения частоты колебаний на требуемую величину; делитель частоты служащий для деления частоты колебаний; частотный...
20371. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЧ ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 372.5 KB
  ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВЧ ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 4. Обобщенная схема генератора с внешним возбуждением и ее анализ 4. Динамические характеристики ВЧ генератора и максимально отдаваемая им мощность 4. Нагрузочные амплитудные и частотные характеристики ВЧ генератора 4.
20372. Ламповые высокочастотные генераторы с внешним возбуждением 433.5 KB
  4 а для анодного тока при при ; при 5. Для анодного тока рис.7 где крутизна линии граничного режима проводимая через точки резкого спада анодного тока см.4а для сеточного тока при запишем: при ; при 5.
20373. Юридичні терміни. Тлумачний словник 1.71 MB
  Рекомендовано Міністерством освіти і науки України лист№ 14 18. У роботі над словником взяли участь викладачі Академії адвокатури України та юридичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Законодавство України на відміну від законодавства деяких країн напр. АГРАРНЕ ПРАВО одна з важливих галузей права України що є правонаступником колгоспного та сільськогосподарського права.
20374. Наследственное право 3.28 MB
  III V В книге на базе новейшего законодательства часть третья ГК РФ рассматриваются все основные вопросы наследственного права: общие положения о наследовании наследование по закону и по завещанию приобретение наследства и отказ от него оформление наследственных прав охрана наследственного имущества и управление им ответственность наследников по долгам наследодателя раздел наследства наследование бизнеса наследование авторского права и смежных прав наследственные права иностранцев в России и российских граждан за границей и другие....
20375. Конституционное право 1.72 MB
  В приложении приведена Конституция Российской Федерации. Конституционное право избирать и быть избранным право на участие в референдуме право но надлежащую процедуру и гарантии реализации и защиты политической правосубъектности граждан заняли центральное место в системе конституционного права Российской Федерации. Веденеев доктор юридических наук академик РАЕН ГЛАВА I ТЕОРИЯ КОНСТИТУЦИОННОГО ПРАВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 1. Понятие и предмет конституционного права Российской Федерации Термин конституционное право употребляется в...
20377. ГОСУДАРСТВЕННАЯ РЕГИСТРАЦИЯ ИПОТЕКИ 2.61 MB
  Государственная регистрация прав на недвижимое имущество и сделок с ним по замыслу разработчиков Гражданского кодекса Российской Федерации была призвана обеспечить публичность гражданского оборота недвижимых вещей иными словами стремиться с помощью правовых и организационных мер оздоровить и упорядочить рынок недвижимого имущества который стал бурно развиваться в России сконцентрировав все его функции по инвентаризации учету регистрации использованию и налогообложению в системе единого государственного органа. Система регистрации...
20378. Комментарий к Гражданскому кодексу Российской Федерации. Часть третья 3.97 MB
  1 комментируемой статьи являются правилами имеющими отношение ко второму из названных элементов свободы наследования а именно к праву наследников на получение наследства. Конституционно гарантированное право наследников на получение наследства определяет исходную позицию ГК который устанавливает специальное правило обеспечивающее законодательную реализацию указания содержащегося в Постановлении Конституционного Суда РФ N 1П: Право наследования предусмотренное статьей 35 часть 4 Конституции Российской Федерации: обеспечивает...