二元函数的极值与最值问题

写在最前

对于形如\(z=f(x,y)\)的函数,求解极值的通法一般有两种:

  • 偏导数法
  • 二元全微分法

由于偏导数法操作简单,下面仅介绍这种方法

二元函数极值点

\(Ops:\)只想知道最值的可以跳过这一节。
二元函数的极值与最值问题
我们以驻点为圆心在\(xy\)平面上做一个圆(就如同在一元函数\(y=f(x)\)驻点附近找一段区间),若当半径足够小时,\(f(x_0,y_0)\)是该圆形区域的最大值或最小值, 那么该驻点就是极大值点或极小值点。与一元函数类似,驻点不一点是极值点。
那么我们如何判断极点呢?
一个比较常规的想法是,让\(f_x\)\(x=x_0\)的两边异号,让\(f_y\)\(y=y_0\)的两边异号,借此来判断函数的极值点。但有一个很明显的错误:
二元函数的极值与最值问题
类比地理中的鞍部,这个点被称作鞍点

那么,该怎么做呢,数学家想到了一种方法——二阶偏导法

\[A=f_{xx}(x_0,y_0),B=f_{xy}(x_0,y_0),C=f_{yy}(x_0,y_0) \]

则有

\[A\times C-B^2>0 \text{$\large 且$} A>0==>\text{$\large 极小值$} \]

\[A\times C-B^2>0 \text{$\large 且$} A<0==>\text{$\large 极大值$} \]

\[A\times C-B^2<0==>\text{$\large 鞍点$} \]

\[A\times C-B^2==0 ==>\text{$\large 无法确定$} \]

二元函数最值

最值问题和极值问题相比,最大的区别就是最值问题可以通过比较各点的值来计算。我们可以通过求出所有极值点甚至非极值点的值来得出最终的答案。既然如此,我们可以求出所有可能的点(各偏导等于零的点)并计算得到最终答案。

二元函数的极值与最值问题

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