Екстремуми функції двох змінних (необхідні умови екстремуму)
Функція z = f (x,y) має максимум (мінімум) в точці , якщо значення в цій точці більше (менше), ніж її значення в будь – якій іншій точці
деякого околу точки
, тобто
(відповідно
) для всіх точок
, що задовольняють умову
, де
- достатньо мале число.
Максимум або мінімум функції називається її екстремумом. Точка , в якій функція має екстремум, називається точкою екстремуму.
Якщо диференційована функція z = f (x,y) досягає екстремуму в точці , то її частинні похідні першого порядку в цій точці дорівнюють нулю, тобто
;
.
Точки, в яких частинні похідні дорівнюють нулю, називаються стаціонарними точками функції. Не всі стаціонарні точки є точками екстремуму.
Нехай - стаціонарна точка функції z = f (x,y). Позначимо
;
;
.Складемо дискримінант
. Тоді:
якщо , то функція в точці
має екстремум, а саме максимум при
(або
) і мінімум при
(або
);
якщо , то в точці
екстремуму немає (достатня умова існування або відсутності екстремуму );
якщо , то необхідно дослідити питання іншими методами (сумнівний випадок).
Схема дослідження функцій z = f (x,y) на екстремум
При дослідженні функцій z = f (x,y) на екстремум (при умові, що вона двічі диференційована) користуються правилом:
1.Знаходяться частинні похідні першого порядку функції z = f (x,y) і розв’язують систему рівнянь:
Точки, в яких частинні похідні дорівнюють нулю, називаються стаціонарними точками. Нехай одна з них
2. Знаходять частинні похідні другого порядку та мішані функції z = f (x,y) і обчислюють їх значення в точці
Позначимо ;
;
.
3. Обчислюють визначник
.
Якщо виявляється , що то функція z = f (x,y) в точці
має максимум при
і мінімум при
. Якщо ж
то в точці
екстремуму немає. Нарешті, якщо
то питання про екстремум в цій точці залишається відкритим і вимагає додаткового дослідження.
Задача 2. Знайти екстремум заданої функції
а)
б)