Екстремуми функцій багатьох змінних. Умовний екстремум.
Нехай функція z=f(x;y) визначена в деякій області точки (х0,у0). Кажуть, що функція z=f(x;y) має в точці (х0,у0) строгий максимум (мінімум), якщо f(x;y)<f(x0;y0) (f(x;y)>f(x0;y0)) для всіх точок (х;у), достатньо близьких до х0, у0. Точка (х0,у0) – точка максимуму (мінімуму).
Максимум і мінімум функції називають екстремумами функціями.
Теорема 1 (необхідні умови екстремуму).
Якщо диференційована функція z=f(x;y) має екстремум в точці Р0 (х0,у0), то її частинні похідні першого порядку в цій точці дорівнюють нулю, тобто , .
Теорема 2 (достатні умови існування екстремуму).
Нехай функція z=f(x;y) неперервна в D(f) разом зі своїми частинними похідними першого і другого порядків і точка Р0(х0,у0) є критичною.
Знайдемо в точці Р0 похідні другого порядку і позначимо:
, , .
Якщо AC-B2>0, то функція має в точці Р0(х0,у0) екстремум: максимум якщо А<0 і мінімум якщо А>0.
Якщо АС-B2<0, то в точці Р0(х0,у0) екстремуму немає.
Якщо АС-В2=0, то висновок про екстремум зробити не можна.
Приклад.Дослідити на екстремум функцію z=xy-x2-2y2+x+10y-8.
1. Знайдемо частинні похідні:
Прирівняємо частинні похідні до нуля і складемо систему
Знайдемо із першого рівняння у=2х-1 і підставимо у друге:
х = 2, у=3
2. Знайдемо частинні похідні другого порядку:
Як бачимо, частинні похідні другого порядку дорівнюють сталим числам в будь-який точці, а значить і в точці Р0(2;3). Тому А=-2, В=1, С=-4.
АС-В2=(-2)(-4)-1=7>0.
Таким чином, в точці Р0 (2;3) функція має максимум