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什么是拉格朗日乘数法?理论知识一、多元函数的极值与最值
1、极值是一个局部概念。
2、定义:设在点的某个空心邻域,若,则称点为函数的极大值点,为函数的极大值。同理可定义极小值点与极小值。
3、驻点 :一阶导数为零的点。在这一点,函数的输出值停止增加或减少。对于一维函数的图像,驻点的切线平行于x轴。对于二维函数的图像,驻点的切平面平行于xy平面。
注意:一个函数的驻点不一定是这个函数的极值点(考虑到这一点左右一阶导数符号不改变的情况);反之,在某设定区域内,一个函数的极值点也不一定是这个函数的驻点(考虑到边界条件)。
4、二元函数极值的必要条件:设在点具有偏导数,且它在该点有极值的必要条件是,, 由此易推广到n元函数。
5、二元函数极值的充分条件:设在点有二阶连续偏导数,又,,令,,,则当0 ” data-formula-type=”inline-equation”>时是极值,且时为极大值,0″ data-formula-type=”inline-equation”>时为极小值;当时不是极值;当时可能是极值。
6、求二元连续函数在有界闭域内的最值的一般步骤:
①先后求函数在内和边界上的所有驻点;
②将所有驻点的函数值进行比较,最大者为最大值,最小者为最小值。
二、多元函数的条件极值
条件极值的一般处理方法为代入求解,过程较复杂,计算量较大这就迎来今天的内容——拉格朗日乘数法,我们先从二元入手再进行推广
设给定二元函数和附加条件
为寻找在附加条件下的极值点互联网项目,先做拉格朗日函数
其中为参数。
令对,和的一阶偏导数等于零,即
由上述方程组解出,和,如此求得的,就是函数在附加条件下的可能极值点。若这样的点只有一个,由实际问题可直接确定此即所求的点。从定义上看极小值,在二元的情况下,只要对求导两次,再结合条件,即可得到所求的极值点。
我们进一步推广:设函数,约束条件,,则可构造拉格朗日函数
同上分别对变量求导即可得到可能的极值点坐标。
应用举例
例1 已知,,求的最小值。
解析
附加条件可化为:,则
对、求导得
联立方程组得
所以
除了求二元函数的最值,该方法还可以用于求三元函数的最值。
例2 已知,,求的最小值。
解析
易得
则得到以下方程组
联立方程组得
所以
注意:本方法程序性较强极小值,考生们只需掌握关键的解题步骤,即可套用,并解决平时较难的一些最值问题。但是拉格朗日乘数法没有在高中课本里出现,建议是用在不便用不等式的竞赛题、压轴小题,特别是实在没办法做的时候,才尝试一下。
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