海塞矩阵在多元函数条件极值中的应用(2)
发布时间:2021-06-07
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例1求以石,Y,z)=戈2—2xy+2y2+Z2一yz+菇+3y—z的极值。
解直接计算得到它的稳定点为(一百17,了7,丁2)。
经计算知道函数在稳定点(一百17,了7,丁2)处的海塞矩阵为立立立.....‘.-------J-L........IL
缸2
立盥立
立立立砚抵03,2maz觑砂巩出r2—24=f一2
1_0..1
这是一个正定矩阵,根据定理2,稳定点(一百17,了7,了2)是函数的极小值点,相应的极小值为八一百17,了7,2、55
了,2一西。
2约束条件为等式的条件极值
求多元函数的条件极值时,通过构造拉格朗日函数可求得稳定点,但如何判断稳定点是否为极值点,在参考文献[1]中没有给出具体的方法,往往是根据问题的实际情况直接推断稳定点即为极值点。本文通过目标函数和约束条件构成的复合函数求得海塞矩阵,根据海塞矩阵的正负定性应用定理2来判断稳定点是否为极值点。这种方法适用于三元及三元以上函数的条件极值。
例2求u=戈+Y+z+t在条件xyzt=a4(髫,y,z,t,a>0)下的极值。
解构造拉格朗13函数
八菇,Y,z,t)=石+Y+z+t+A(xyzt—a4)
经计算知道它的稳定点为(o,口,o,a),且A=一去。
为了判断稳定点是否为极值点,把条件xyzt=04看作隐函数t=t(x,),,z),且把目标函数“=z+Y+z+t(菇,),,z)=F(茗,y,z)看作M=并+Y+z+t与t=t(x,y,z)的复合函数。
将xyzt(x,Y,孑)=口4两边同时对舅求导,得
yzt+xyziOt:0,即罢=一上。
同理可求得譬:一一t,譬:一一t。ayY吁o
一
驭瓦_1+夏-1一i,万27一i。磊2一x2,丽2一i。万2石’一0xoz2一i。瓦2西。11“aF0tt荸Ft1at2t孑F10tt02F10tt
同理可求得其余的二阶偏导数。从而在稳定点(a,口,口,口)处,海塞矩阵为
矿Fa2Fa2F11
口砒2觑砂0xoz
矿F矿Fa2F
铆融时
a2F矿F动az矿F
020x蜘,,022
这是一个正定矩阵,所以稳定点(a,a,a,a)是函数的极小值点,相应的极小值为配(a,口,a,a)=4a。=匡
‘,口2口1o1口2口例3Ⅲ求曲线y2一髫3=o(菇>o,Y>o)与直线髫一Y一署=o之间距离最短的两点位置。在参考文献[2]中,作者直接对拉格朗13函数应用定理2来判断稳定点是否是极值点,我们发现这样做是错误的,应该对目标函数和约束条件构成的复合函数应用定理2来判断稳定点是否为极值点。下面是我们提供的正确解法:解设曲线y2一髫3=o上的点为(算,Y),直线戈一Y一署=0上的点为(u,秽),则两点问的距离为d=
√(菇一u)2+(Y一秽)2,即求d2=(菇一配)2+(Y~秽)2(d>o)的最/J、值。
构造拉格朗13函数
八z,Y,M,秽)=(戈一u)2+(Y一秽)2+A(Y2一石3)+丁(茗一Y一署).80
万方数据
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