Нахождение наибольших и наименьших значений.

Пусть функция u = f (x₁ , x₂ ,…, x_n) определена и непрерывна в некотором ограниченном и замкнутом множестве D и имеет на этом множестве конечные частные производные (за исключением, быть может, отдельных точек). Тогда эта функция достигает на D своего наибольшего и наименьшего значения (см. свойства непрерывных функций). Если это значение достигается во внутренней точке множества, то, очевидно, эта точка должна быть стационарной; кроме того, наибольшее и наименьшее значение может достигаться на границе множества D. Поэтому для определения наибольшего и наименьшего значений функции на множестве D требуется:

1) найти стационарные точки функции, принадлежащие D, и вычислить значения функции в этих точках;

2) найти наибольшее и наименьшее значение, принимаемое функцией на границе множества D;

3) выбрать наименьшее и наибольшее из полученных чисел, которые и будут являться наименьшим и наибольшим значениями функции на всем множестве D.

Примеры.

1. Найдем наибольшее значение функции z = sin x + sin y – sin (x + y) в треугольнике со сторонами х = 0, у = 0, х + у = 2π. Стационарные точки определяются из решения системы , откуда . Единственной внутренней точкой данного треугольника, являющейся решением полученной системы, будет , в которой . Это значение оказывается наибольшим и на всем рассматриваемом множестве, так как на его границе z = 0.

2. Найдем наибольшее и наименьшее значения функции z = x² + y² - 12x + 16y в области x² + y² ≤ 25. , откуда х =6, у = -8 – точка, не лежащая в заданном круге. Следовательно, наибольшее и наименьшее значения данная функция принимает на границе области, то есть на окружности x² + y² = 25. Составим функцию Лагранжа L (x, y ) = x² + y² - 12x + 16y + λ (x² + y² - 25). Ее стационарные точки найдем из системы . Получим , откуда λ₁ =1, λ₂ = -3. Следовательно, стационарными точками являются (3, -4) и (-3, 4). В первой из них z = -75, во второй z = 125. Эти числа являются наименьшим и наибольшим значениями z в заданной области.

Лекция 6.