無條件極值與條件極值


本類題幾乎年年必考,今年很大可能考條件極值。本次總結思路為主,計算量過大,故略。

一、無條件極值

該問題相對簡單只需注意以下兩類問題

1、概念判斷

如何方便記憶?

例題(1)

由題意易得f(0,0)=0

(1)

(2)

方法與(1)一致,湊出可微定義式即可。同樣成立

(3)、(4)

運用放縮思想即可,如果不會也可以運用脫帽法

故由定義可知,在(0,0)處一定取得極小值

例題(2)

同理對分母進行放縮即可,再有保號性和定義即可判斷

2、常規計算

例題(1)

這個稱之為常規計算,類比2020無條件極值只是單純考驗計算

只需要注意:多元函數在有界閉區域(閉區域指包含邊界的區域)也一定具有最值;且在區域內部的最值一定為極值。

對於本題第一問常規計算即可。

對於第二問,我們會進行判斷,因為區域內部最值一定為極值,而由(1)(這里略去計算,很簡單)內部沒有極大值,故得出最大值一定在邊界取。再取邊界上任意值(如(0,-2)和(1)中極小值比較)即可。綜上,可以得出最值一定在邊界取得。

例題(2)

毫無技巧可言,就是隱函數求偏導+計算

例題(3)

這個稱之為轉化思想計算,即在一定程度上將二元化為一元,精簡計算量,只做學習。

按步驟求解會得到兩組解①(x,y)=(0,0) ②x2+y2=1

再對①進行判斷時,從定義入手,會立刻判斷出為極小值

而對②進行判斷時,如果再去求二次偏導就太麻煩,不妨令x2+y2=t轉化為一次函數求導來判斷

二、條件極值

該類問題是今年的重點,難點就在於①找出限制條件②構造λ的目標函數③計算

①對於限制條件:

一般就是題目給出或者實際問題條件轉化

②對於目標函數構造:

學會靈活變通,這樣會精簡計算

③計算:

對於求解拉格朗日乘數法,要學會作差和作商,及一定線性代數、極坐標的運算方法

1、常規計算

介紹簡單的計算,只考察對區域內部和邊界進行判斷,然后就是計算

例題(1)

算出f(x,y)表達式后,本道真題仍是純計算,不過就是需要分類討論一下,先由無條件極值計算區域D內部極值,再由條件極值,構造,算出D邊界的極值,當然對於本問,令x=cost、y=2sint進行計算會更加快速。

例題(2)

仍是無條件極值計算區域D內部極值;對於D邊界,本題較為特殊,單獨考慮x軸、y軸和x+y=6,這里x軸、y軸判斷較為簡單,對於x+y=6,比較特殊,可以將該條件代入f(x,y)化為一次函數,求導判斷極值。

當然上述兩題,方法單一,目標明確,就是單純計算量極大。

2、應用

比較考察計算和函數的構造,以及對幾何知識的了解(比如:點到面的距離、開口水箱表面積、切線法線、橢球內接長方體等等)

例題(1)

本題還是雙條件極值,但不難,難在對函數的構造

大體圖像如上,,點到平面距離可想而知就是|z|,但是如果求偏導豈不是不存在,此時我們就需要構造F=z2+λ(...)+u(...)的函數,最后對得出的結果開方即可。

例題(2)

本道題就是對給出條件進行分析了,假設分為三段為x、y、z,那么限制條件就是x+y+z=2,而面積需要先由x、y、z從周長得出邊長在計算,最難的仍是后面大量的計算。【本題運用柯西不等式可以秒解,但考試貌似是不能運用,故此不寫了】

3、特殊計算

我做了李永樂的歷年真題集的多元函數極值問題章節,感覺此類問題涉及的壓根沒有,而是別的輔導書上有過出現。可能是考研就是單純想考對這一塊的應用,而非計算上的花里胡哨。當然看看也無妨。

例題(1)

本題原題干有限制必須運用條件極值(我沒截圖),但是運用條件極值,首先限制條件不好想,其次計算量也不小,感興趣可以計算一下,這里是令(x+y+z)/6=a為限制條件,構造F=xy2z3-λ[(x+y+z)/6-a]

本題如果沒限制,還可以運用基本不等式:

例題(2)

本題重點在於對f(x,y)有唯一駐點的理解,先看答案:

將本話轉為方程唯一解,即行列式不為0,考察一定的線代知識。

例題(3)

本題解法在於如何使用最值均滿足該方程這個條件,分為兩個方法:

法一:直接構造求解,擠牙膏算就行(結合了一些線性代數的知識)

法二:構造二次型,避開繁雜的計算(只做學習即可,但同濟教材有該類型題目)

以下是老師單獨講的一道10年數三真題:運用三種方法求解,包含二次型的講解:


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