函數(shù)極值(從一元到多元)

當(dāng)然這個(gè)題目寫(xiě)的十分不負(fù)責(zé)任,我不可能在有限的篇幅內(nèi)寫(xiě)完所有的方法,所以本篇添加一個(gè)目錄,目錄中提到的內(nèi)容便是我會(huì)講的
一、一元函數(shù)極值
1、不等式法
2、數(shù)形結(jié)合法
3、求導(dǎo)法
二、二(三)元函數(shù)極值
1、不等式法
2、數(shù)形結(jié)合法
3、一些特殊處理方法
4、完全對(duì)稱三元函數(shù)極值的一個(gè)判定定理
三、多元函數(shù)極值
1、總述函數(shù)極值
2、一個(gè)常用的方法
3、條件極值(拉格朗日乘子法)
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一、一元函數(shù)極值
雖然將這一部分放在第一位,但絕不是因?yàn)樗?jiǎn)單,著名的數(shù)學(xué)家曾經(jīng)說(shuō)過(guò),自然萬(wàn)物的本質(zhì)都源于單元函數(shù)
1、不等式法
在這一部分的不等式其實(shí)很少,無(wú)非有三類,其一是對(duì)鉤函數(shù)的均值不等式,其二是函數(shù)部分的函數(shù)不等式(與求導(dǎo)法息息相關(guān)),其三是一些特殊不等式(比如Jordan不等式,或是一些超越函數(shù)不等式)
這一部分的話,就一元來(lái)說(shuō),方法還是較為清晰的,對(duì)于校內(nèi)已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的均值(基本)不等式已經(jīng)足夠
2、數(shù)形結(jié)合法
一元函數(shù)的數(shù)形結(jié)合自然是將圖像畫(huà)出來(lái),找它的符合要求的最高點(diǎn)或最低點(diǎn),或特殊情況下的點(diǎn)(特指條件約束)
舉個(gè)例子,比如

這里注意定義域和值域,畫(huà)出圖像就可以一目了然

3、求導(dǎo)法
這個(gè)方法其實(shí)大家都習(xí)以為常,由一個(gè)充分條件
必要性的反例很簡(jiǎn)單,比如y=x^3在0處導(dǎo)數(shù)為0,當(dāng)然充分條件也有成立的大前提,在這里不多贅述
二、二(三)元函數(shù)極值
1、不等式法
這里的不等式就比較多了,比如柯西不等式,均值不等式,赫爾德不等式等等(顯然代數(shù)并不是我的強(qiáng)項(xiàng))
2、數(shù)形結(jié)合法
這里主要介紹兩種,一個(gè)是線性規(guī)劃,一個(gè)是真正的數(shù)形結(jié)合(二元)
先說(shuō)線性規(guī)劃,多用于兩元,本質(zhì)上是在變量相互約束的時(shí)候,求函數(shù)極值,只需要將約束的部分畫(huà)出,在通過(guò)條件的適當(dāng)轉(zhuǎn)化即可
舉一小例,比如


這里現(xiàn)將條件變形可見(jiàn)是直線圍成的平行四邊形區(qū)域,再將大條件約束,根據(jù)要求求得答案即可!
另一個(gè)是在空間中畫(huà)出相應(yīng)的平面、曲面圖像,找到最小值即可
以上面的題為例劃出四個(gè)平面即可

3、一些特殊處理方法
這里的特殊處理方法針對(duì)三元對(duì)稱式,因?yàn)閷?duì)稱式有一個(gè)基本定理,即

這也是大家熟知的pqr法,這里有兩個(gè)重要的式子,其一是舒爾不等式,其二是終極不等式(證明略去)
4、完全對(duì)稱三元函數(shù)極值的一個(gè)判定定理
上回我們提到過(guò)所有完全對(duì)稱三元函數(shù)都可以通過(guò)三個(gè)基本量來(lái)表示,即:

然而,關(guān)于這種類型的函數(shù)還有一個(gè)特殊方法,來(lái)判定取等條件,先給出這個(gè)定理的完整表達(dá)(證明略去)

三、多元函數(shù)極值
啊,終于到了這比較有趣的部分,下面的內(nèi)容可選擇性無(wú)視
1、總述函數(shù)極值
一般情況下,一個(gè)函數(shù)的極大值與極小值是指在某一點(diǎn)的鄰域內(nèi),其任意異于這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的函數(shù)值都小或大于這一點(diǎn)的函數(shù)值,對(duì)于這種定義,我們通常可以用求偏導(dǎo)的方式求出二元函數(shù)的極值
比如一個(gè)二元函數(shù)f,其在x,y取得極值,則有f對(duì)x求偏導(dǎo)和對(duì)y求偏導(dǎo)的值為0,表述為

但這對(duì)更多原函數(shù)幾乎是失效的,詳情見(jiàn)本條下第3分點(diǎn)
2、一個(gè)常用的方法
這里的常用方法就是指累次極值法,當(dāng)變量之間的約束不強(qiáng)時(shí)(或?yàn)樽杂勺兞繒r(shí))可選取主元,通過(guò)一元函數(shù)的極值求法求得答案
舉一小例,如在求三位數(shù)與其數(shù)字和最小值時(shí),通過(guò)注意到若約束條件,可通過(guò)累次極值法求得

當(dāng)然這里的方法還有很多,比如調(diào)整法,但需要注意的是,調(diào)整中不應(yīng)該涉及無(wú)限調(diào)整(因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)矛盾的地方)
3、條件極值(拉格朗日乘子法)
最后的最后,我們迎來(lái)了這個(gè)方法,又名拉格朗日乘數(shù)法,給出方法(證明略去):

因?yàn)榉匠虃€(gè)數(shù)等于未知數(shù)個(gè)數(shù),我們一般不需要將參數(shù)λ或μ解出,用其他方程消掉即可
特別注意的是,這個(gè)方法只能解出可能極值點(diǎn),不清楚是否為極大值或極小值;這個(gè)方法對(duì)約束條件特別復(fù)雜,或函數(shù)次數(shù)高、有分?jǐn)?shù)、次數(shù)不整都具有難處理的特點(diǎn),希望可以按需斟酌
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終于結(jié)束了!不知各位是否對(duì)這一片的內(nèi)容滿意呢?