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B下第十二次课_08-09_

* 三、条件极值 前面研究的极值问题, 除了自变量须在定义域内取值外, 常将前者称为无条件极值, 后者称为条件极值. 件. 在约束条件 φ(x, y) = 0下, 讨论函数 z = ?(x, y)的极值. 条件极值的典型形式是: 其解法有两种: §8.6 多元函数的极值(续) 无其它限制条件; 但在实际中遇到的大多数极值问题, 除了 还对自变量有一定的约束条 自变量须在定义域内取值外, 代入法和拉格朗日乘数法. 设 z = ?(x, y)在D上具有连续偏导数, 若能从约束条件φ(x, y) = 0中解出y =ψ(x), 1、代入法: 定了一个可微函数 y =ψ(x), 也具有连续偏导数, 且 则方程 φ(x, y) = 0 确 入 z =?(x, y)中得 z =?(x,ψ(x)); 从而原问题变成了讨论一 将条件极值转化为无条件极值. 元函数 z =?(x,ψ(x))的无条件极值问题. 则可将其代 又若φ(x, y)在D上 其导数为 例4 显然 z 是 x 的一元函数, 得驻点 x =1, 对应的 y =1; 故点 (x, y) = (1, 1) 为原函数满足约束条件下的极大值点, φ(x, y) = x+y-2 = 0 此一元函数只有一个极大值, 极大值为z =?(1,1) = 的极大值. 的自变量适合条件 于是令 求函数 2、拉格朗日乘数法 z = ?(x, ψ(x))的极值存在的必要条件,有 而极值点(x, y)还必须满足φ(x, y) = 0, 如果从φ(x, y) = 0中解出y =ψ(x)较困难, 但据一元函数 上述确定条件极值问题的可能极值点的方法称为 拉格朗日乘数法. 注5 方程组(I)实际是函数F(x, y) =?(x, y)+λφ(x, y)对x, y的一阶偏导数等于零和约束条件φ(x, y) = 0构成的方程 故用拉格朗日乘数法求条件极值,可按下述步骤进行: (1) 构造拉格朗日函数: F(x, y) =?(x, y)+λφ(x, y); (2) 求解方程组(I), 得可能极值点(x, y); (3) 判断(x, y)是否为极值点. 从而方程组 组. 例5 求周长为a而面积最大的长方形. 解 设长方形的长、宽分别为 x、y, 最大值. 因问题本身有最大值且驻点唯一, S=xy. 即周长为a而面积最大的长方形是边长等于 是最大值点, 的正方形. 令F(x,y)=xy+λ(2x+2y-a), 问题变为在约束条件 2x+2y=a 下求函数S=xy的 故 则由方程组 则其面积为 解 设所求点为(x, y), 到直线2x+3y-6 = 0的距离为d, 从而有方程组 则 因问题本身有最小值, 例7 某商品的生产函数为 即为所求的点. L为劳动投入, K为资本投入; 其中Q为产品产量, 力投入价格为3, 产品销售价格为p = 2, (1) 该产品利润最大时的投入和产出水平以及最大利润; (2) 若投入总额限定在60个单位范围内, 利润的投入及最大利润. 又知资本投入价格为4, 劳动 求: 求此时取得最大 G(K, L) = R(K, L) ? C(K, L) = (1) 问题属于无条件极值: 所以最大利润为 于是利润函数为 (2) 问题属于条件极值, 资本投入 K = 8, 产品产量 Q = 48; 此时劳动力投入 L =16, 解 由题意知:成本函数为 C(K, L) = 4K+3L, 收益函数为 R(K, L) = Qp = 2Q, C(K, L)=4K+3L=60, 其约束条件为 则由方程组 注6 类似地, 可建立求三元函数u=?(x, y, z)在约束条件 (约束条件的个数应少于自变量 g(x, y, z) = 0, h(x, y, z) = 0, 下极值的拉格朗日乘数法 可令拉格朗日函数 F(x, y) = G(K, L)+λ(4K+3L? 60) 的个数) . 解 设长方体的长、宽、高分别为x、y、z, 容积为V, 则V=xyz(x0, y0, z0), 且约束条件为3xy+2(yz+xz)=36; 因xyz与lnx+lny+lnz在同一点取得最大(小)值, F(x,y,z)=lnx+lny+lnz+λ( 3xy+2yz+2xz-36), 于是由方程组 故可令 现想用36元造一容积为最大的容器, 侧面造价为 求它的尺寸. 例8 欲造一无盖的长方体容器, 已知底部造价为 因问题本身有最大值, 所以(2, 2, 3)为最大值点, 方体的长、宽、高分别为2、2、3时, 长方体的容积最大. 例9 求 w = lnx+lny+3lnz 在球面 恒有 并利用此结论证明当a 0,b 0, 上的 从而长 c 0时, 极大值 (

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