无条件极值与条件极值
本类题几乎年年必考,今年很大可能考条件极值。本次总结思路为主,计算量过大,故略。
一、无条件极值
该问题相对简单只需注意以下两类问题
1、概念判断
如何方便记忆?
例题(1)
由题意易得f(0,0)=0
(1)
(2)
方法与(1)一致,凑出可微定义式即可。同样成立
(3)、(4)
运用放缩思想即可,如果不会也可以运用脱帽法
故由定义可知,在(0,0)处一定取得极小值
例题(2)
同理对分母进行放缩即可,再有保号性和定义即可判断
2、常规计算
例题(1)
这个称之为常规计算,类比2020无条件极值只是单纯考验计算
只需要注意:多元函数在有界闭区域(闭区域指包含边界的区域)也一定具有最值;且在区域内部的最值一定为极值。
对于本题第一问常规计算即可。
对于第二问,我们会进行判断,因为区域内部最值一定为极值,而由(1)(这里略去计算,很简单)内部没有极大值,故得出最大值一定在边界取。再取边界上任意值(如(0,-2)和(1)中极小值比较)即可。综上,可以得出最值一定在边界取得。
例题(2)
毫无技巧可言,就是隐函数求偏导+计算
例题(3)
这个称之为转化思想计算,即在一定程度上将二元化为一元,精简计算量,只做学习。
按步骤求解会得到两组解①(x,y)=(0,0) ②x2+y2=1
再对①进行判断时,从定义入手,会立刻判断出为极小值
而对②进行判断时,如果再去求二次偏导就太麻烦,不妨令x2+y2=t转化为一次函数求导来判断
二、条件极值
该类问题是今年的重点,难点就在于①找出限制条件②构造λ的目标函数③计算
①对于限制条件:
一般就是题目给出或者实际问题条件转化
②对于目标函数构造:
学会灵活变通,这样会精简计算
③计算:
对于求解拉格朗日乘数法,要学会作差和作商,及一定线性代数、极坐标的运算方法
1、常规计算
介绍简单的计算,只考察对区域内部和边界进行判断,然后就是计算
例题(1)
算出f(x,y)表达式后,本道真题仍是纯计算,不过就是需要分类讨论一下,先由无条件极值计算区域D内部极值,再由条件极值,构造,算出D边界的极值,当然对于本问,令x=cost、y=2sint进行计算会更加快速。
例题(2)
仍是无条件极值计算区域D内部极值;对于D边界,本题较为特殊,单独考虑x轴、y轴和x+y=6,这里x轴、y轴判断较为简单,对于x+y=6,比较特殊,可以将该条件代入f(x,y)化为一次函数,求导判断极值。
当然上述两题,方法单一,目标明确,就是单纯计算量极大。
2、应用
比较考察计算和函数的构造,以及对几何知识的了解(比如:点到面的距离、开口水箱表面积、切线法线、椭球内接长方体等等)
例题(1)
本题还是双条件极值,但不难,难在对函数的构造
大体图像如上,,点到平面距离可想而知就是|z|,但是如果求偏导岂不是不存在,此时我们就需要构造F=z2+λ(...)+u(...)的函数,最后对得出的结果开方即可。
例题(2)
本道题就是对给出条件进行分析了,假设分为三段为x、y、z,那么限制条件就是x+y+z=2,而面积需要先由x、y、z从周长得出边长在计算,最难的仍是后面大量的计算。【本题运用柯西不等式可以秒解,但考试貌似是不能运用,故此不写了】
3、特殊计算
我做了李永乐的历年真题集的多元函数极值问题章节,感觉此类问题涉及的压根没有,而是别的辅导书上有过出现。可能是考研就是单纯想考对这一块的应用,而非计算上的花里胡哨。当然看看也无妨。
例题(1)
本题原题干有限制必须运用条件极值(我没截图),但是运用条件极值,首先限制条件不好想,其次计算量也不小,感兴趣可以计算一下,这里是令(x+y+z)/6=a为限制条件,构造F=xy2z3-λ[(x+y+z)/6-a]
本题如果没限制,还可以运用基本不等式:
例题(2)
本题重点在于对f(x,y)有唯一驻点的理解,先看答案:
将本话转为方程唯一解,即行列式不为0,考察一定的线代知识。
例题(3)
本题解法在于如何使用最值均满足该方程这个条件,分为两个方法:
法一:直接构造求解,挤牙膏算就行(结合了一些线性代数的知识)
法二:构造二次型,避开繁杂的计算(只做学习即可,但同济教材有该类型题目)
以下是老师单独讲的一道10年数三真题:运用三种方法求解,包含二次型的讲解: