Экстремумы функции двух переменных

Сведения из теории

Напомним, что экстремумы бывают двух типов - максимумы и минимумы. Экстремумы характеризуют функцию локально, только в окрестности некоторой точки. Это вытекает из самого определения экстремума.

Определение. Говорят, что функция двух переменных имеет максимум (минимум) в точке , если существует окрестность этой точки, для всех точек которой выполняется неравенство (соответственно для минимума ).

Доказано, что функция может принимать максимум или минимум только в тех точках, в которых и или эти частные производные не существуют. Известно также, что условие еще не гарантирует наличие экстремума в точке . Для этого еще должны выполняться так называемые достаточные условия экстремума. Они формулируются в виде теоремы.

Теорема (достаточные условия экстремума)

Пусть в точке частные производные или эти частные производные не существуют. Вычислим для этой точки три числа: . По ним вычислим выражение . Тогда:

1) если , то экстремум есть, при этом, если число , то минимум, а если , то максимум;

2) если , то экстремума нет;

3) если , для исследования функции на экстремум нужны дополнительные исследования с использованием частных производных более высокого порядка.

Пример 30. Исследовать на экстремумы функцию .

Решение.

Прежде всего, найдем точки, в которыхчастные производные и равны нулю: . Система имеет два решения и .

Далее найдем формулы частных производных 2-го порядка.

.

Сначала исследуем достаточные условия для точки .

.

Вычислим , следовательно, в точке экстремума нет.

Теперь исследуем достаточные условия для точки .

.

Вычислим , следовательно, в точке экстремум есть. Так как , то минимум. Вычислим его

.

Ответ. .