在2021年考研数学中,多元函数求极值是考察的重点之一。以下是对这一知识点的详细解析:
多元函数求极值,首先要确定函数的定义域,然后求出函数的一阶偏导数。对于每个变量,分别令一阶偏导数等于零,解出可能的极值点。接着,求出二阶偏导数,构造Hessian矩阵(即二阶偏导数矩阵)。通过Hessian矩阵的行列式和主对角线元素的符号,可以判断极值点的性质:
1. 若Hessian矩阵的行列式大于零,且主对角线元素均为正,则该点为局部极小值点。
2. 若Hessian矩阵的行列式大于零,且主对角线元素均为负,则该点为局部极大值点。
3. 若Hessian矩阵的行列式小于零,则该点为鞍点。
4. 若Hessian矩阵的行列式等于零,则需要进一步分析。
在实际解题过程中,还需注意以下步骤:
- 确定驻点:令一阶偏导数等于零,解出驻点。
- 求二阶偏导数:计算每个驻点的二阶偏导数。
- 判断极值性质:根据Hessian矩阵的行列式和主对角线元素的符号,判断驻点的极值性质。
例如,对于函数f(x, y) = x^2 - 4xy + 2y^2,求其在定义域内的极值。
首先,求一阶偏导数:
f_x = 2x - 4y
f_y = -4x + 4y
令f_x = 0和f_y = 0,解得驻点为(0, 0)。
然后,求二阶偏导数:
f_xx = 2
f_xy = -4
f_yy = 4
构造Hessian矩阵:
H = | 2 -4 |
| -4 4 |
计算Hessian矩阵的行列式:
det(H) = 2*4 - (-4)*(-4) = 8 - 16 = -8
由于det(H) < 0,所以驻点(0, 0)为鞍点。
最后,结合题目要求,可以总结出多元函数求极值的方法和步骤,为2021年考研数学的备考提供有力支持。
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