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二次型的正定性在多元函數(shù)極值計(jì)算中的應(yīng)用

  在實(shí)際問題中經(jīng)常要遇到三元以上函數(shù)的極值問題,對(duì)此除了微積分中的方法之外,本文中將介紹如何用二次型的正定性計(jì)算多元函數(shù)極值。

  一、 基本概念

  定義1  設(shè)n元函數(shù)的某個(gè)鄰域內(nèi)有一階、二階連續(xù)偏導(dǎo)數(shù),記,稱為函數(shù)f(x)在點(diǎn)處的梯度。

  定義2  滿足的點(diǎn)稱為函數(shù)的駐點(diǎn)。

    定義3

  

 

  稱為函數(shù)在點(diǎn)處的海塞矩陣。顯然是由個(gè)二階偏導(dǎo)數(shù)構(gòu)成的階實(shí)對(duì)稱矩陣。

  二、 相關(guān)定理

  定理1 (極值存在的必要條件)

  設(shè)函數(shù)處存在一階偏導(dǎo)數(shù),且為該函數(shù)的極值點(diǎn),則。

  定理2(極值存在的充分條件)

  設(shè)函數(shù)的某個(gè)鄰域內(nèi)有一階、二階連續(xù)偏導(dǎo)數(shù),且,則

  (1)當(dāng)為正定矩陣時(shí),的極小值;

  (2)當(dāng)為負(fù)定矩陣時(shí),的極大值;

  (3)當(dāng)為不定矩陣時(shí),不是的極值。

  三、 例題講解

  例 求三元函數(shù)的極值。

  解:先求駐點(diǎn),由 得

 

  所以 駐點(diǎn)

  再求海塞矩陣

  因?yàn)?a target="_blank" href="http://11d92t.cn/d/file/jxtd/xxjl/2016-12-30/ff656dd9cd07610f51221233ee1580eb.jpg">

 

  所以,可知是正定的,

  所以在點(diǎn)取得極小值:

  備注:利用二次型的正定性來判斷多元函數(shù)的極值雖然是一個(gè)很好的方法,但有一定的局限性,因?yàn)槌浞謼l件對(duì)正定和負(fù)定的要求是很嚴(yán)格的,若條件不滿足,那結(jié)論就不一定成立。

  基礎(chǔ)部: 韓云娜

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