知识点

多元函数在区域上的最值

定义

在有界闭区域 DD 上连续的多元函数一定取得最大值和最小值,见多元函数的连续性中的有界闭区域性质。求连续函数 f(x,y)f(x,y) 在有界闭区域 DD 上的最值,一般按以下步骤进行:

  1. 收集区域内部的候选点

    求出 DD 内部的所有驻点,以及偏导数不存在但函数有定义的点,计算这些点处的函数值。

  2. 求边界上的最值

    把边界曲线代入 ff,化为一元函数的最值问题;边界也可以按条件极值处理。

  3. 比较所有候选值

    内部候选值与边界最值中,最大的就是 DD 上的最大值,最小的就是最小值。

例子

有界闭区域上的最值:f(x,y)=x2+y2f(x,y)=x^2+y^2 在 x2+y2≤1x^2+y^2\le 1 上

区域内部只有驻点 (0,0)(0,0),f(0,0)=0f(0,0)=0。边界是单位圆,在边界上 f=1f=1。比较所有候选值,最大值为 11(边界上每一点都取到),最小值为 00(在原点取到)。

若把区域换成开圆盘 x2+y2<1x^2+y^2<1,最小值仍是 00,但最大值不存在:函数值可以任意接近 11,却取不到 11。这说明最值定理要求区域有界且闭。

探索

最值可能出现在区域边界吗?

观察平方和函数在闭圆盘上的取值。

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