Ekstrema funkcji dwóch zmiennych

Podobne dokumenty
Rachunek różniczkowy funkcji jednej zmiennej

12. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH. z = x + y jest R 2, natomiast jej

BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

Programowanie nieliniowe optymalizacja funkcji wielu zmiennych

f x f y f, jest 4, mianowicie f = f xx f xy f yx

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

Fakt 3.(zastosowanie różniczki do obliczeń przybliżonych) Przy czym błąd, jaki popełniamy zastępując przyrost funkcji

Funkcje dwóch zmiennych

Wykłady z matematyki inżynierskiej EKSTREMA FUNKCJI. JJ, IMiF UTP

Elementy algebry i analizy matematycznej II

Matematyka II: Zadania przed 3. terminem S tu niektóre zadania z egzaminu z rozwi zaniami i troch dodatkowych

Równania różniczkowe cząstkowe

22 Pochodna funkcji definicja

Równania różniczkowe cząstkowe

Analiza Matematyczna MAEW101 MAP1067

(rachunek różniczkowy dot. funkcji ciągłych)

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 3

25. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE PIERWSZEGO RZĘDU. y +y tgx=sinx

Pochodna funkcji. Pochodna funkcji w punkcie. Różniczka funkcji i obliczenia przybliżone. Zastosowania pochodnych. Badanie funkcji.

Analiza Matematyczna II.1, kolokwium rozwiazania 9 stycznia 2015, godz. 16:15 19:15

9. BADANIE PRZEBIEGU ZMIENNOŚCI FUNKCJI

Róniczka. f x. V Vx. Zadanie 4. Znale maksymalny błd bezwzgldny i wzgldny powstały przy obliczaniu objtoci stoka, jeli promie podstawy wynosi

Wykład 4 Przebieg zmienności funkcji. Badanie dziedziny oraz wyznaczanie granic funkcji poznaliśmy na poprzednich wykładach.

lim = 0, gdzie d n oznacza najdłuższą przekątną prostokątów

Funkcje wielu zmiennych

Pochodne funkcji wraz z zastosowaniami - teoria

ROZWIĄZANIA I ODPOWIEDZI

Pochodna funkcji wykład 5

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

Wykład 10. Funkcje wielu zmiennych

EGZAMIN GIMNAZJALNY W ROKU SZKOLNYM 2011/2012

Rachunek różniczkowy funkcji dwóch zmiennych

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

10 zadań związanych z granicą i pochodną funkcji.

RZĘDU PIERWSZEGO. RÓWNANIE BERNOULLIEGO. RÓWNANIE JEDNORODNE. KRZYWE ORTOGONALNE. RÓWNANIE BERNOULLIEGO. Nieliniowe równanie różniczkowe Bernoulliego

II. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Funkcje wielu zmiennych

Wykład 7: Pochodna funkcji zastosowania do badania przebiegu zmienności funkcji

Wykład Analiza jakościowa równań różniczkowych

VIII. Zastosowanie rachunku różniczkowego do badania funkcji. 1. Twierdzenia o wartości średniej. Monotoniczność funkcji.

Definicja pochodnej cząstkowej

Wektory. P. F. Góra. rok akademicki

FINAŁ 10 marca 2007 r. KLASA PIERWSZA - POZIOM PODSTAWOWY Czas pisania 90 minut. x +

Ekstrema globalne funkcji

KURS FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

1 Pochodne wyższych rzędów

Wykład 13. Informatyka Stosowana. 14 stycznia 2019 Magdalena Alama-Bućko. Informatyka Stosowana Wykład , M.A-B 1 / 34

KURS FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Analiza matematyczna 2 zadania z odpowiedziami

RACHUNEK CAŁKOWY FUNKCJI DWÓCH ZMIENNYCH

Całkowanie przez podstawianie i dwa zadania

ANALIZA MATEMATYCZNA 2 zadania z odpowiedziami

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Pierwiastki kwadratowe z liczby zespolonej

KURS FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

RACHUNEK RÓŻNICZKOWY FUNKCJI JEDNEJ ZMIENNEJ. Wykorzystano: M A T E M A T Y K A Wykład dla studentów Część 1 Krzysztof KOŁOWROCKI

Tematy: zadania tematyczne

Macierze normalne. D : Dowolną macierz kwadratową można zapisać w postaci A = B + ic gdzie ( ) B = A + A B = A + A = ( A + A)

2. ZASTOSOWANIA POCHODNYCH. (a) f(x) = ln 3 x ln x, (b) f(x) = e2x x 2 2.

Pochodną funkcji w punkcie nazywamy granicę ilorazu różnicowego w punkcie gdy przyrost argumentu dąży do zera: lim

Rozwiązywanie układu równań metodą przeciwnych współczynników

Pochodna funkcji odwrotnej

3.2. Podstawowe własności funkcji. Funkcje cyklometryczne, hiperboliczne. Definicję funkcji f o dziedzinie X i przeciwdziedzinie Y mamy w 3A5.

Pochodne cząstkowe i ich zastosowanie. Ekstrema lokalne funkcji

Funkcje dwóch zmiennych

13. Funkcje wielu zmiennych pochodne, gradient, Jacobian, ekstrema lokalne.

Zadania optymalizacyjne

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

f(x + x) f(x) . x Pochodne ważniejszych funkcji elementarnych (c) = 0 (x α ) = αx α 1, gdzie α R \ Z (sin x) = cos x (cos x) = sin x

W. Guzicki Zadanie 30 z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Pochodne funkcji, przebieg zmienności funkcji

Badanie funkcji. Zad. 1: 2 3 Funkcja f jest określona wzorem f( x) = +

Programowanie matematyczne

1 Pochodne wyższych rzędów

AB = x a + yb y a + zb z a 1

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Równania różniczkowe

KURS WSPOMAGAJĄCY PRZYGOTOWANIA DO MATURY Z MATEMATYKI ZDAJ MATMĘ NA MAKSA. przyjmuje wartości większe od funkcji dokładnie w przedziale

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wzór Maclaurina. Jeśli we wzorze Taylora przyjmiemy x 0 = 0 oraz h = x, to otrzymujemy tzw. wzór Maclaurina: f (x) = x k + f (n) (θx) x n.

Funkcje dwóch zmiennych

Elementy Modelowania Matematycznego

Zadania do rozdziału 10.

Funkcje wielu zmiennych (c.d.)

Funkcje dwóch zmiennych, pochodne cząstkowe

Warsztat pracy matematyka

WYDAWNICTWO PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ WE WŁOCŁAWKU

Rachunek różniczkowy funkcji jednej zmiennej. 1 Obliczanie pochodnej i jej interpretacja geometryczna

Wykład 11 i 12. Informatyka Stosowana. 9 stycznia Informatyka Stosowana Wykład 11 i 12 9 stycznia / 39

Z52: Algebra liniowa Zagadnienie: Zastosowania algebry liniowej Zadanie: Operatory różniczkowania, zagadnienie brzegowe.

L.Kowalski zadania z rachunku prawdopodobieństwa-zestaw 4 ZADANIA - ZESTAW 4

5. Badanie przebiegu zmienności funkcji - monotoniczność i wypukłość

Wykład 4 Testy zgodności. dystrybuanta rozkładu populacji dystrybuanty rozkładów dwóch populacji rodzaj rozkładu wartości parametrów.

Zadania do samodzielnego rozwiązania zestaw 11

Wykład 6, pochodne funkcji. Siedlce

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

PRÓBNY EGZAMIN GIMNAZJALNY

(8) Oblicz wyznacznik dowolnie wybranej macierzy stopnia czwartego. (9) Rozwi aż podany układ równań stosuj ac wzory Cramera:

Transkrypt:

Wkład z matematki inżnierskiej Ekstrema funkcji dwóch zmiennch JJ, IMiF UTP 18 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 1 / 47

Ekstrema lokalne DEFINICJA. Załóżm, że funkcja f (, ) jest określona w pewnm otoczeniu Q punktu ( 0, 0 ). Mówim, że funkcja f (, ) osiąga w punkcie ( 0, 0 ) minimum lokalne, gd istnieje sąsiedztwo S punktu ( 0, 0 ) zawarte w zbiorze Q takie, że f (, ) > f ( 0, 0 ). (,) S JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 2 / 47

PRZYKŁAD. Funkcja f (, ) = 5 5 + 5 osiąga minimim lokale w punkcie (1, 1). 6 4 6 5 4 z 2 3 0 2 2 1 0 1 1 0.5 0 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 2 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 3 / 47

Ekstrema lokalne Mówim, że funkcja f (, ) osiąga w punkcie ( 0, 0 ) maksimum lokalne, gd istnieje sąsiedztwo S punktu ( 0, 0 ) zawarte w zbiorze Q takie, że (,) S f (, ) < f ( 0, 0 ). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 4 / 47

PRZYKŁAD. Funkcja f (, ) = 5 + 5 + 5 osiąga maksimum lokalne w punkcie ( 1, 1). 3 2 2 z 0 1 0 2 1 4 2 3 0 0.5 1 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 4 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 5 / 47

PRZYKŁAD. Funkcja f (, ) = 3 3 + 3 3 osiąga minimum lokale w punkcie (1, 1) oraz maksimum lokalne w punkcie ( 1, 1). 4 4 3 2 2 z 0 1 2 4 2 0 1 2 1 0 1 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 1.5 2 3 4 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 6 / 47

WARUNEK KONIECZNY ISTNIENIA EKSTREMUM Jeżeli funkcja f (, ) ma ekstremum lokalne w punkcie ( 0, 0 ) i jeżeli istnieją pochodne cząstkowe pierwszego rzędu w punkcie ( 0, 0 ), to f ( 0, 0 ) = 0 i f ( 0, 0 ) = 0. OZNACZENIE. D(, ) = [ f (, ) ] 2 f (, )f (, ) Wrażenie to nazwam wróżnikiem funkcji f w punkcie (, ). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 7 / 47

WARUNEK WYSTARCZAJĄCY ISTNIENIA EKSTREMUM Załóżm, że w pewnm otoczeniu punktu ( 0, 0 ) istnieją ciągłe pochodne drugiego rzędu funkcji f (, ) oraz że f ( 0, 0 ) = 0 i f ( 0, 0 ) = 0. 1 Jeżeli D( 0, 0 )> 0, to funkcja f nie ma ekstremum w punkcie ( 0, 0 ). 2 Jeżeli D( 0, 0 )< 0, to funkcja f ma ekstremum lokalne w punkcie ( 0, 0 ); gd f ( 0, 0 )< 0, to osiąga maksimum, a gd f ( 0, 0 )> 0 to osiąga minimum. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 8 / 47

WARUNEK WYSTARCZAJĄCY ISTNIENIA EKSTREMUM Uwaga. Jeśli f ( 0, 0 ) = 0, f ( 0, 0 ) = 0 i to funkcja f w punkcie ( 0, 0 ) D( 0, 0 ) = 0, może osiągać maksimum lokalne, tak jak funkcja f (, ) = 4 4 w punkcie (0, 0); może osiągać minimum lokalne, tak jak funkcja f (, ) = 4 + 4 w punkcie (0, 0); może nie osiągać ekstremum lokalnego, tak jak funkcja f (, ) = 4 4 w punkcie (0, 0). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 9 / 47

PRZYKŁAD Znaleźć ekstrema lokalne funkcji f (, ) = 5 5 + 5. Dziedzina: D f = R 2. Pochodne cząstkowe: f (, ) = 5 4 5, f (, ) = 5 + 5 4 zerują się dla 1 = 0, 1 = 0 oraz 2 = 1, 2 = 1, zatem punkt podejrzane o ekstremum to P 1 (0, 0), P 2 (1, 1). Ponadto, f = 20 3, f = 5, f = 20 3. Wróżnik: D(, ) = ( 5) 2 20 3 20 3. Badam znak wróżnika punktach podejrzanch : D(0, 0) = 25> 0, zatem funkcja f nie osiąga ekstremum w punkcie P 1 (0, 0); D(1, 1) = 25 400< 0, więc funkcja f osiąga ekstremum w punkcie P 2 (1, 1). O tm, cz jest to minimum, cz maksimum decduje znak pochodnej niemieszanej drugiego rzędu (oczwiście f (P 2 ) oraz f (P 2 ) są tego samego znaku). W tm punkcie f (1, 1) = 20 1 3 > 0, co oznacza, że funkcja osiąga minimum w P 2. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 / 47

PRZYKŁAD Znaleźć ekstrema lokalne funkcji f (, ) = 5 + 5 + 5. Dziedzina: D f = R 2. Pochodne cząstkowe: f (, ) = 5 4 + 5, f (, ) = 5 + 5 4 zerują się dla 1 = 0, 1 = 0 oraz 2 = 1, 2 = 1, zatem punkt podejrzane o ekstremum to P 1 (0, 0), P 2 ( 1, 1). Ponadto, f = 20 3, f = 5, f = 20 3. Wróżnik: D(, ) = 5 2 20 3 20 3. Badam znak wróżnika punktach podejrzanch : D(0, 0) = 25> 0, zatem funkcja f nie osiąga ekstremum w punkcie P 1 (0, 0); D( 1, 1) = 25 400< 0, więc funkcja f osiąga ekstremum w punkcie P 2 ( 1, 1). O tm, cz jest to minimum, cz maksimum decduje znak pochodnej niemieszanej drugiego rzędu (oczwiście f (P 2 ) oraz f (P 2 ) są tego samego znaku). W tm punkcie f ( 1, 1) = 20( 1) 3 < 0, co oznacza, że funkcja osiąga maksimum w P 2. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 11 / 47

Ekstrema globalne TWIERDZENIE. Funkcja ciągła w zbiorze domkniętm i ograniczonm osiąga w pewnch punktach tego zbioru swoją wartość największą i najmniejszą (ekstrema globalne). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 12 / 47

PRZYKŁAD. Funkcja f (, ) = 3 3 + 3 3 osiąga w zbiorze D : 2 2, 2 2 wartość największą 4 (w czterech punktach) oraz wartość najmniejszą 4 (też w czterech punktach). 4 4 3 2 2 z 0 1 2 0 1 4 2 2 1 0 1 2 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 1.5 2 3 4 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 13 / 47

Ab znaleźć ekstrema globalne funkcji f (, ) w zbiorze domkniętm i ograniczonm D wstarcz: 1 znaleźć punkt podejrzane o ekstremum we wnętrzu zbioru D (to znacz punkt, w którch obie pochodne cząstkowe pierwszego rzędu są równe zero lub prznajmniej jedna z nich nie istnieje); 2 obliczć wartości funkcji f w tch punktach; 3 znaleźć punkt podejrzane na brzegu zbioru D (na ogół dzieląc brzeg na dogodne fragment) oraz obliczć wartości funkcji f w tch punktach; 4 z uzskanch liczb wbrać największą i najmniejszą. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 14 / 47

PRZYKŁAD 1A. Znaleźć ekstrema lokalne funkcji f (, ) = 2 + 2. Pochodne cząstkowe f (, ) = 2, f (, ) = 2 zerują się dla = 0, = 0, zatem punktem podejrzanm o ekstremum jest (0, 0). W tm punkcie funkcja f osiąga minimum lokalne, gdż wróżnik D(0, 0) = 0 2 2< 0 oraz f (0, 0) = 2> 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 15 / 47

PRZYKŁAD 1B. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0}. Punkt (0, 0) ( podejrzan ) należ do zbioru D, więc go uwzględniam prz szukaniu ekstremów globalnch funkcji f w zbiorze D. Obliczam wartość funkcji: f (0, 0) = 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 16 / 47

PRZYKŁAD 1B, f (, ) = 2 + 2, f (0, 0) = 0. b Pozostaje zbadać zachowanie funkcji f na brzegu b zbioru D, czli okręgu 2 + 2 = 0. Podzielim brzeg na czter fragment (w tm zadaniu nie musim tego robić, gdż funkcja f jest stała na brzegu zbioru D - jej wartości są równe 0). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 17 / 47

PRZYKŁAD 1B, f (, ) = 2 + 2, f (0, 0) = 0. b 1 B 3 B 4 b 2 Dzielim brzeg na czter fragment: b 1 = {(, ) : = 0 2, < < }, b 2 = {(, ) : = 0 2, < < }, B 3 = (, 0), B 4 = (, 0). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 18 / 47

PRZYKŁAD 1B, f (, ) = 2 + 2, f (0, 0) = 0. b 1 B 3 B 4 b 2 Badam zachowanie funkcji f na tch fragmentach. f (, ) = 2 + ( 0 2 ) 2 = 0 dla (, ) b 1, f (, ) = 2 + ( 0 2 ) 2 = 0 dla (, ) b 2, f (B 3 ) = ( ) 2 + 0 2 = 0, f (B 4 ) = 2 + 0 2 = 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 19 / 47

PRZYKŁAD 1B, f (, ) = 2 + 2, f (0, 0) = 0 f (, ) = 0 dla (, ) b b Zatem wartością największą funkcji f w D jest 0, a wartością najmniejszą jest 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 20 / 47

PRZYKŁAD 1C. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w

PRZYKŁAD 1C. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w

PRZYKŁAD 1C. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w

PRZYKŁAD 1C. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 21 / 47

PRZYKŁAD 1C Punkt (0, 0) ( podejrzan ) należ do zbioru D, więc go uwzględniam; f (0, 0) = 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 22 / 47

PRZYKŁAD 1C Badam zachowanie funkcji f na brzegu zbioru D. Dzielim brzeg tlko na dwa fragment (na b 1 nasza funkcja jest stała): b 1 = {(, ) : 2 + 2 = 0, 8} b 2 = {(, ) : = 8, 6 < < 6}. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 22 / 47

PRZYKŁAD 1C, f (, ) = 2 + 2 b 1 = {(, ) : 2 + 2 = 0, 8} JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 23 / 47

PRZYKŁAD 1C, f (, ) = 2 + 2 b 1 = {(, ) : 2 + 2 = 0, 8} Funkcja f (, ) = 0 dla (, ) b 1. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 23 / 47

PRZYKŁAD 1C. f (0, 0) = 0, f b1 = 0 b 2 = {(, ) : = 8, 6 < < 6} Badam f na b 2 : f (, ) = 2 + 8 2 dla (, ) b 2. Niech f 2 () = 2 + 64. Oczwiście f 2 () = 2. Pochodna ta się zeruje dla = 0. Obliczam wartość funkcji: f 2 (0) = 64. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 24 / 47

PRZYKŁAD 1C. f (0, 0) = 0, f b1 = 0 Z liczb: 0, 0, 64 wbieram największą i najmniejszą. Wartością największą funkcji f w D jest 0, a wartością najmniejszą jest 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 24 / 47

PRZYKŁAD 1D. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w

PRZYKŁAD 1D. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w

PRZYKŁAD 1D. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w

PRZYKŁAD 1D. Znaleźć wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 zbiorze D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. w JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 25 / 47

PRZYKŁAD 1D. D = {(, ) : 2 + 2 0, 8}. W tm przkładzie punkt (0, 0) nie należ do zbioru D, więc go nie uwzględniam prz szukaniu ekstremów globalnch. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 25 / 47

PRZYKŁAD 1D. Pozostaje zbadać zachowanie funkcji f na brzegu zbioru D.

PRZYKŁAD 1D. Pozostaje zbadać zachowanie funkcji f na brzegu zbioru D. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 26 / 47

PRZYKŁAD 1D. Tm razem podzielim brzeg na czter fragment (mogliśm na dwa): b 1 = {(, ) : = 0 2, 6 < < 6}, b 2 = {(, ) : = 8, 6 < < 6}, B 3 ( 6, 8), B 4 (6, 8). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 26 / 47

PRZYKŁAD 1D, f (, ) = 2 + 2 b 1 = {(, ) : = 0 2, 6 < < 6}, Funkcja f (, ) = 0 dla (, ) b 1. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 27 / 47

PRZYKŁAD 1D, f (, ) = 2 + 2 b 2 = {(, ) : = 8, 6 < < 6}, Funkcja f (, ) = 0 dla (, ) b 1. Ponadto f (, ) = 2 + 8 2 dla (, ) b 2. Niech f 2 () = 2 + 64. Oczwiście f 2 () = 2. Pochodna ta się zeruje dla = 0 ( 6, 6). Obliczam wartość funkcji: f 2 (0) = 64. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 27 / 47

PRZYKŁAD 1D, f (, ) = 2 + 2 B 3 ( 6, 8), Funkcja f (, ) = 0 dla (, ) b 1. Ponadto f (, ) = 2 + 8 2 dla (, ) b 2. Niech f 2 () = 2 + 64. Oczwiście f 2 () = 2. Pochodna ta się zeruje dla = 0 ( 6, 6). Obliczam wartość funkcji: f 2 (0) = 64. Pozostało do wliczenia: f (B 3 ) = ( 6) 2 + 8 2 = 0 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 27 / 47

PRZYKŁAD 1D, f (, ) = 2 + 2 B 4 (6, 8). Funkcja f (, ) = 0 dla (, ) b 1. Ponadto f (, ) = 2 + 8 2 dla (, ) b 2. Niech f 2 () = 2 + 64. Oczwiście f 2 () = 2. Pochodna ta się zeruje dla = 0 ( 6, 6). Obliczam wartość funkcji: f 2 (0) = 64. Pozostało do wliczenia: f (B 3 ) = ( 6) 2 + 8 2 = 0 oraz f (B 4 ) = 0. Wartością największą funkcji f w zbiorze D jest 0, a wartością najmniejszą jest 64. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 27 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 28 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 W tm przkładzie punkt (0, 0) leż na brzegu zbioru D; albo go teraz uwzględniam prz szukaniu ekstremów globalnch (i liczm f (0, 0)), albo - tak zrobim - dopiero w drugiej części (badając f na brzegu zbioru D). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 28 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: b 1 : =, 0 < < 1; JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: b 1 : =, 0 < < 1; b 2 : =, 0 < < 1; JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: b 1 : =, 0 < < 1; b 2 : =, 0 < < 1; b 3 : = 1, 1 < < 1; JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: b 1 : =, 0 < < 1; b 2 : =, 0 < < 1; b 3 : = 1, 1 < < 1; B 4 (0, 0); JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: b 1 : =, 0 < < 1; b 2 : =, 0 < < 1; b 3 : = 1, 1 < < 1; B 4 (0, 0); B 5 (1, 1); JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Dzielim brzeg na sześć fragmentów: b 1 : =, 0 < < 1; b 2 : =, 0 < < 1; b 3 : = 1, 1 < < 1; B 4 (0, 0); B 5 (1, 1); B 6 (1, 1). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 29 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 b 1 : =, (0, 1) Funkcja f na b 1 przjmuje postać: f b1 = 2 + 2 = 2 2. Oznaczm tę funkcję przez f 1 (). Ponieważ f 1 () = 4, jednm punktem zerującm tę pochodną jest = 0. Nie uwzgędniam go, gdż 0 / (0, 1). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 30 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 b 2 : =, (0, 1) Funkcja f na b 2 przjmuje postać: f b1 = 2 + ( ) 2 = 2 2. Oznaczm tę funkcję przez f 2 (). Ponieważ f 2 () = 4, jednm punktem zerującm tę pochodną jest = 0. Nie uwzgędniam go, gdż 0 / (0, 1). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 31 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 b 3 : = 1, ( 1, 1) Funkcja f na b 3 przjmuje postać: f b3 = (1) 2 + 2 = 2 + 1. Oznaczm tę funkcję przez f 3 (). Ponieważ f 3 () = 2, jednm punktem zerującm tę pochodną jest = 0. Uwzgędniam go, gdż 0 ( 1, 1): f 3 (0) = 0 2 + 1 = 1. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 32 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Ponadto, f (B 4 ) = f (0, 0) = 0 2 + 0 2 = 0; JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 33 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Ponadto, f (B 4 ) = f (0, 0) = 0 2 + 0 2 = 0; f (B 5 ) = f (1, 1) = 1 2 + 1 2 = 2; JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 33 / 47

PRZYKŁAD 1E. Znajdź wartość największą i najmniejszą funkcji f (, ) = 2 + 2 w trójkącie o wierzchołkach (0, 0), (1, 1), (1, 1). 1 1 Ponadto, f (B 4 ) = f (0, 0) = 0 2 + 0 2 = 0; f (B 5 ) = f (1, 1) = 1 2 + 1 2 = 2; f (B 6 ) = f (1, 1) = 1 2 + ( 1) 2 = 2. Wartością największą jest 2, a najmniejszą 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 33 / 47

Ekstrema warunkowe DEFINICJA. Liczba M jest globalnm maksimum warunkowm funkcji f (, ) prz warunku g(, ) = 0, jeżeli spełnione są dwa warunki: 1 istnieje punkt ( 0, 0 ) taki, że f ( 0, 0 ) = M i g( 0, 0 ) = 0; 2 dla każdego (, ) takiego, że g(, ) = 0 mam f (, ) M. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 34 / 47

Ekstrema warunkowe Liczbę m nazwam globalnm minimum warunkowm funkcji f (, ) prz warunku g(, ) = 0, jeżeli spełnione są dwa warunki: 1 istnieje punkt ( 0, 0 ) taki, że f ( 0, 0 ) = m i g( 0, 0 ) = 0; 2 dla każdego (, ) takiego, że g(, ) = 0 mam f (, ) m. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 35 / 47

SCHEMAT ZNAJDOWANIA EKSTREMÓW WARUNKOWYCH. Zakładam, że funkcje f (, ) oraz g(, ) mają pochodne cząstkowe pierwszego rzędu. Tworzm funkcję Lagrange a: F (, ) = f (, ) + λg(, ). Punkt podejrzane o warunkowe ekstremum (lokalne) otrzmujem rozwiązując układ trzech równań: F (, ) = 0, F (, ) = 0, g(, ) = 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 36 / 47

SCHEMAT ZNAJDOWANIA EKSTREMÓW WARUNKOWYCH. Jeżeli krzwa opisana warunkiem (tzn. zbiór punktów opisanch równaniem g(, ) = 0) jest krzwą zamkniętą, to liczm wartości funkcji f w punktach podejrzanch i wbieram z nich wartość największą i najmniejszą. Jeżeli krzwa opisana warunkiem ma końce, to liczm wartości funkcji f w punktach podejrzanch leżącch na tej krzwej oraz liczm wartości f na końcach krzwej i następnie z uzskanch wartości wbieram wartość największą i najmniejszą. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 37 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = warunku 2 + 2 = 2. Tworzm funkcję Lagrange a: prz F (, ) = 0 Rozwiązując układ F (, ) = 0 g(, ) = 0 otrzmam czter rozwiązania: F (, ) = + λ( 2 + 2 2)., czli + 2λ = 0 + 2λ + 0 2 + 2 2 = 0 1 = 1, 1 = 1; 2 = 1, 2 = 1; 3 = 1, 3 = 1; 4 = 1, 4 = 1 (tutaj lambd nas nie interesują ). Są więc czter punkt podejrzane : P 1 (1, 1), P 2 ( 1, 1), P 3 (1, 1), P 4 ( 1, 1). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 38 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2. Krzwa opisana warunkiem 2 + 2 = 2 to okrąg (krzwa zamknięta). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w punktach podejrzanch JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 39 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2. Krzwa opisana warunkiem 2 + 2 = 2 to okrąg (krzwa zamknięta). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w punktach podejrzanch f (1, 1) = 1, JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 39 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2. Krzwa opisana warunkiem 2 + 2 = 2 to okrąg (krzwa zamknięta). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w punktach podejrzanch f (1, 1) = 1, f ( 1, 1) = 1, JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 39 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2. Krzwa opisana warunkiem 2 + 2 = 2 to okrąg (krzwa zamknięta). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w punktach podejrzanch f (1, 1) = 1, f ( 1, 1) = 1, f (1, 1) = 1, JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 39 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2. Krzwa opisana warunkiem 2 + 2 = 2 to okrąg (krzwa zamknięta). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w punktach podejrzanch f (1, 1) = 1, f ( 1, 1) = 1, f (1, 1) = 1, f ( 1, 1) = 1. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 39 / 47

PRZYKŁAD 2A. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2. Krzwa opisana warunkiem 2 + 2 = 2 to okrąg (krzwa zamknięta). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w punktach podejrzanch f (1, 1) = 1, f ( 1, 1) = 1, f (1, 1) = 1, f ( 1, 1) = 1. Wartością największą jest 1, a najmniejszą jest 1. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 39 / 47

PRZYKŁAD 2B. Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = warunku 2 + 2 = 2 dla 0, 0. prz Tm razem krzwa opisana warunkiem to (pierwsza) ćwiartka okręgu razem z końcami : K 1 (0, 2), K 2 ( 2, 0). Z przkładu 2A wiem, że są czter punkt podejrzane : P 1 (1, 1), P 2 ( 1, 1), P 3 (1, 1), P 4 ( 1, 1). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 40 / 47

Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2 dla 0, 0. P 1 Na naszej krzwej leż jednie punkt P 1 (1, 1). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 41 / 47

Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2 dla 0, 0. P 1 Na naszej krzwej leż jednie punkt P 1 (1, 1). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w P 1 i na końcach krzwej: JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 41 / 47

Znaleźć największą i najmniejszą wartość funkcji f (, ) = prz warunku 2 + 2 = 2 dla 0, 0. P 1 Na naszej krzwej leż jednie punkt P 1 (1, 1). Wstarcz zatem obliczć wartości funkcji f w P 1 i na końcach krzwej: f (P 1 ) = f (1, 1) = 1, f (K 1 ) = f (0, 2) = 0, f (K 2 ) = f ( 2, 0) = 0. Wartością największą jest 1, a najmniejszą jest 0. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 41 / 47

RÓŻNICZKA DEFINICJA. Różniczką funkcji f (, ) w punkcie ( 0, 0 ) (dla przrostów d, d) nazwam wrażenie df ( 0, 0 ) = f ( 0, 0 )d + f ( 0, 0 )d (zakładam tu, że funkcje f, f, f są ciągłe w pewnm obszarze). Preczjniejsz zapis różniczki to: df ( 0, 0, d, d). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 42 / 47

RÓŻNICZKA WŁASNOŚĆ. df ( 0, 0 ) f = f ( 0 + d, 0 + d) f ( 0, 0 ), czli f ( 0 + d, 0 + d) f ( 0, 0 ) + df ( 0, 0 ). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 43 / 47

f ( 0 + d, 0 + d) f ( 0, 0 ) + df ( 0, 0 ). Stosując powższą własność oblicz przbliżoną wartość wrażenia (8, 02) 2 + (6, 03) 2. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 44 / 47

f ( 0 + d, 0 + d) f ( 0, 0 ) + df ( 0, 0 ). Stosując powższą własność oblicz przbliżoną wartość wrażenia (8, 02) 2 + (6, 03) 2. Przjmujem: f (, ) = 2 + 2, 0 = 8, d = 0, 02, 0 = 6, d = 0, 03. Wted f (, ) = f (, ) = 2 2 2 + 2, f (8, 6) = 2 2 2 + 2, f (8, 6) = 8 = 0, 8, 8 2 + 62 6 = 0, 6. 8 2 + 62 Zatem (8, 02) 2 + (6, 03) 2 = f ( 0 + d, 0 + d) f ( 0, 0 ) + df ( 0, 0 ) = 8 2 + 6 2 + f (8, 6)d + f (8, 6)d = + 0, 8 0, 02 + 0, 6 0, 03 =, 034. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 44 / 47

SZACOWANIE BŁĘDU WŁASNOŚĆ. Pewne wielkości fizczne są powiązane wzorem z = f (, ) (zakładam tu, że funkcje f, f, f są ciągłe). Jeżeli, oznaczają błęd (bezwzględne) prz pomiarze wielkości oraz, to błąd (bezwzględn) prz obliczeniu wielkości z jest w przbliżeniu równ z f ( 0, 0 ) + f ( 0, 0 ). JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 45 / 47

z f ( 0, 0 ) + f ( 0, 0 ). Zmierzono objętość ciała V 0 = cm 3 z dokładnością V = 0, 01cm 3 oraz masę m 0 = 6g z dokładnością m = 0, 05g. Z jaką, w przbliżeniu, dokładnością obliczm gęstość tego ciała stosując wzór ϱ = m V? Zastosujem wzór: ϱ ϱ m(m 0, V 0 ) m + ϱ V (m 0, V 0 ) V. Ponieważ ϱ m = 1 V, ϱ m(m 0, V 0 ) = 1, ϱ V = m, ϱ V 2 V (m 0, V 0 ) = 6 więc ϱ 0, 1 0, 05 + 0, 06 0, 01 = 0, 0056. 2, Oznacza to, że błąd bezwzględn prz obliczaniu gęstości wnosi w przbliżeniu 0, 0056 g cm 3. JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 46 / 47

PŁASZCZYZNA STYCZNA do wkresu funkcji z = f (, ) w punkcie ( 0, 0, z 0 ) ma równanie z z 0 = f ( 0, 0 )( 0 ) + f ( 0, 0 )( 0 ) (zakładam tu, że funkcje f, f, f są ciągłe w pewnm obszarze). PRZYKŁAD. Napisz równanie płaszczzn stcznej do wkresu funkcji f (, ) = 9 2 2 w punkcie (1, 2, 2). f = 9 2, f (1, 2, 2) = 1 2 2, f = 9 2 2, f (1, 2, 2) = 1; JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 47 / 47

PŁASZCZYZNA STYCZNA do wkresu funkcji z = f (, ) w punkcie ( 0, 0, z 0 ) ma równanie z z 0 = f ( 0, 0 )( 0 ) + f ( 0, 0 )( 0 ) (zakładam tu, że funkcje f, f, f są ciągłe w pewnm obszarze). PRZYKŁAD. Napisz równanie płaszczzn stcznej do wkresu funkcji f (, ) = 9 2 2 w punkcie (1, 2, 2). f = 9 2, f (1, 2, 2) = 1 2 2, f = 9 2 2, f (1, 2, 2) = 1; płaszczzna ma równanie: z 2 = 1 2 ( 1) + ( + 2), czli 1 + z + 4, 5 = 0. 2 JJ (JJ, IMiF UTP) EKSTREMA 18 47 / 47