Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

матан Бесов - весь 2012

.pdf
Скачиваний:
31
Добавлен:
03.06.2015
Размер:
16.85 Mб
Скачать

 

∂fi

 

∂xk

 

∂f1

 

 

∂fm

 

∂x

∂x

 

 

 

k

 

 

k

§

 

 

f : G → Rm, G Rn

 

G Rm

f (x) Rm

f (x) = (f1(x), . . . , fm(x)), x G, !

" f #

G $ %

f1(x), . . . , fm(x) : G → R,

&

$

 

'

 

f (E) = {y Rm : y = f (x), x E}, E G,

 

E f (G) (

f

f 1(D) = {x Rn : f (x) D}, D Rm,

( D

) "

x(0) G

U (f (x(0))) U (x(0)) : f (G ∩ U (x(0))) U (f (x(0))).

* + x(0) ( G

, G ∩ U (x(0))

U(x(0))

x(0)G x(0)

&

§

 

-. # n = 1 m =

=3

%

) "

G

G

G

G

-" f

G D Rm

f 1(D) x(0) f 1(D)

f (x(0)) D ' D #

f (x(0)) / # ! 0

U (x(0)) G f (U (x(0))) D

U (x(0)) f 1(D)

' x(0) f 1(D)

f 1(D) #

f 1(D)

" . .

" f f

G x(0) G D = U (f (x(0))) (

f (x(0)) 1 . f 1(D) (

0 x(0) f 1(D) (

x(0) )" 2 U (x(0))

f (U (x(0))) = f (f 1(D)) D = U (f (x(0))).

# ! " f

x(0) 3 " x(0) G "

f G

) " "

x(0) G

G

x(0) G

m = n

m = n

 

 

 

 

 

 

∂f1

 

 

 

 

∂f1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f1, . . . , fn)

 

 

 

∂x

 

(x)

. . .

 

∂x

n

(x)

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

J(x) =

 

 

(x)

 

. . .

. . .

 

 

. . .

 

.

 

 

 

(x1, . . . , xn)

 

∂fn

 

 

 

 

∂fn

 

 

 

 

 

(x)

. . .

 

(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

∂x

n

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

!

" # " # #

$ n = 1 J(x) = 0 #

# # %

" # %

& " y = x2

G = (1, 1) % y (0) = 0 # # #

$ n 2 #

" # # %

" # n = 2 "

 

x = r cos ϕ,

#

y = r sin ϕ

 

 

 

 

G = {(r, ϕ) : 1 < r < 2, 0 < ϕ < 4π}

{(x, y)' 1 < x2 + y2 < 4}

(

# # %

(r0, ϕ0) G " ) * )

Uδ (r0, ϕ0) "

" # ) # # #

& " )+ #

, % # # # +

G Rn

f G → Rn G

J = 0 G

f (G) Rn

§

 

- x(0) G y(0) = f (x(0))

! U (x(0)) U (y(0))

f " " #

U (x(0)) ↔ U (y(0))$

- g : U (y(0)) → U (x(0)) f

U (y(0))$

g # U (y(0))

. # " f ' G → D # # #

' G ↔ D " f 1' D ↔ G # # )+ '

f 1(y) = x, f (x) = y (y D, x G).

 

-

. y(0) f (G) x(0)

G y(0)

= f (x(0))

/ %

 

 

 

 

Fi(x, y) fi(x1, . . . , xn) − yi = 0,

i = 1, . . . , n.

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(F1, . . . , Fn)

 

 

(f1, . . . , fn)

 

 

 

 

 

 

 

 

(x(0),y(0))

=

 

(x(0))

= 0.

 

(x1, . . . , xn)

(x1, . . . , xn)

. # 1 %

U (y(0)) × V (x(0)) 1 # 1

%

{yi = fi(x)}1n {xi = gi(y)}1n,

2

y = f (x) x = g(y),

 

g(y) = (g1(y), . . . , gn(y)) "

 

g : U (y(0)) → V (x(0)) G

 

U (y(0))

 

3

 

U (y(0)) f (G),

 

y(0) f (G)

y(0) f (G)

f (G)

g

U (y(0))

!" y = f (g(y)) # y U (y(0))

$ #

yi = fi(g1(y), . . . , gn(y)), i = 1, . . . , n, y U (y(0)).

% && ' ( # # yj #

 

n

 

 

 

 

 

 

∂yi

 

1

# j = i,

 

 

 

 

∂fi ∂gk

=

=

 

 

 

 

 

 

 

# j = i.

 

∂xk

∂yj

∂yj

0

 

k=1

 

 

 

 

 

) # # *

'

(f1, . . . , fn) (g1, . . . , gn)

= 1

 

 

 

 

(x1, . . . , xn) (y1, . . . , yn)

+"

# x = g(y) V (x(0)), y U (y(0)).

, (g1, . . . , gn) = 0 U (y(0))

(y1, . . . , yn)

-

U (x(0)) g(U (y(0))),

. x(0)

. x(0) /

f .

U (x(0)) ↔ U (y(0))

# n = 1 y = x20 (1, 1) [0, 1)

#

G Rn

§

 

f G → Rn

%G Rn f 0 G → Rn .

f (G)

f (G)

y(1) y(2) # f (G)

x(1) x(2) G f (x(1)) = y(1) f (x(2)) = y(2) Γ = {x(t)0 α t β}

Rn Γ G # x(1) Γ x(2) ' Γ 1 f (Γ) = {f (x(t))0 α t β} f (G) y(1) = = f (x(1)) f (Γ) y(2) = f (x(2)) ' f (Γ)

#

§

! f

x(0) Rn " x(0)

# $ f

(0)

(0)

˚ (0)

U (x

) : f (x ) f (x)

x U (x ).

% & & !

x(0) # $

f

' # !$

# !$ f

"

# $

'

% x(0) #

$ f &

x(0) f #

$

f x(0)

 

∂f

(x(0))

∂f

(x(0)) = 0

∂xi

∂xi

( ! ! i =

=1 ) ϕ x1*

§

 

ϕ(x1) f (x1 x2(0)

 

 

xn(0)) +

 

x1(0)

" ,

 

0 = ϕ (x1(0)) =

∂f

 

 

(x(0)).

 

∂x

 

 

 

 

1

 

 

 

" x(0)

f f x(0) df (x(0)) = 0

- .

f x(0) f

x(0) x(0)

f

- / !

& ! &

f (x) = x3

(

& !

0

/

1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A(ξ) = A(ξ1, . . . , ξn) aij ξiξj

 

#.$

 

i,j=1

 

 

#aij = aji i, j = 1 n$

 

 

$ A(ξ) > 0 ξ =

 

0

/$ A(ξ) < 0 ξ =

 

 

0

$ & !

!

$ & !

!

A(ξ) #.$

! μ > 0

A(ξ) μ|ξ|2 ξ Rn.

#2$

|ξ| = 0

|ξ| > 0 |ξ|2

η = |ξξ|

μ min A(η) > 0.

η Rn,

|η|=1

! " #$

# % & A(η) #

% S {η Rn' |η| = 1} () #

# η S $

μ = A(η ) > 0

* # %% & % & f

n

2f

 

 

 

 

 

 

 

d2f (x(0)) =

 

 

(x(0)) dxi dxj ,

+

∂x ∂x

 

i,j=1

i

j

 

() # ( % d2f (x(0)) = A(dx) = A(dx1, . . . , dxn)

, dx1 dxn

f

x(0) Rn

d2f (x(0)) f

x(0)

x(0)

f ! d2f (x(0))

" x(0) f #

- $ * % & f % . # & #

x(0) % / + '

f (x(0)) = f (x(0) + x) − f (x(0)) =

§

 

 

 

 

 

n

 

2f (x(0))

 

 

 

 

=

1

 

 

 

xi

xj + εx)| x|2,

0

 

 

 

 

2

 

i,j=1

∂xi∂xj

 

 

 

 

εx) 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x → 0

 

 

 

 

" 1 # % (

x(0)

 

2 &

 

d2f (x(0)) + *

3 # % #

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

|

x|2, μ > 0.

 

f (x(0))

μ + εx)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

εx) 0

x →

 

 

0 ) δ > 0

 

 

 

 

 

 

 

x : 0 < | x| < δ.

 

x)| <

μ

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

μ

 

 

 

 

 

x : 0 < | x| < δ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x(0))

 

 

|

x|2 > 0

 

4

 

- f (x(0)) > 0 x(0) #

% & f

5 d2f (x(0))

% + & 3 #

# % # x(0) 2 % & f

% d2f (x(0)) +

3 # # % # 6

) ( ξ ξ Rn A(ξ ) < 0

A(ξ ) > 0 η =

ξ

 

 

η =

ξ

 

 

 

|

|

 

α = A(η ) < 0, β = A(η ) > 0, |η | = 1, |η | = 1.

x = tη | x| = t t > 0 . 0

f (x(0) + x) − f (x(0)) =

 

 

α + ε()

 

 

 

 

 

1

t2

α

t2

< 0

2

4

 

 

 

 

 

t = | x|

x = tη t > 0

 

x) − f (x(0)) =

 

 

β + ε()

 

 

 

 

f (x(0) +

 

1

t2

β

t2

> 0

2

4

 

 

 

 

 

 

t = | x|

U (x(0)) f (x) − f (x(0)) x U (x(0))

! " #

x(0) $ % # ! f

f

x(0) Rn

f x(0)

d2f (x(0)) 0 dx Rn d2f (x(0)) 0 dx Rn

& % d2f (x(0))

' ! x(0) % ! f

d2f (x(0)) 0 d2f (x(0)) 0

( $ #

% ! f x(0) #

f % ) $

% !

*

% ! (

(

%

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a12

 

 

1 = a11 > 0,

 

a11

 

> 0, . . . ,

2

=

a21

a22

 

 

 

 

 

 

§

 

 

 

 

 

 

a

11

. . .

a

 

 

 

 

1n

 

 

n = . . .

. . .

. . .

 

> 0.

 

 

 

 

 

 

a

 

. . .

a

 

 

n1

 

nn

 

 

, % A(ξ) +

! (

% −A(ξ) (

" ! (

% +

(1)k k > 0 k = 1, . . . , n.

"% ' #

- % !

f ! !

(x0, y0)

fx(x0, y0) = fy (x0, y0) = 0.

" (x0, y0)

fxxfyy − fxy 2 > 0,

(x0, y0)

# fxx(x0, y0) > 0 $

fxx(x0, y0) < 0" f " (x0, y0)

fxxfyy − fxy 2 < 0,

(x0, y0) f

" (x0, y0)

fxxfyy − fxy 2 = 0,

(x0, y0) f $

* , ( #

% ' " 1 > > 0 1 < 0 2 > 0 , ( '

dy = t dx fxx(x0, y0) = 0 dx = = t dy fyy (x0, y0) = 0

d2f (x0, y0) =

= fxx(x0, y0) dx2 + 2fxy (x0, y0) dx dy + fyy (x0, y0) dy2

dx2 dy2

t !

" # #$

t ! !

" %

"

& ! fxx = fyy = 0 fxy = 0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

, y0)t dx

d

f (x0, y0)

= 2fxy (x0

 

dy=t dx

t = 1

t = 1" ' #

"

( ) (x0, y0) #

f "

*

(x0, y0) = (0, 0) +

f (x, y) = x4 + y4, g(x, y) = x4 − y4.

( $ $ #

(0, 0) , #

f $ g

# "

§

G Rn

f ϕ1 ϕm (1 m < n) E {x x G ϕj (x) = 0

§

 

1 j m}

 

j (x) = 0}jm=1

!"

!

#$ x(0) E

! %

f & !"

δ > 0 : f (x

(0)

) f (x) (f (x

(0)

) < f (x)) x

˚

(0)

 

 

E ∩ Uδ (x ).

' ($ $ (

! ( ( ( ( ) ! ( ( ( )

*$ ( + %

,-. , %-. / , & !" . %

, !" .

G = R2 f (x1, x2) = x21 + x22 m = 1

ϕ1(x1, x2) = x1 + x2 1 0- $ ( ) %

f x1 + x2 1 = 0

0 - ϕ1(x1, x2) = 0 f (x1, x2) = f (x1, 1 −x1) = 2x12

2x1 + 1 = 2 x1

1

2 +

1

 

1

;

1

 

2

2 1 $

2

2

 

 

 

 

$ - ( ( f

ϕ1 = 0

+ -2 $ $ +f ϕ1+

 

+∂ϕj +

 

ϕm G rang +

 

+

= m

∂xi

G, x(0) E 3 ($ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ϕ1, . . . , ϕm)

 

 

$

(x1

, . . . , xm)

 

(0)

= 0 # (

 

 

 

x

 

 

& - 4 (

Q(xm(0)+1, . . . , xn(0)) × Q(x1(0), . . . , xm(0)) - !"

 

!1 (

 

{xj = μj (xm+1, . . . , xn)}jm=1 ,

(1 )

μj

Q(x(0)m+1, . . . , x(0)n )

j (μ1(xm+1, . . . , xn), μ2(), . . . ,

μm(), xm+1, . . . , xn) = 0}mj=1.

Φ(xm+1, . . . , xn)

f (μ1(xm+1, . . . , xn), μ2(), . . . , μm(), xm+1, . . . , xn).

x(0)

! f "

(x(0)m+1, . . . , x(0)n ) !

Φ# $ % & ' (

! ' (

! &

!

# ' ! &

μ1 # # # μm

& #

! ) 3 '

 

 

 

 

n

 

 

 

m

 

 

 

 

∂ϕj

dxi = 0

,

)

 

 

∂x

 

i=1

i

 

 

j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

m

 

 

 

 

∂μ

 

 

 

 

 

 

 

(3 )

 

dxj =

 

 

j

dxi

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xi

 

 

i=m+1

j=1

! & x(0)# *

% ' ' dxm+1, . . . , dxn +

)

, + 3 (

# * ( + 3 )

& + 3 )

' ( #

§

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-& dx1, . . . , dxn % % &

.

) 3 #

 

$ x(0) E &

f "

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x(0))

 

 

∂f (x

)

 

 

 

 

 

 

 

df

 

dxi = 0.

 

 

 

 

i=1

∂xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x(0)

f

" f

"

/& # 0 1x(0) = (x(0)1 , . . . , x(0)m x(0)m+1 # # # x(0)n ) 2 ! f " 3

[(x(0)m+1, . . . , x(0)n ) 2 % !

 

 

Φ3 [(xm(0)+1, . . . , xn(0)) =

0]

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0)

 

 

∂f (x

(0)

)

 

 

 

 

 

 

 

∂f (x )

 

 

 

 

 

 

 

 

0 =

 

 

 

 

dxi

 

=

 

 

 

dxi

=

i=1

 

∂xi

1

∂xi

 

 

= ∂f (x

 

 

df (x(0))

i=1

 

 

 

 

 

3

 

) dxi

% & #

n

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1 ∂xi

& % &

#

x(0) E

f "

λ1 λm

! x(0)

m

L(x) f (x) − λj ϕj (x).

j=1

" λj

m + 1

 

 

 

 

∂ϕ

 

 

m

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

 

∂xi dxi = 0

,

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

.

(3

)

 

 

∂f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=1

∂xi

dxi = 0

 

 

 

 

x(0) !

[x(0) " f (1)]

 

 

[df = 0] [(3) (df = 0)]

 

 

 

 

[rang (3 ) = rang (3) = m]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂f

 

∂f

 

 

λ1, . . . , λm R :

 

 

 

 

 

, . . . ,

 

 

 

=

 

∂x

∂x

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

n

 

 

m

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

∂ϕj

 

 

∂ϕj

 

 

 

 

 

 

 

 

=

λj

 

, . . . ,

 

grad f =

 

λj grad ϕj

 

∂xn

 

j=1

 

 

∂x1

 

 

 

j=1

 

 

[grad L = 0] [dL = 0].

x(0) f

#$% L

& ' f ' ϕ1, . . . , ϕm

(

x(0)' ) x(0) "

f #$%' * )

( E + δ > 0 ' x = (x1, . . . , xm' xm+1' ' xn) E ∩ Uδ (x(0))'

Φ(xm+1

, . . . , xn) = f (x)| 1 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x)

λj ϕj (x)

 

 

 

 

.

 

=

 

 

L(x)

 

 

 

 

j=1

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

+ ( ' (x(0)m+1, . . . , x(0)n )

Φ' d2Φ ,

d2L

 

 

 

 

 

 

- '

d2Φ

(xm(0)+1, . . . , xn(0))'

xm+1'

' xn .

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂L

(0)

(0)

(0)

 

 

 

 

=

 

 

dxi

, dΦ(xm+1, . . . , xn

) = dL(x )

1 = 0.

 

∂x

 

i=1

i

1

 

 

 

 

/ ' (xm(0)+1, . . . , xn(0))

Φ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L(x

)

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

(0)

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

Φ(xm+1, . . . , xn

) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxi dxk

 

 

+

 

 

 

 

∂x

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i,k=1

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂L(x

 

) 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L(x

 

)

 

 

 

 

 

 

2

(0)

+

 

 

 

 

d

xi

=

 

 

 

 

 

 

 

 

dxidxk d L(x ).

 

∂x

i

 

 

 

 

 

 

 

∂x ∂x

k

 

 

i=1

 

 

 

 

1

 

i,k=1

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

! ' ) ,

f #$%'

) , Φ'

d2Φ 0

' , (

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

L(x

(0)

)

 

 

 

 

2

 

(0)

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

L(x )

 

 

 

 

 

 

dxidxk.

 

i,k=1

∂xi∂xk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ϕ1 ϕm

x(0) E L

$d2L(x(0)) > 0(< 0) |dx| > 0 x(0) !

" # f #$%$

12 (0) # | | (0)

d L(x ) > 0 "< 0 dx > 0 x

" # f #$%$

d2L(x(0)) f

d2L(x(0)) x(0) f

f ϕ1 ϕm 1 m < n

G Rn

+

+

 

+

∂ϕj +

 

rang +

 

+ = m G E = {x

x G ϕj (x) = 0

∂xi

1 j m} ! " # $

f % ! &

1. ' & & ( #

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

L(x) f (x) − λj ϕj (x).

 

 

j=1

 

2. ) ! " ( #

* E $ " #

"

# $ + & n + m

 

n

 

,

 

 

 

 

L(x) = 0

,

 

 

∂xi

 

 

 

j (x) = 0}1m1

n + m % ! x1 x2 xn λ1 λ2

λm - , , " ( #

!

% "

 

 

 

 

 

. " j (x) = 0}1m

 

 

 

L(x) = 0

m

 

/ %

 

 

 

∂λ

1

 

3.

 

j

 

 

, , " x(0)

( #

 

 

, f

ϕ1 ϕm

& d2L

§

 

/ d2L & 0

# $

4. ) ! % " f " ! # $

) , 1 " # $

f (x, y, z) = xyz x2 + y2 + z2 = 1 x + y + z = 0 2 ϕ1(x, y, z) = x2 + y2 + z2 1 ϕ2(x, y, z) = x + y + z

- " G %

 

 

 

G = (x, y, z) R3 : j (x, y, z)| <

1

, j = 1, 2 .

2

 

 

( #

L(x, y, z) = xyz − λ1(x2 + y2 + z2 1) − λ2(x + y + z)

, 1 " &*

% + ,

 

 

 

Lx ≡ yz − 2λ1x − λ2 = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ly ≡ xz − 2λ1y − λ2 = 0,

 

 

 

 

 

 

Lz ≡ xy − 2λ1z − λ2 = 0,

 

 

 

 

.

 

2 2 2

 

 

 

 

 

 

x + y + z − 1 = 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y + z = 0

 

 

' # "

yz + xz + xy − 3λ2 = 0. 3

) 2(yz + xz + xy) = (x + y + z)2 (x2 + y2 + z2) = 0 1 % 3 " λ2 = 16

4 % ! ! ,

(y − x)(z + 2λ1) = 0 5 # " " *1

(z − y)(x + 2λ1) = 0, (x − z)(y + 2λ1) = 0.

6% $! 1! , ! !

, % "

(y − x)(z − y)(x − z) = 0.