- •Математика
- •Содержание работы
- •Раскрытие неопределенности
- •Раскрыть неопределенности
- •Математика
- •Содержание работы
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Математика
- •Содержание работы
- •Математика
- •Содержание работы
- •Контрольные вопросы
- •Математика
- •Содержание работы
- •Раскрыть неопределенности:
- •Математика
- •Содержание работы
- •Математика
- •Содержание работы
- •Контрольные вопросы
- •Математика
- •Содержание работы
- •Кривые второго порядка
- •8.Векторная функция скалярного аргумента. Векторы скорости и ускорения. Кривизна плоской кривой.
- •Математика
- •Содержание работы
- •Математика
- •Содержание работы
- •7.1. Основная учебная литература
- •Шипачев, в. С. Высшая математика: учебник для вузов [текст] / в. С. Шипачев. – м.: Высш. Школа, 2007. – 343 с.
- •Алексеев д. В. Конспекты по общему курсу математики: учеб. Пособие для студентов инженерно-технических специальностей [электронный ресурс] / д.В. Алексеев; гу КузГту. –Кемерово, 2008.
- •Сборник задач по математике для втузов под ред. А. В. Ефимова ч.1: линейная алгебра и основы математического анализа [текст] / м.: Наука, 1990, 461 с.
Содержание работы
-
Запись дифференциалов первого и второго порядков для функции двух и трех переменных
-
Задачи на локальный экстремум
-
Задачи на условный экстремум
-
Наибольшее и наименьшее значения функции в замкнутой ограниченной области
Литература [1,2,17]
Замечания преподавателя
Элементы теории
Вычисление частных производных производится по тем же правилам, что и вычисление функций одной переменной, считая все переменные постоянными, кроме той, по которой ведется дифференцирование.
Первым дифференциаломназывают линейную относительно приращений часть полного приращения функции, которая для функции двух переменных имеет вид:
,
а для функции трех переменных:
.
Производная по направлению задает скорость изменения функции в заданной точке по заданному направлению :
.
Градиентом дифференцируемой функции называют вектор, координатами которого являются частные производные в заданной точке:
.
Производная по направлению является проекцией вектора градиента на это направление:
.
Анализ последнего выражения показывает, что градиент является направлением, скорость изменения функции вдоль которого максимальна.
Касательная плоскость содержит касательные ко всем кривым, проходящим через данную точку поверхности :
.
Производную сложной функции находим по правилу
,
а производные сложной функции согласно правилу:
.
Производную функции, заданной неявно , находят согласно правилу:
.
Для функции определены производные второго порядка:
, , , .
Для функции , кроме указанных выше производных, определены следующие производные второго порядка:
, , , , .
Заметим, что в точках непрерывности смешанные частные производные равны.
Дифференциалы второго порядка определяются согласно соотношениям:
,
.
Формула Тейлора в окрестности точки с точностью до бесконечно малых второго порядка имеет вид:
Точкой локального экстремума называют точку непрерывности функции , в окрестности которой приращение функции сохраняет знак: - точка локального минимума, - точка локального максимума. Необходимые условия существования экстремума записываются следующим образом:
,
что равносильно системе уравнений для нахождения критических точек функции:
или .
Достаточные условия существования экстремума определяются знаком приращения функции, который в свою очередь определяется знаком второго дифференциала:
, то точка является точкой локального минимума,
, то точка является точкой локального максимума.
По своей структуре второй дифференциал является является квадратичной формой относительно дифференциалов и ему ставится в соответствие матрица:
.
Согласно критерию Сильвестра квадратичная форма является положительно определенной, если положительны все главные диагональные миноры этой матрицы:
, , .
(условия существования локального минимума), и является отрицательно определенной при условии ( условия существования локального максимума).
Для нахождения точек условного экстремума исследуют на обычный экстремум функцию Лагранжа
.
Здесь - условие связи, а - множитель Лагранжа. При этом достаточные условия существования экстремума выражаются через знак второго дифференциала (условие минимума), - условие максимума. Знак второго дифференциала можно анализировать непосредственно при наличии условий связи.
Задачи
-
Запишите производные второго порядка для указанной функции, в указанной точке.
Запишите второй дифференциал.
Запишите матрицу, соответствующую d2f.
Запишите разложение по формуле Тейлора в указанной точке:
а)
б)
-
Исследуйте функцию на локальный экстремум:
-
а)
б)
в)
-
На эллипсоиде Х2+2У2+4Z2=8 найти точку, наиболее удалённую от М0(0;0;3).
-
Метод наименьших квадратов.
По точкам, полученным в некотором эксперименте, требуется провести прямую линию таким образом, чтобы сумма квадратов отклонений экспериментальных точек от предполагаемой прямой была наименьшей.
у=Ах+В – искомая функция;
А,В – искомые коэффициенты.
Функция должна достигать минимума при выбранных А,В.
Исследуйте функцию S(A,B) на локальный экстремум.
Получите выражение для А, В, соответствующие экстремуму.
Постройте по методу наименьших квадратов прямую по точкам:
Хi |
Уi |
2 |
2 |
4 |
2 |
6 |
5 |
7 |
4 |
9 |
8 |
|
Уi |
|
2 |
2 |
|
4 |
2 |
|
6 |
5 |
|
7 |
4 |
|
9 |
8 |
|
Контрольные вопросы
по направлению. Какова взаимосвязь между ними?
градиентом и производной по направлению?
в точке . Какова скорость изменения функции в этом направлении?
функции двух и трех переменных
Ответы: Задача 2. а) (-1;1) – максимум; (1;-1) – минимум; б) (-3;2;-1) – максимум; в) (2; -6; 1) – минимум; |
||
Задача 3. Х0; =-1; М1(2;0;-1); М2(-2;0;-1); d2L0;
|
||
Задача 4 и примечания к ней
У=0,8Х–0,4;
|
||
принимала наименьшее значение. Записываем необходимые условия существования экстремума для функции двух переменных , приравнивая к нулю частные производные
В результате для нахождения оценок получаем систему уравнений:
, решение которой имеет вид :
, .
|