二元函数极值存在充分条件的一种新证法

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  【摘 要】对二元函數极值存在的充分条件给出了一种新的证明方法,并对此充分条件的结论做了适当补充.
  【关键词】二元函数 极值 充分条件
  一、二元函数极值存在充分条件及其证明
  则函数在处是否取得极值的条件如下:
  (1)当时,具有极值.且当时,有极大值;当时有极小值;
  (2)当时,没有极值;
  (3)当时,若,则除了在的邻域内满足的点之外,有极小值;若,则除了在的邻域内满足的点之外,有极大值;若且时,若有极小值,若,有极大值.
  分析:若函数在处取得极值,不妨设取得极大值.即存在的某个邻域 ,对且,都有.所以,在此邻域内,任意过的直线及上的点,都有.即对,为曲线 及曲线的极大值点.
  反之,若能证明,对,为曲线 及曲线的极大值点,即为一元函数的极大值点,和为一元函数的极大值点,则就证明了为函数的极大值点.
  对极小值点的情况,可作类似的讨论.
  证明:任作过且与面垂直的平面
  (1)若,当时,对,$所以, 为函数的极大值点;
  当时,对部分对部分,所以, 对部分为函数的极大值点,对部分是函数的极小值点;
  当时,对时,为函数的极大值点.
  (2)若,作与(1)类似的讨论,可得:
  当时,对为函数的极小值点;
  当时,对部分为函数的极小值点;对部分为函数的极大值点;
  当时,对时,为函数的极小值点.
  (3)若,当时, 的符号对部分为正,对部分为负,所以,对部分,为函数的极小值点,对部分,为函数的极大值点.此时, .
  当时,若,则,从而为函数的极小值点.若,则,从而为函数的极大值点.
  由于不包括的直线,下对上的点作另外的讨论.
  作平面,其截曲面得曲线对一元函数有
  即为一元函数的驻点.又
  若,为一元函数的极小值点.若,为一元函数的极大值点.
  综上述:
  (1)当时,函数具有极值.且当时,有极大值,当时有极小值;
  (2)当时,没有极值;
  (3)当时,若,则除了在的邻域内满足的点之外,有极小值;若,则除了在的邻域内满足的点之外,有极大值;若且时,若有极小值,若,有极大值.
  二、举例
  例:求函数的极值与极值点.
  解:由函数极值的必要条件,令
  因在驻点处,,故题给的函数在处取得极小值,点都为它的极小值点,其极小值为.
  在驻点处,则在点的邻域内除满足的点之外,题给函数在处取得极小值0.但当时,.所以,不是题给函数的极值点.
  参考文献:
  [1]同济大学数学系.高等数学(下册). 北京:高等教育出版社,2007.06:110页.
  [2]邵剑,李大侃.高等数学专题梳理与解读.上海:同济大学出版社,2008.03:358页.
  作者简介:
  王淑娟(1980- ),女, 河南焦作人,讲师,理学博士,主要从事偏微分方程解得存在性研究。
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