多元函数 / 多元极值
FOUNDATION · THEOREM · METHOD
← 返回多元函数
三基详解 · 多元函数

多元极值

本页给出标准定义、定理条件、可执行步骤,并用图示梳理从识别到应用的关系。

一、基本概念

标准定义

f 在点 P 有局部极小值,是指存在邻域 U,使 Q∈U 时 f(Q)≥f(P);局部极大值反向定义。

∇f=0 → D=fₓₓfᵧᵧ−fₓᵧ² → D=0 无结论

二、基本定理

条件与结论

若 f 在内点可微并取得局部极值,则 ∇f(P)=0。二元二阶判别中 D=fₓₓfᵧᵧ−fₓᵧ²:D>0 且 fₓₓ>0 为极小,D>0 且 fₓₓ<0 为极大,D<0 为鞍点。

条件检查

定理只在上述连续性、可导性、定义域、方向或收敛条件满足时使用。

三、基本方法

题目中的执行顺序
  1. 求全部驻点 ∇f=0,并检查不可微点。
  2. 计算 D 或 Hessian 的二次型。
  3. 闭区域还要比较边界上的极值;D=0 时改用高阶项或定义。

例题提示:驻点只是候选点;D=0 无法由二阶判别法下结论,不能直接写成极值。

四、推广应用

综合题中的连接

可推广到条件极值、Lagrange 乘数和多元优化。

五、易错辨析

反例与边界

易错与例子:驻点只是候选点;D=0 无法由二阶判别法下结论,不能直接写成极值。

检查条件、变量/方向、边界与等号条件,再确认结论没有超出题设。

多元极值:从定义到应用∇f=0D=fₓₓfᵧᵧ−fₓᵧ²D=0 无结论
多元极值的识别、条件核对与计算路径

公式速查

公式、条件、场景

链式法则与全微分

z=f(u,v):zx=fuux+fvvx
dz=fxdx+fydy

条件:变量关系可微;偏导时固定其余自变量。

场景:复合函数、隐函数和方向导数。

极值判别

D=fxxfyy−fxy²
D>0,fxx>0:极小
D>0,fxx<0:极大;D<0:鞍点

条件:先求全部驻点;D=0 无结论。

场景:局部极值、闭区域最值和约束极值。

重积分与坐标

dA=r dr dθ
dV=r dz dr dθ
dV=ρ²sinφ dρ dφ dθ

条件:换坐标时同时替换区域、函数和体积元。

场景:圆、球、旋转体和三重积分。

积分定理

Green:∮Pdx+Qdy=∬(Qx−Py)dA
Gauss:∯F·n dS=∭div F dV

条件:闭合边界、方向和光滑性满足定理要求。

场景:环流、通量和边界积分化简。

使用边界

公式必须和适用条件一起使用;遇到边界、端点、方向或定义域问题,先检查条件再代入。