Kapitola 4: Extrémy funkcí dvou proměnných 1/5

Podobné dokumenty
verze 1.4 Ekvivalentní podmínkou pro stacionární bod je, že totální diferenciál je nulový

Vlastní (charakteristická) čísla a vlastní (charakteristické) Pro zadanou čtvercovou matici A budeme řešit maticovou

Definice globální minimum (absolutní minimum) v bodě A D f, jestliže X D f

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

DERIVACE FUKNCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

Funkce dvou a více proměnných

Kapitola 4: Průběh funkce 1/11

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

Funkce v ıce promˇ enn ych Extr emy Pˇredn aˇska p at a 12.bˇrezna 2018

1. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCE DVOU PROMĚNNÝCH

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Průběh funkce ZVMT lesnictví 1 / 21

10 Funkce více proměnných

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Globální extrémy. c ÚM FSI VUT v Brně. 10. ledna 2008

Průvodce studiem. do bodu B se snažíme najít nejkratší cestu. Ve firmách je snaha minimalizovat

Funkce více proměnných. April 29, 2016

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Základy teorie funkcí více proměnných. študenti MFF 15. augusta 2008

1 Funkce dvou a tří proměnných

Základy matematiky pro FEK

Diferenciální počet funkcí jedné proměnné

Matematická analýza pro informatiky I. Extrémy funkcí více proměnných

Pavlína Matysová. 5. listopadu 2018

Kapitola 11: Vektory a matice:

DEFINICE,VĚTYADŮKAZYKÚSTNÍZKOUŠCEZMAT.ANALÝZY Ib

ANTAGONISTICKE HRY 172

9. přednáška 26. listopadu f(a)h < 0 a pro h (0, δ) máme f(a 1 + h, a 2,..., a m ) f(a) > 1 2 x 1

Soustavy lineárních rovnic

Ohraničená Hessova matice ( bordered hessian ) je. Sestrojíme posloupnost determinantů (minorů):

7.1 Extrémy a monotonie

Podobnost matic. Definice 8.6. Dány matice A, B M n (C). Jestliže existuje regulární matice P M n (C) tak,

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Množinu všech matic typu m n nad tělesem T budeme označovat M m n (T ), množinu všech čtvercových matic stupně n nad T pak M n (T ).

FUNKCE POJEM, VLASTNOSTI, GRAF

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Přehled funkcí. Funkce na množině D R je předpis, který každému číslu z množiny D přiřazuje právě jedno reálné číslo. přehled fcí.

3. ANTAGONISTICKÉ HRY

Matematika II Extrémy funkcí více promìnných

Matematická analýza pro informatiky I.

Michal Bulant. Masarykova univerzita Fakulta informatiky

PROSTORY SE SKALÁRNÍM SOUČINEM. Definice Nechť L je lineární vektorový prostor nad R. Zobrazení L L R splňující vlastnosti

verze 1.3 x j (a) g k 2. Platí-li vztahy v předchozím bodu a mají-li f, g 1,..., g s v a diferenciál K = f + j=1

Funkce jedn e re aln e promˇ enn e Derivace Pˇredn aˇska ˇr ıjna 2015

= 2x + y, = 2y + x 3. 2x + y = 0, x + 2y = 3,

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

5. cvičení z Matematiky 2

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

3 Lineární kombinace vektorů. Lineární závislost a nezávislost

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

Aplikace derivace a průběh funkce

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

Aplikovaná numerická matematika

Matematika 5 FSV UK, ZS Miroslav Zelený

Extrémy funkce dvou proměnných

Kapitola 11: Vektory a matice 1/19

2 Zpracování naměřených dat. 2.1 Gaussův zákon chyb. 2.2 Náhodná veličina a její rozdělení

Regresní analýza. Ekonometrie. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FVL UO Brno kancelář 69a, tel

Řešení 1b Máme najít body, v nichž má funkce (, ) vázané extrémy, případně vázané lokální extrémy s podmínkou (, )=0, je-li: (, )= +,

1 Determinanty a inverzní matice

Diferenciální počet - II. část (Taylorův polynom, L Hospitalovo pravidlo, extrémy

Obecná úloha lineárního programování

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

1 Vektorové prostory.

Matematická analýza 1

Nelineární optimalizace a numerické metody (MI NON)

14. Monotonnost, lokální extrémy, globální extrémy a asymptoty funkce

Vypracoval: Mgr. Lukáš Bičík TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Základy lineárního programování VMAT, IMT 1 / 25

Definice 7.1 Nechť je dán pravděpodobnostní prostor (Ω, A, P). Zobrazení. nebo ekvivalentně

12. Funkce více proměnných

Primitivní funkce a Riemann uv integrál Lineární algebra Taylor uv polynom Extrémy funkcí více prom ˇenných Matematika III Matematika III Program

Matematika B 2. Úvodní informace

Derivace a průběh funkce.

Stručný přehled učiva

8.1. Určete všechny lokální extrémy funkce f(x, y) = x 2 + arctg 2 x + y 3 + y, x, y R.

Derivace a monotónnost funkce

Matematika pro informatiky

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Matice. Modifikace matic eliminační metodou. α A = α a 2,1, α a 2,2,..., α a 2,n α a m,1, α a m,2,..., α a m,n

AVDAT Nelineární regresní model

Základy matematiky pro FEK

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

2.6. Vlastní čísla a vlastní vektory matice

Matematika V. Dynamická optimalizace

1 Množiny, výroky a číselné obory

Základní spádové metody

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Užití derivací. x, x a, b : x x f x f x MATA P12. Funkce rostoucí a klesající: Definice rostoucí a klesající funkce

Definice 1.1. Nechť je M množina. Funkci ρ : M M R nazveme metrikou, jestliže má následující vlastnosti:

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Diferenciální počet VY_32_INOVACE_M0216.

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

Matematika I. Funkce jedné proměnné. Funkce jedné proměnné Matematika I 1 / 212

0.1 Úvod do lineární algebry

0.1 Úvod do matematické analýzy

0.1 Úvod do lineární algebry

Matematika 2 Průběh funkce

P 1 = P 1 1 = P 1, P 1 2 =

6. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCE VÍCE PROMĚNNÝCH

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

Transkript:

Kapitola 4: Extrémy funkcí dvou proměnných 1/5

Lokální extrémy Definice: Necht f : M R 2 R a (x 0, y 0 ) M. Říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) lokální maximum (resp. lokální minimum) jestliže existuje O(x 0, y 0 ) takové že (x, y) O(x 0, y 0 ) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) Platí-li, že (x, y) P(x 0, y 0 ) M f (x, y) < f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) > f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum (resp. ostré lokální minimum) Platí-li, že (x, y) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) globální maximum (resp. globální minimum) na množině M 2/5

Lokální extrémy Definice: Necht f : M R 2 R a (x 0, y 0 ) M. Říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) lokální maximum (resp. lokální minimum) jestliže existuje O(x 0, y 0 ) takové že (x, y) O(x 0, y 0 ) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) Platí-li, že (x, y) P(x 0, y 0 ) M f (x, y) < f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) > f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum (resp. ostré lokální minimum) Platí-li, že (x, y) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) globální maximum (resp. globální minimum) na množině M 2/5

Lokální extrémy Definice: Necht f : M R 2 R a (x 0, y 0 ) M. Říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) lokální maximum (resp. lokální minimum) jestliže existuje O(x 0, y 0 ) takové že (x, y) O(x 0, y 0 ) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) Platí-li, že (x, y) P(x 0, y 0 ) M f (x, y) < f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) > f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum (resp. ostré lokální minimum) Platí-li, že (x, y) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) globální maximum (resp. globální minimum) na množině M 2/5

Lokální extrémy Definice: Necht f : M R 2 R a (x 0, y 0 ) M. Říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) lokální maximum (resp. lokální minimum) jestliže existuje O(x 0, y 0 ) takové že (x, y) O(x 0, y 0 ) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) Platí-li, že (x, y) P(x 0, y 0 ) M f (x, y) < f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) > f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum (resp. ostré lokální minimum) Platí-li, že (x, y) M f (x, y) f (x 0, y 0 ) (resp. f (x, y) f (x 0, y 0 ) ) říkáme, že fce f má v bodě (x 0, y 0 ) globální maximum (resp. globální minimum) na množině M 2/5

Lokální extrémy - 2 3/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 1 (G). Má-li funkce f v bodě (x 0, y 0 ) G lokální extrém, potom platí f x (x 0, y 0 ) = 0 f y (x 0, y 0 ) = 0. Bod splňující tuto podmínku se nazývá stacionární bod funkce f. Podmínka nulových derivací je pouze nutná podmínka. Definice: Je-li f C 2 (G), G R 2 je otevřená. Nazýváme matici (x, y) 2 f x 2 y x (x, y) x y (x, y) 2 f y 2 (x, y) Hessovou maticí funkce f. Determinant Hessovy matice funkce f nazýváme Hessiánem a značíme H f (x, y).

Lokální extrémy - 2 3/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 1 (G). Má-li funkce f v bodě (x 0, y 0 ) G lokální extrém, potom platí f x (x 0, y 0 ) = 0 f y (x 0, y 0 ) = 0. Bod splňující tuto podmínku se nazývá stacionární bod funkce f. Podmínka nulových derivací je pouze nutná podmínka. Definice: Je-li f C 2 (G), G R 2 je otevřená. Nazýváme matici (x, y) 2 f x 2 y x (x, y) x y (x, y) 2 f y 2 (x, y) Hessovou maticí funkce f. Determinant Hessovy matice funkce f nazýváme Hessiánem a značíme H f (x, y).

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Lokální extrémy - 3 4/5 Věta: Necht G R 2 je otevřená množina, f C 2 (G) a (x 0, y 0 ) G je stacionární bod funkce f. Potom 1 Je-li H f (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém a) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) > 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální minimum. b) Je-li x 2 (x 0, y 0 ) < 0, má funkce f v bodě (x 0, y 0 ) ostré lokální maximum. 2 Je-li H f (x 0, y 0 ) < 0, nemá funkce f v bodě (x 0, y 0 ) lokální extrém (má v tomto bodě sedlový bod). 3 Je-li H f (x 0, y 0 ) = 0, neumíme jednoduše rozhodnout zda v tomto bodě je extrém.

Metoda nejmenších čtverců 5/5 Předpokládejme, že pro různé hodnoty x 1, x 2,..., x n nezávisle proměnné x získáme (například měřením) hodnoty y 1, y 2,..., y n závisle proměnné y. Věta: Necht jsou dány hodnoty x 1, x 2,..., x n a y 1, y 2,..., y n, n 2 tak, že x i x j alespoň pro dva indexy i, j. Aproximujeme-li závislost y na x vztahem y = a x + b, pak koeficienty a, b,které určíme metodou nejmenších čtvercu, tj. tak, aby hodnota n (a x i + b y i ) 2 i=1 byla minimální, jsou jednoznačně určeny jako řešení soustavy ( n i=1 x i 2 ) ( a + n i=1 x ( i) b = n i=1 x ) ( iy i n i=1 x ) ( i a + n b = n i=1 y i)

Metoda nejmenších čtverců 5/5 Předpokládejme, že pro různé hodnoty x 1, x 2,..., x n nezávisle proměnné x získáme (například měřením) hodnoty y 1, y 2,..., y n závisle proměnné y. Věta: Necht jsou dány hodnoty x 1, x 2,..., x n a y 1, y 2,..., y n, n 2 tak, že x i x j alespoň pro dva indexy i, j. Aproximujeme-li závislost y na x vztahem y = a x + b, pak koeficienty a, b,které určíme metodou nejmenších čtvercu, tj. tak, aby hodnota n (a x i + b y i ) 2 i=1 byla minimální, jsou jednoznačně určeny jako řešení soustavy ( n i=1 x i 2 ) ( a + n i=1 x ( i) b = n i=1 x ) ( iy i n i=1 x ) ( i a + n b = n i=1 y i)