6. FV3             Extremvärdesproblem


1.Lokala extremvärden.
  • En funktion f har stationära punkter där samtliga förstaderivator är 0. I tvåvariabelfallet svarar detta mot de punkter där tangentplanet till f:s grafyta är vågrätt.
    De lokala extrempunkterna (max eller min) är stationära, men en stationärpunkt kan också vara en sadelpunkt.
  • En stationär punkts karaktär bestäms oftast av andraderivatornas värden i punkten. (Jämför envaribelfallet där y'' bestämmer stationära punktens karaktär utom då y''=0).
  • I flervariabelfallet ger egenvärdena till Hessematrisen information om de stationära punkternas karaktär.
    Hessematrisen till funktionen f i en punkt är den kvadratiska matris (nxn-matris i n-variabelfallet) vars komponenter består av f:s andraderivator i punkten.
  • I tvåvaribelfallet kan man se det så att i stället för f(x,y) undersöks f:s Taylorpolynom P2(a+h,b+k) omkring den stationära punkten (a,b)
    Detta polynom, som är en kvadratisk form, kan diagonaliseras med de matrismetoder som beskrivs i LA3.Man inser ex.vis att då båda egenvärdena är > 0 har det diagonaliserade polynomet λ1h2 + λ2k2 ett lokalt min i (a,b).
  • I stället för egenvärdesmetoden kan (AC-B2)-metoden användas i tvåvaribelfallet (men endast då). Egenvärdesmetoden fungerar för godtyckligt antal variabler.
  • När ett egenvärde är = 0 (vilket svarar mot att AC-B2 = 0 ) måste högre ordningens termer undersökas.










2. Bivillkor (Lagranges metod) och globala max och min.

  • Lagranges metod löser problemen att maximera/minimera en funktion f på ett område definierat av ett bivillkor i form av en ekvation g=0. Metoden går ut på att söka punkter där grad f (som pekar ut den riktning i vilken funktionen växer snabbast) är parallell med grad g (som är vinkelrät mot bivillkors-ytan/kurvan ).
  • I de ekvationssystem som uppstår brukar det vara förmånligast att eliminera parametern λ.
  • Vid lösning av globala max- och minproblem på slutna begränsade områden gäller det att söka de punkter i vilka max/min kan antas.
  • Sådana punkter är :
    • Stationära punkter i det inre av området
    • Icke deriverbara punkter.
    • Randpunkter erhållna via Lagranges metod eller envariabelmetoder.
    • Hörnpunkter.
  • Funktionsvärdena i dessa punkter behöver sedan bara jämföras. Punkternas karaktär behöver inte bestämmas.
  • I fallet slutet begränsat område existerar alltid max och min, om funktionen är kontinuerlig.






3.Minstakvadratmetoden..

  • Minstakvadratmetoden kan användas på överbestämda linjära ekvationssystem som alltså saknar lösning.
  • Metoden används oftast då en svit punkter skall anpassas till en kurva av viss typ. Kurvans okända parametrar (som måste ingå i kurvformeln på ett linjärt sätt) fungerar då som systemets obekanta. Varje punkt som skall anpassas ger upphov till en ekvation.
  • Problemet löses enklast algebraiskt som en lösning till de s.k. normalekvationerna.
  • Det kvadratiska medelfelet ger ett mått på anpassningens kvalitet.