1
设函数 的导数连续,且 ,证明: 在 处取最小值。
难点是消去积分符号,所以我们设 ,那么有:
为了求 z 的最小值,故而需要首先求 z 的极值,所以我们需要知道,所有使得 同时为 0 的点。
故而,只能利用定义法判断极值,即证明在 的邻域中,。注意到,条件转化后出现了很多导数,所以很容易想到在 处对 进行拉格朗日余项的泰勒展开:
由此,我们只需要考虑 的正负性即可得处答案。由泰勒展开的定义可知:。由于 连续,故而由极限的保号性,可以得到 .
从而,可以得到 是极小值。
2
已知函数 在点 某个领域内连续,且 ,尝试证明:点 是 的驻点也是极小值点。
由于极限的性质,我们知道 ,要证明是极小值点,就要证明 ,通过等价无穷小我们可以得到以下变形:
我们可以看到 是恒大于 0 的,故而我们只需要考虑 的正负,但是这一部分是可正可负的,故而,我们需要进一步变形,注意到, 可以和 合并,故而有:
根据极限的保号性,可以得到 ,故而有 ,所以, 是 的极小值。
现在证明 是驻点,即证明 ,从而有:
故而, 是驻点。
3
求函数 的极值。
先分别对 和对 的偏导:
由极值点的定义可得:,从而有:
于是,我们解方程可以得到 3 个解:,分别代入 得 ,其中 ,故而不讨论最后两个解,即 由于 ,故而都是极小值。
现在来讨论点 ,我们不能一下子判断 的关系,故而对 z 进行一些变换
可以发现,z 是很有可能小于 0 的,故而我们大胆猜测 不是极值点。要想证明不是极值点,我们只需要在 邻域同时找到 即可。先找 的情况,我们设邻域内的点以 的方式趋近 ,从而有:
再找 的情况。我们设邻域内的点以 的方式趋近 ,故而有:
由于在邻域内 ,故而 ,从而 。这样,我们证明了 不是极值点。
4
已知函数 是由方程 确定,求 的极值。
这是隐函数的极值,故而对等式两边求偏导:
z 在某点取极值的必要条件是 ,从而有
我们将这个关系代入原式有:
不难得知 是该方程唯一的零点,从而有 是驻点。现在判断该驻点是不是极值点,对上述式子重新求导得:
我们由 ,可以得知:
由于 ,故而点 是极大值。
5
已知曲线 ,求曲线 上距离 面最远的点和最近的点。
距离 面的距离为 ,但是核心矛盾是距离函数带有绝对值,故而我们无法求导,利用拉格朗日乘数法求解,我们必须对距离进行等价变换:
这样我们就可以使用拉格朗日乘数法了:
分别对 求偏导得:
注意到,我们交换 x,y 对于该曲线 C 没有影响,故我们可以采取固定的模式简化这个方程:
故而,我们需要分类讨论,
- 若 ,那么有:
但是对于 ,却产生了矛盾即代入这个式子后 。
2. 从而我们只能假设 ,我们有:
或我们要继续进行分类讨论,
- 假设 ,那么有 。这是其中一个稳定点。
- 假设 ,那么有 ,这又是一个稳定点。
故而,我们只需要比较两个稳定点的大小,就可以得到其最值了:
从而,最远的点为 ,最近的点为 。
6
求函数 在区域 上的最大值和最小值。
对于这样的一个区域内球最值的问题,我们首先应该分为两个问题一个是边界上的条件最值问题,一个是闭区域内的最值问题,闭区域的最值只可能在区域内驻点取到。而对于边界上的条件最值问题,最值可能在两个地方去到,一个是端点,一个是稳定点。
先讨论区域内的驻点,以求可能的最值。设 ,那么有 ,显然驻点为 ,但由于这个驻点在边界上,故我们不去讨论这个点。
故而我们可以先讨论边界上的条件最值问题。该区域 的示意图如下:

有三端表达式不同的边界,一个是 。我们需要分类讨论。先讨论 ,对于 OA,显然满足如下式子:
当 时, 最小,。
对于 ,有 ,从而有 时,取最小值 。
对于 ,端点值已经由上述两种情况讨论过了,故而我们直接进行条件极值计算,设 。从而求偏导有:
我们解出 ,从而我们得出 ,由于这是一个齐次方程,故而我们可以这样变形:
我们需要分类讨论:
- ,那么代入 有 。
直接通过这个解去计算最值是很麻烦的,所以需要利用已知结论对 做一些变形:
- ,同理有 ,根据第一个情况的变形有
但是第二种情况由于违背了 的条件,所以不能成立,综上所述,最大值为 ,最小值为 。