Наибольшее и наименьшее значения функции в замкнутой области (глобальный экстремум)

Множество называется замкнутым, если оно включает все свои граничные точки, т. е. точки, окрестности которых содержат точки как принадлежащие множеству, так и не принадлежащие ему.

Пусть функция z = f(x; y) определена и непрерывна в ограниченной замкнутой области Тогда она достигает в некоторых точкахсвоегонаибольшего и наименьшего значений. Эти значения достигаются функцией в точках, расположенных внутри области или в точках, лежащих на границе области.

Для нахождения наибольшего и наименьшего значений функции в необходимо:

1. Найти стационарные точки функции, принадлежащие и вычислить значения функции в них.

2. Найти наибольшее и наименьшее значения функции z = f(x; y) на границах области.

Добавим, что, как правило, граница состоит из совокупности отдельных участков, на каждом из которых задача сводится к исследованию на экстремум функции одной переменной, гдеi – номер участка, а t – независимая переменная на этом участке, которая может совпасть с x или y либо быть отдельным параметром.

3. Сравнить все найденные значения функции и выбрать из них наибольшее и наименьшее.

Пример 25. Найти глобальный экстремум функции в замкнутой области

Решение

1. Построим (рисунок 44).

Рисунок 44

2. Находим стационарные точки из следующей системы:

Откуда х = 1, у = 3. Получим одну стационарную точку М₁(1; 3), которая лежит в области

Итак,

3. Исследуем данную функцию на границе области состоящей из участковОВ, ВА, АО. Кроме того, необходимо учесть и концы отрезков, т. е. точки О, В, А:

 Составим уравнения для ОВ: х = 0.

Подставим его в z:

Получили функцию одной переменной, которую исследуем на экстремум.

Находим Следовательно, наОВ нет стационарных точек.

На концах отрезка ОВ

· Аналогично все точки прямой ВА удовлетворяют уравнению у = 4.

Тогда НаВА нет стационарных точек.

В точке А:

· Уравнение прямой АО имеет вид у = х.

Тогда Тогда

Итак, М₂(2; 2) – стационарная точка.

На концах отрезка АО значения функции уже найдены.

4. Сравнивая все полученные значения функции z, заключаем, что достигается в точкахB(0; 4) и М₂(2; 2), а – в точкахO(0; 0) и A(4; 4).

Эмпирические формулы

При анализе экономических процессов часто приходится решать задачу приближенного представления (аппроксимации) заданных функций другими, более простыми.

Пусть зависимость между двумя переменными x и y выражается в виде таблицы 1, полученной опытным путем. Это могут быть результаты опыта или наблюдений, статистических данных за ряд лет и т. п.

Таблица 1

x	x1	x2	…	xi	…	xn
y	y1	y2	…	yi	…	yn

Требуется наилучшим образом сгладить экспериментальную зависимость между переменными x и y, т. е. по возможности точно отразить общую тенденцию зависимости y от x, исключив при этом случайные отклонения, связанные с неизбежными погрешностями измерений или статистических наблюдений. Такую сглаженную зависи- мость стремятся представить в виде формулы y = f(x).

Формула y = f(x), полученная на основании экспериментальных данных, называется эмпирической.

Выбор эмпирической функции зависит от теоретических исследований и характера расположения на плоскости Oxy экспериментальных точек

Обычно для экономических исследований достаточно одной из шести следующих формул:

1) –линейная;

2) – параболическая;

3) – гиперболическая;

4) – показательная;

5) – экспоненциальная.

Выбранная для приближения формула называется теоретической.

После выбора вида формулы требуется найти значения определяющих ее параметров таким образом, чтобы отклонения значений функции от экспериментальных значений были минимальными (a, b, c).

Суть метода наименьших квадратов изложим на примере линейной зависимости где параметры подлежат определению из системынормальных уравнений

(5)

В случае квадратичной зависимости параметры определяют из нормальной системы

(6)

Пример 26. Результаты измерений величин x и y приведены в таблице 2.

Таблица 2

x	–2	–1	0	1	2	3
y	5,6	5	4,3	4	3,6	3