← 全部问题使用海森矩阵分类二元函数驻点的行列式判据是什么?
对于二元函数,定义
D=fxxfyy−fxy2。如果
D>0,则
fxx 的符号区分类型:
fxx>0 表示局部极小值,
fxx<0 表示局部极大值。如果
D<0,则该点是鞍点。如果
D=0,则该测试无法得出结论。
适用条件
- 函数有两个变量。
- 该点是驻点(梯度为零)。
- 函数二阶连续可微。
理解与推导
- 计算二阶偏导数 fxx、fyy 和 fxy。
- 计算行列式 D=fxxfyy−fxy2。
- 如果 D>0,检查 fxx 的符号:正为极小值,负为极大值。
- 如果 D<0,将该点分类为鞍点。
- 如果 D=0,得出测试无法得出结论的结论。
例子
如果 D>0 且 fxx>0,则海森矩阵是正定的,给出严格局部极小值。如果 D<0,则海森矩阵是不定的,给出鞍点。
容易误解的地方
- 认为 D=0 总是意味着该点是鞍点。
- 在 D>0 时忘记检查 fxx 的符号。
- 将此判据应用于梯度不为零的点。
相关问题
理解原因↗ 半定海森矩阵无法得出结论,因为二阶项并不能严格确定所有方向上变化的符号。必须检查高阶项或直接检查函数的行为,以确定该点是极小值、极大值还是鞍点。
适用条件:函数二阶连续可微。;该点的梯度为零。;海森矩阵是半定的(正半定或负半定)。
掌握方法↗ 通过建立方程 ∇f=λ∇g 以及约束 g(x,y)=0 来求解系统。对于这些特定的函数,这产生了 2x=λ(2x),2y=λ(y),以及 x2+y2/2−1=0。
适用条件:目标函数是 f(x,y)=x2+y2。;约束函数是 g(x,y)=x2+y2/2−1=0。;应用了拉格朗日乘数条件 ∇f=λ∇g。
认识概念↗ 蓝色箭头代表目标函数的梯度 ∇f,从等高线的中心向外指出。黄色箭头代表约束函数的梯度 ∇g,它垂直于约束曲线。
适用条件:动画可视化了 f(x,y)=x2+y2 和 g(x,y)=x2+y2/2−1=0 的梯度。;蓝色箭头对应 ∇f。;黄色箭头对应 ∇g。
掌握方法↗ 海森矩阵通过分析小位移方向上的二阶变化的符号来分类驻点。如果海森矩阵是正定的,则该点是严格局部极小值。
适用条件:函数在该点附近二阶连续可微。;该点的梯度为零(驻点)。;函数有两个变量。
认识概念↗ 视频使用了目标函数 f(x,y)=x2+y2,它被表示为一个具有同心圆形等高线的三维抛物面。约束函数是 g(x,y)=x2+y2/2−1=0,它被表示为 xy 平面上的一个椭圆。
适用条件:演示侧重于双变量的约束优化。;目标函数是二次且径向对称的。;约束是由二次方程定义的椭圆。
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