如何求二元函数的极值|偏导数判定流程藏着不少计算疏漏
上周高数期末刷题,卡在一道多元函数大题里,满脑子都是如何求二元函数的极值,草稿纸写满三张还是算出和参考答案完全相反的驻点,当时盯着屏幕上的解题步骤,只觉得课本上的文字描述看着通顺,落到手写计算全是阻碍。
最先动笔的步骤是求一阶偏导,当时随手把函数里的乘积项拆解开,求x偏导时漏掉对y的常数处理,把y视作普通数字直接消去,算出来两个偏导等于零的方程组,联立之后解出两组坐标,满心以为这就是全部驻点。
后来才反应过来,联立方程的化简步骤出了大问题。草稿纸上移项的时候符号写反,一个本该等于零的式子变成了恒成立的等式,直接漏掉了一组关键驻点。拿着错误的驻点继续往下走,代入二阶偏导数的判别公式,算出来AC-B²的数值一直小于零,判定这处不是极值点,反复验算三遍数值,结果始终没有变化。
同桌过来核对试卷,扫了一眼草稿纸就指出一阶偏导求解的漏洞,重新梳理一遍求导规则,固定把二元函数拆分开,对x求偏导时全程把y当作常量,对y求偏导时固定锁住x不变,重新联立方程组之后,多出一组此前遗失的驻点。
拿到完整三组驻点之后,开始逐一计算每一个点位的A、B、C三个二阶偏导数值。当时偷懒只计算一遍二阶偏导表达式,直接把三组坐标代入同一个式子,没留意其中一组驻点代入后分母为零,二阶偏导数直接失去意义,这处点位本就不用判定极值,却依旧硬算出判别式数值,白白浪费十几分钟。
折腾好久才搞明白,判定二元函数极值的完整逻辑,根本不是算出驻点就能收尾。先依靠一阶偏导等于零锁定所有候选点位,剔除偏导数不存在的特殊位置,再逐个计算二阶偏导搭建判别式,AC-B²大于零的时候再区分极大极小,小于零直接判定无极值,等于零的点位没有统一结论,只能依靠图像或者取值试探判断。
做题中途还试过偷懒的办法,直接套用网课里整理的速算公式,跳过分步求导的过程,结果公式里的变量替换和题目函数不匹配,算出来的驻点全部偏离正确答案,回头重算的时候,还要把整张草稿纸全部擦掉,浪费不少做题时间。
考场模拟训练时遇到同类题型,刻意放慢计算速度,先完整书写一阶偏导的完整算式,不着急联立方程,核对一遍求导符号再开展下一步计算。驻点全部求解完成后,单独划出一段区域计算二阶偏导通用表达式,把三个式子誊写清楚,再逐个代入坐标数值,每一组数据算完都反向验算一次。
那次模拟的大题顺利拿到满分,走出自习室的时候翻着错题本,才发觉之前栽跟头的地方,全是做题时浮躁跳过基础步骤造成的。
合上课本趴在桌面发呆,笔尖无意识在空白处画着二元函数曲面简图,指尖蹭到纸面留下浅浅墨痕。