1632
правки
Изменения
м
По Тогда по неравенству Лагранжа <tex>\|T(\overline x,\overline y'')-T(\overline x,\overline y')\| \le \sup\limits_{\overline z \in \{[y',y''\}]}\|T_{\overline y}'(\overline x,\overline z)\|\|\overline y''-\overline y'\|</tex>. Но по выбору шаров этот <tex>\sup \le \frac 12</tex> и, таким образом, в наших условиях <tex>\|T(\overline x,\overline y'')-T(\overline x,\overline y')\| \le \frac 12 \|\overline y''-\overline y'\|</tex>.
Пример: пусть на сфере есть две точки, A и B. Тогда кратчайшее расстояние между ними — отрезок. Он будет безусловным экстремумом. Но кратчайшее расстояние между ними вдоль сферы — дуга. Это будет условным экстремумом, так как есть уравнения связи.
Для тогоДопустим все <tex> g_i </tex>, чтобы формулировка оказалась математически корректнойкак и их частные производные — непрерывны, надо, чтобы из системы уравнений связи и матрица Якоби должна быть обратимой. Тогда <tex>\overline y</tex> могла выражаться выражается через <tex>\overline x</tex> в некоторой окрестности <tex>(\overline {x_0},\overline {y_0})</tex>. Очевидно, что уравнения связи можно рассмотреть как задачу о неявном отображении. Тогда все <tex> g_i </tex>, как и их частные производные — непрерывны. Соответственно, матрица Якоби должна быть обратимой.
rollbackEdits.php mass rollback
[[Безусловный экстремум функции многих переменных|<<]] [[Математический_анализ_1_курс#.D0.93.D0.BB.D0.B0.D0.B2.D0.B0_V_.D0.A0.D1.8F.D0.B4.D1.8B|>> to home]]
==Принцип сжатия Банаха==
Последний ряд сходится и ряд из норм тоже сходится.
По свойствам рядов определим <tex>S=x_1+\sum\limits_{k=1}^\infty (x_{k+1}-x_k)</tex>. <tex>S_n=x_{n+1}</tex>. Если <tex> S_n \to S</tex>, то <tex>x_n \to S</tex>. Но любое сжатие непрерывно(так как оно ограниченов определении равномерной непрерывности подставить <tex>\delta = \varepsilon</tex>). Это позволяет в <tex>x_{n+1}=Tx_n</tex> перейти к пределу — <tex>S=TS</tex>. Получили неподвижную точку <tex> S </tex>.
Допустим теперь, что существуют две различных неподвижных точки:
<tex>f_{\overline y}'</tex> зависит и от <tex>\overline x</tex>, и от <tex>\overline y</tex>. <tex>f_{\overline y}'</tex> — линейный оператор, поэтому непрерывность <tex>f_{\overline y}'</tex> понимается в метрике линейного оператора:
{{Определение
|definition=
Непрерывность линейного оператора:
<tex>\forall \varepsilon >0 \exists \delta > 0\colon~\|\overline{\mathcal{4}x}\|,\|\overline{\mathcal{4}y}\|<\delta\Rightarrow\|f_{\overline y}'(\overline x + \overline{\mathcal{4}x},\overline y + \overline{\mathcal{4}y})-f_{\overline y}'(\overline x,\overline y)\|<\varepsilon</tex>
}}
<tex>f_{\overline y}'(\overline x,\overline y)</tex> — матрица, размером <tex>m\times m</tex>. Оператор непрерывно обратим в <tex>(\overline x,\overline y) </tex>, то есть, у матрицы этого оператора существует обратная (её детерминант не равен нулю).
<tex> \Longleftarrow </tex> Пусть теперь <tex>\overline y = \overline y - \Gamma_0 f(\overline x, \overline y)</tex>. Тогда <tex>\Gamma_0 f(\overline x, \overline y)=0^m. \Gamma_0=(f_{\overline y}'(\overline{x_0},\overline{y_0}))^{-1}</tex>, следовательно, <tex>det \Gamma_0 \ne 0</tex>, поэтому соответствующая однородная система уравнений будет иметь только тривиальные решения и <tex>f(\overline x, \overline y)=0^m</tex>
Пусть <tex>T(\overline x, \overline y) = \overline y - \Gamma_0 f(\overline x, \overline y)</tex>, тогда <tex>\overline y = T(\overline x,\overline y)</tex> для <tex> f(x, y) = 0 </tex>.
Для фиксированного <tex> x </tex> получаем задачу на неподвижную точку для отображения <tex>T</tex> по переменной <tex>\overline y</tex> для фиксированного.
Воспользуемся для решения принципом сжатия Банаха. Существует ли (в определённых начальных данных) коэффициент сжатия?
<tex>T_{\overline y}' = J - \Gamma_0 f_{\overline y}';~\Gamma_0 f_{\overline y}'(\overline{x_0},\overline{y_0})=J</tex>(по определению <tex> \Gamma_0 </tex>. Значит, <tex>T_{\overline y}'(\overline{x_0},\overline{y_0})=0</tex>.
По условию, <tex>f</tex> зависит от <tex>\overline x, \overline y</tex>, следовательно, <tex>T'</tex> — тоже. Тем самым, в определении непрерывности полагаем <tex> \varepsilon=\frac 12,\exists \delta>0 </tex>
<tex> \|\overline{\mathcal 4 xx_0}\|,\|\overline{\mathcal 4 yy_0}\| \le \delta \Rightarrow \| T_{\overline y}'(\overline{x_0}+\overline{\mathcal 4{x_0}},\overline{y_0}+\overline{\mathcal 4{y_0}})\| \le \frac 12</tex>
Возьмем <tex>V_{\delta}(\overline{x_0}),\ W_{\delta}(\overline{y_0})</tex> такие, что при <tex> \| T_{\overline y}'(\overline x, \overline y) \| \le \frac 12,~\forall \overline y',\overline y'' \in W_{\delta}(\overline{y_0}),~\forall\overline x\in V_{\delta}(\overline{x_0}):</tex> <tex> \| T_{\overline y}'(\overline x, \overline y) \| \le \frac 12 </tex>
<b>2 этап:</b> На первом этапе найден коэффициент сжатия: <tex>\frac 12</tex>. Если проверить для <tex>T</tex> условия теоремы Банаха по <tex>\overline y</tex> в пределах некоторых окрестностей начальных данных, то у <tex>T</tex> окажется единственная неподвижная точка, следовательно, она и будет значением неявного отображения , и теорема будет доказана.
<tex>\forall\overline x\in V_{\delta}(\overline{x_0}),~\forall \overline y, \in W_{\delta}(\overline{y_0})</tex>
А также
<tex>\begin{vmatrix} \frac{\delta partial f}{\delta partial x}(x_0,y_0,\alpha_0) & \frac{\delta partial f}{\delta partial y}(x_0,y_0,\alpha_0) \\ \frac{\delta partial g}{\delta partial x}(x_0,y_0,\alpha_0) & \frac{\delta partial g}{\delta partial y}(x_0,y_0,\alpha_0)\end{vmatrix}\ne 0</tex>,
и указанные выше частные производные непрерывны, то, по только что доказанной теореме, можно утверждать, что «возмущённая система уравнений»:
<tex>(\overline{x_0},\overline{y_0})</tex> — '''условный максимум''' функции <tex>f</tex>, если для всех <tex>\overline x \approx \overline{x_0},~\overline y \approx \overline{y_0}</tex> и <tex>(\overline x,\overline y)</tex>, удовлетворяющих уравнениям связи, выполняется неравенство <tex>f(\overline x,\overline y)\le f(\overline {x_0},\overline {y_0})</tex>. Если же <tex>f(\overline x,\overline y)\ge f(\overline {x_0},\overline {y_0}),~(\overline{x_0},\overline{y_0})</tex> — '''условный минимум'''.
<tex>\overline y=\phi(\overline x),\ \overline z=f(\overline x,\phi(\overline x))</tex>. Мы получили задачу на безусловный экстреммум для <tex>\overline z</tex>. Т.к. практически неявно отображающую формулу не найти, то можно пытаться составлять некоторую систему соотношения для точек, подобранных для условного экстремума, исходя из инвариантности дифференциалов n-го порядка. По этой инвариантности необходимые условия экстремума:
<tex>dz=0</tex>
<tex>\sum\limits_{j=1}^n \frac {\delta partial f}{\delta partial x_j}(\overline x,\overline y)dx_j+\sum\limits_{i=1}^m \frac {\delta partial f}{\delta partial y_i}(\overline x,\overline y)dy_i = 0\qquad (*)</tex>
Но так как <tex>\overline y=\phi(\overline x)</tex>, то, в отличие от безусловного экстремума, в котором мы могли бы все частные производные приравнять к нулю и получить систему, мы так решать не можем, ибо <tex>dy_i</tex> зависит от <tex>dx_1,\dots dx_n</tex>. Но, в отличие от <tex>\phi</tex>, эту зависимость можно найти явно. У нас должны выполняться следующие условия:
<tex>g_k(\overline x,\overline y)=0, k=\overline{1,m}</tex>
<tex>\sum\limits_{j=1}^n \frac {\delta partial g_k}{\delta partial x_j}dx_j+\sum\limits_{i=1}^m \frac {\delta partial g_k}{\delta partial y_i}dy_i = 0</tex>
В результате мы получаем СЛАУ для зависимости дифференциалов. Её матрицей будет матрица Якоби <tex>g'_{\overline y}(\overline x,\overline y)</tex>. Раз она обратима в <tex>(x_0,y_0)</tex>, то по непрерывности она будет обратима в окрестности этой точки, следовательно, <tex>dy</tex> можно выразить через <tex>dx</tex>, формулы будут линейны.
<tex>dy_1=\sum\limits_{j=1}^n A_{1j}dx_j</tex>. Тогда, подставляя эти форулы в <tex>(*)</tex>, получим <tex>\sum\limits_{j=1}^m n B_j dx_j=0 \Rightarrow \forall j : B_j=0</tex>, так как дифференцируются независимые переменные.
Мы получили систему уравнений для полученных точек, похожих на условный экстремум; которую надо решать вместе с уравнениями связи.
<tex>F(\overline x,\overline y,\overline {\lambda})=f(\overline x,\overline y)+\sum\limits_{k=1}^m \lambda_k g_k(\overline x,\overline y).</tex> Далее составляем систему соотношений так, будто для <tex>F</tex> мы стали искать безусловный экстремум:
<tex>\begin{cases} \frac {\delta partial F}{\delta partial x_j}=0\\ \frac {\delta partial F}{\delta partial y_i}=0\\ \frac {\delta partial F}{\delta partial \lambda_k}=0 \Longleftrightarrow g_k(\overline x,\overline y)=0\end{cases};</tex>
Если всё это раскрыть, получим то, о чём мы говорили выше, но эта запись более компактна.
[[Безусловный экстремум функции многих переменных|<<]] [[Математический_анализ_1_курс#.D0.93.D0.BB.D0.B0.D0.B2.D0.B0_V_.D0.A0.D1.8F.D0.B4.D1.8B|>> to home]]
[[Категория: Математический анализ 1 курс]]
