Кіріспе
Функцияның нақты бір нүктеде қабылдайтын ең үлкен және ең кіші мәндер математикалық талдауда функцияның максимал және минимал мәндері деп аталады. Жалпы экстремум деп аталатын бұл мәндер, функцияның белгілі бір аралығында (жергілікті немесе салыстырмалы экстремум) немесе бүкіл анықталу облысында (жаһандық немесе абсолюттік экстремум) кездесуі мүмкін. Пьер де Ферма функциялардың максимал және минимал мәндерін табуға арналған теңдік сияқты жалпы әдісті ұсынған алғашқы математиктердің бірі болды. Жинақтар теориясы бойынша, жинақтың максимал және минимал элементтері жинақтың ең үлкен және ең кіші элементтері болып табылады. Шексіз жинақтар, мысалы, нақты сандар жинағы, максимал және минимал мәндерге ие болмайды. Статистикада осыған сәйкес келетін түсінік – сынамадағы максимал және минимал мәндер.
In mathematical analysis, the maximum and minimum of a function are, respectively, the largest and smallest value taken by the function. Known generically as extremum, they may be defined either within a given range (the local or relative extrema) or on the entire domain (the global or absolute extrema) of a function. Pierre de Fermat was one of the first mathematicians to propose a general technique, adequality, for finding the maxima and minima of functions. As defined in set theory, the maximum and minimum of a set are the greatest and least elements in the set, respectively. Unbounded infinite sets, such as the set of real numbers, have no minimum or maximum. In statistics, the corresponding concept is the sample maximum and minimum.
Іздеу
Математикалық оңтайландырудың мақсаты – жаһандық максимумдар мен минимумдарды табу. Егер функция жабық аралықта үздіксіз болса, онда экстремалды мәндер теоремасы бойынша, жаһандық максимумдар мен минимумдар болады. Бұдан әрі, жаһандық максимум (немесе минимум) доменнің ішкі бөлігінде жергілікті максимум (немесе минимум) болуы керек, немесе доменнің шекарасында жатуы керек. Сондықтан, жаһандық максимумды (немесе минимумды) табу әдісі – доменнің ішкі бөлігіндегі барлық жергілікті максимумдарды (немесе минимумдарды) қарастыру, сондай-ақ шекарадағы нүктелердің максимумдарын (немесе минимумдарын) қарастырып, ең үлкенін (немесе ең кішісін) таңдау. Дифференциалданатын функциялар үшін Ферма теоремасы доменнің ішкі бөлігіндегі жергілікті экстремалар сыныптық нүктелерде (немесе туындысы нөлге тең нүктелерде) болуы керек демекші. Дегенмен, барлық сыныптық нүктелер экстремалар емес. Бірінші туынды тестісін, екінші туынды тестісін немесе жоғары ретті туынды тестісін қолдана отырып, жеткілікті түрде дифференциалданатын болса, сыныптық нүкте жергілікті максимум, жергілікті минимум, немесе екеуі де емес екенін анықтауға болады. Бөлік-бөлікке анықталған кез келген функция үшін, әр бөліктің максимумын (немесе минимумын) жеке-жеке тауып, содан кейін қайсысы үлкен (немесе кіші) екенін анықтау арқылы максимумды (немесе минимумды) табуға болады.
Бірден көп айнымалының функциялары
Бірден көп айнымалының функциялары үшін ұқсас шарттар қолданылады. Мысалы, оң жақтағы (үлкендетілетін) суретте жергілікті максимум үшін қажетті шарттар бір ғана айнымалысы бар функция үшін ұқсас. z (максимизацияланатын айнымалы) бойынша бірінші жартылай туындылар максимумда нөлге тең (суреттегі жоғарыдағы жарқыраған нүкте). Екінші жартылай туындылар теріс. Бұл тек қана жергілікті максимум үшін қажетті, бірақ жеткілікті емес шарт, өйткені олтырау нүктесі болуы мүмкін. Бұл шарттарды ең жоғары мәнді табу үшін қолдану үшін z функциясы да барлық жерде дифференциалданған болуы керек. Екінші жартылай туынды сынағы нүктені салыстырмалы ең жоғары немесе ең төменгі деңгей ретінде жіктеуге көмектеседі. Керісінше, бір айнымалының функциялары мен бірден көп айнымалының функциялары арасында жаһандық экстремаларды анықтауда маңызды айырмашылықтар бар. Мысалы, нақты түзудегі жабық аралықта анықталған шектелген, дифференциалға ие f функциясының жергілікті минимум болып табылатын жалғыз ғана сындық нүктесі болса, онда ол сонымен қатар жаһандық минимум болып табылады (бұны қарама-қайшылық арқылы дәлелдеу үшін аралық мән теоремасы мен Ролл теоремасын пайдаланыңыз). Екі және одан да көп өлшемдерде бұл аргумент дұрыс емес. Бұл функциямен көрсетіледі, оның жалғыз сындық нүктесі (0,0) нүктесінде, бұл f(0,0) = 0-мен жергілікті минимум. Алайда, ол жаһандық бола алмайды, өйткені f(2,3) = -5.
whose only critical point is at (0,0), which is a local minimum with f(0,0) = 0. However, it cannot be a global one, because f(2,3) = −5.
Функционалдық шаманың ең жоғары немесе ең төменгі мәндері
Егер функцияның экстремумын табуға арналған домен функциялардан тұрса (яғни, егер функционалдың экстремумын табу керек болса), онда экстремум вариациялық есептеулер арқылы табылады.
Жинақтармен байланысты
Максималар мен минимумдар жиындар үшін де анықталуы мүмкін. Жалпы, егер реттелген жиын S-тің ең үлкен елемі m болса, онда m жиынның максимал елемі болып табылады, сондай-ақ, егер S реттелген жиын T-нің ішкі жиыны болса және m S-тің ең үлкен елемі болса (T-ден туындаған тәртіп бойынша), онда m – T-дегі S-тің ең төменгі жоғарғы шегі. Ұқсас нәтижелер ең кіші элемент, минимал элемент және ең үлкен төменгі шек үшін де қолданылады. Жинақтар үшін максимум және минимум функциялары деректер базаларында қолданылады және оларды жылдам есептеуге болады, себебі жиынның максимумы (немесе минимумы) бөліністің максимумдарынан есептелуі мүмкін; формальды түрде, олар өздігінен ыдырайтын агрегациялық функциялар. Жалпы ішінара тәртіп жағдайында ең кіші элементті (яғни, барлық басқаларынан кішірек) минимал элементпен шатастыруға болмайды (ешқандай элемент одан кішірек емес). Сол сияқты, ішінара реттелген жиынның (посет) ең үлкен елемі – жиынның жоғарғы шегі, жиынға кіретін элемент, ал A посетінің максимал елемі m – A-ның мүшесі, егер m ≤ b (A-дағы кез келген b үшін), онда m = b. Кез келген ең кіші немесе ең үлкен элемент посетте бірегей, бірақ посетте бірнеше минимал немесе максимал элементтер болуы мүмкін. Егер посет бірнешеден артық максимал элементке ие болса, онда бұл элементтер бір-бірімен салыстырылмайды. Толық реттелген жиын немесе тізбекте барлық элементтер бір-бірімен салыстырылады, сондықтан мұндай жиын ең көп дегенде бір минимал және ең көп дегенде бір максимал элементке ие болуы мүмкін. Одан кейін, өзара салыстырылуға байланысты, минимал элемент ең кіші элемент болады, ал максимал элемент ең үлкен элемент болады. Осылайша, толық реттелген жиында біз жай ғана минимум және максимум терминдерін қолдана аламыз. Егер тізбек шекті болса, онда оның әрқашан максимумы мен минимумы болады. Егер тізбек шексіз болса, онда оның максимумы немесе минимумы болуы міндетті емес. Мысалы, натурал сандар жиынының максимумы жоқ, бірақ оның минимумы бар. Егер шексіз тізбек S шектеулі болса, онда жиынның Cl(S) жабылуы кейде ең төменгі және ең жоғарғы шекке ие болады, бұл жағдайда олар S жиынының ең үлкен төменгі шегі және ең кіші жоғарғы шегі деп аталады.