Постановка задачи
Сформулируем постановку задачи: найти глобальные минимум и максимум функции , , при отсутствии ограничений.
Определение. Функция является строго выпуклой в окрестности точки , если для любых двух точек и , принадлежащих этой окрестности, выполняется неравенство
. (1)
Критерий строгой выпуклости (критерий Сильвестра): если функция дважды дифференцируема в точке и ) 0, то она является строго выпуклой в окрестности точки
Для задачи нелинейного программирования при отсутствии ограничений необходимыми условиями того, что - точка локального минимума, являются:
1) функция дифференцируема в точке ,
2) производная ) в точке равна 0, т.е. является критической (стационарной) точкой для .
Достаточное условие того, что - точка локального минимума кроме
приведенных условий 1) и 2) включает следующее:
3) ) 0.
Если - строго выпуклая функция в окрестности точки , то необходимым и достаточным условием ее локального минимума в точке является условие: ) = 0.
Достаточное условие того, что - точка локального макcимума кроме
приведенных условий 1) и 2) включает следующее:
4) ) 0.
Замечание 1.1. Если же кроме приведенных условий 1) и 2) имеем ) = 0, то необходим дальнейший анализ. Он состоит в следующем. Если - 0) 0, + 0) 0, то точка является минимумом для . Если - 0) 0, + 0) 0, то точка является максимумом для . Если - 0) и + 0) имеют один и тот же знак, то
точка является седловой точкой для и не является точкой экстремума для функции . При практическом применении - 0 понимается как - , а + 0 понимается как + , где - бесконечно малая величина.
Глобальный минимум функции определяется перебором всех
ее локальных минимумов. Глобальный максимум функции определяется перебором всех ее локальных максимумов.
Процедура аналитического решения, в частности, для функции в сводится к следующей последовательности шагов.
1. Проверяем дважды дифференцируемость функции в .
2. Если она дважды дифференцируема, то решаем относительно уравнение ) = 0. Точки, в которых выполняется это уравнение, являются стационарными.
3. В стационарных точках находим точки, в которых ) 0, это точки локальных минимумов.
4. В стационарных точках находим точки, в которых ) 0, это точки локальных максимумов.
5. В стационарных точках находим точки, в которых ) = 0. Для этих точек справедливо замечание 1.1.