求函数最值的一把利器:Lagra...

物理
求函数最值的一把利器:Lagrange乘数法

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即未用户9223 更新于2025-9-14 16:21:53
众所周知,最值问题的解决方式有很多种,其中最常见的有两种:
$First$,通过各种已知的恒等式和不等式进行放缩($AM-GM,Cauchy,Chebyshev,Jensen{\cdots}$)
然而这种方法常常需要惊人的注意力😅,那么没有惊人的注意力怎么办?所以有了第二种方法:
$Second$,构造函数求导,虽然这种方法不需要惊人的注意力(可能在遇到高次方程求解时需要🤓),但是它也并非是万能的,
除了有$\sout{一些}$亿些函数求导计算繁琐,还有一个更重要的问题:
求导只能解决单变元函数最值问题,对于那种多元函数最值就只能干瞪眼了😅
不过,有一种万能的办法,可以让多变元函数最值问题迎刃而解,那就是:
$\Huge{Lagrange乘数法}$
这种方法适用于这类问题:
已知约束条件$\varphi(x,y)=0$,求目标函数$f(x,y)$的最值。
(注意!在使用Lagrange乘数法之前先要把约束条件写为φ(x,y)=0的形式,也就是等号右侧必须为0!)
怎么使用Lagrange乘数法呢?
$First,构造Lagrange函数:L(x,y,\lambda)=f(x,y)+{\lambda}\varphi(x,y),其中{\lambda}为参数$
$Second,在L(x,y,\lambda)中,分别对x,y,{\lambda}分别求偏导,分别记为L^{\prime}_x,L^{\prime}_y,L^{\prime}_{\lambda}$
$(比如:对x求偏导就相当于把其他变元当作常数对x求导)(事实上对{\lambda}求偏导得到的其实就是约束条件)$
解方程组:
$\begin{cases}L^{\prime}_x=0\\L^{\prime}_y=0\\L^{\prime}_{\lambda}=0\end{cases}$
(求解过程可能很繁琐,中间还要用到亿些技巧)
$得到k组解(x_1,y_1),(x_2,y_2),{\cdots},(x_k,y_k),这些解称为驻点$
$Third,将这些驻点分别代入目标函数f(x,y),对这些值进行比较,在所有值中最大(小)的值就是f(x,y)的最大(小)值$
从上面的过程可以看出,Lagrange乘数法求函数最值的复杂度不亚于求导(毕竟是多元函数),
甚至有些题的计算可以说是$very complex$的,不过,对于那些非常喜欢无脑计算的人来说,Lagrange乘数法可以说是他们的福音了🤓♿
(注意,这里只列举了双变元函数的最值,对于三个及以上的变元,仍然可以通过类似的方法处理)
不过这个计算量确实极其之大,尤其是对于解方程组
$\begin{cases}L^{\prime}_x=0\\L^{\prime}_y=0\\L^{\prime}_{\lambda}=0\end{cases}$

$Practice:给定正数a,已知长方体的表面积为a^2,求长方体体积的最大值$
(我知道这个可以用其他方法做,但是这里要用Lagrange乘数法做,来感受Lagrange乘数法巨大的计算量(虽然对于这个题来说还不算巨大)♿)
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椒盐
1月前
高考数学就填空题敢用🤧   物理复赛见到带拉格朗日的就零分😭😭😭
8条评论
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爱5汉的数物(幸福健康)
1月前

复赛都积上了为什么还不让用拉乘

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即未用户9223 回复 爱5汉的数物(幸福健康)
1月前

但是物竞中用积分不是基本操作吗?

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爱5汉的数物(幸福健康) 回复 即未用户9223
1月前

所以拉乘不应该更基本吗♿

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浮黎玉清
1月前

暑假线下课月月鸟说了拉氏方程无过程分但答案算对满分,可直接用拉氏方程解题,也可以用拉氏方程找不变量(更实用更常见)

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即未用户9223 回复 爱5汉的数物(幸福健康)
1月前

有可能是因为拉乘太万能了♿

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椒盐 回复 爱5汉的数物(幸福健康)
1月前

 不是数乘...说的是拉格朗日方程加乘子那一套不给分

复赛求函数极值一般都是单元函数或多元但独立🤔🤔很少直接用数学上的拉格朗日数乘

(说实话写拉氏的时候一般都是自由度少或解间正模,基本碰不上这个

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即未用户9223
1月前

话说高考数学有多元不等式?应该是高连填空可能有♿

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florr——24zhao 回复 椒盐
1月前

怎么会用拉乘给零分呢疑问1.png

很基本的东西啊,现在复赛用线代还有理论力学都是不会扣的(前提过程不要太石

像39届答案就用了惯性主轴