極大・極小
解説を読んでいて、わからない所が3箇所あるので、教えてください。
<問題>
2変数関数f(x1,x2)について、f(x1,x2)が極大あるいは極小になる点を(複数個ある場合はすべて)求めるとともに、そのときの極大値と極小値を求めなさい。この際、2階の条件についても吟味しなさい。
f(x1,x2)=(x1)^3-(x2)^3-3x1+12x2 ((x1,x2)∈R^2)
<解説>
f(x1,x2)=(x1)^3-(x2)^3-3x1+12x2 ((x1,x2)∈R^2)より
f1(x1,x2)=3(x1)^2-3
f2(x1,x2)=-3(x2)^2+12
である
局所的最適化の必要条件より、fが極大または極小になる点の候補は、1階の条件f1(x1,x2)=f2(x1,x2)=0を満たす点である。
これを満たすのは
ア(x1,x2)=(1,2),(1-2),(-1,2),(-1,-2)である。
また、fが極大または極小になる点の候補は、それぞれ2階の条件(の一部)<1>f11(x1,x2)≦0かつf22(x1,x2)≦0、または<2>f11(x1,x2)≧0かつf22(x1,x2)≧0、を満たす点である。
いま、f11(x1,x2)=6x1,f22(x1,x2)=-6x2である。
よって、(x1,x2)=(1,2)(-1,-2)は、<1>と<2>のいずれも満たさないので
(x1,x2)=(1,2)(-1,-2)では極大にも極小にもならない。
いま、f12(x1,x2)=f21(x1,x2)=0である。
イまず、(x1,x2)=(1,-2)について考える。
f11(1,-2)=6>0,f22(1,-2)=12>0,
|f11(1,-2) f12(1,-2)|
|f21(1,-2) f22(1,-2)|=6*12-0*0=72>0
となる。よって局所的最適化の十分条件より
fは(x1,x2)=(1,-2)で極小になり、そのときの極小値はf(1,-2)=-18となる。
ウ次に(x1,x2)=(-1,2)について考える。
f11(-1,2)=-6<0,f22(-1,2)=-12<0,
|f11(-1,2) f12(-1,2)|
|f21(-1,2) f22(-1,2)|=(-6)*(-12)-0*0=72>0
となる。よって、局所的最適化の十分条件の定理より、
fは(x1,x2)=(-1,2)で極大になり、そのときの最大値はf(-1,2)=18となる。
<わからない箇所>
(1)
>ア(x1,x2)=(1,2),(1-2),(-1,2),(-1,-2)である。
この(1,2),(1-2),(-1,2),(-1,-2)の数字はどこから出てくるのでしょうか?
(2)
>イまず、(x1,x2)=(1,-2)について考える。
>ウ次に(x1,x2)=(-1,2)について考える。
こちらは何故(1,-2)と(-1,2)だけ考えるのでしょうか?これは
>(x1,x2)=(1,2)(-1,-2)は、(1)と(2)のいずれも満たさないので
>(x1,x2)=(1,2)(-1,-2)では極大にも極小にもならない。
なので、(1,2)や(-1,-2)は考えなくても良いのでしょうか?
満たしておれば、(1,2)や(-1,-2)も考えなくてはいけない、ということでしょうか?
(3)
解説とは脱線するのですが
問題の
>f(x1,x2)=(x1)^3-(x2)^3-3x1+12x2 ((x1,x2)∈R^2)
ここの部分が ((x1,x2)∈R^2)
仮に((x1,x2)∈R^2++)下にプラスが2か所つくと
意味や答えが違って来るのでしょうか?
この問題とは別に、プラスが2箇所ついているのがあり、どう違うのかがわかりませんでした。
長くなりましたが、わかる方、教えてください。
よろしくお願いします。
補足
ありがとうございます。 解は(x1,x2,λ)=(1,1,1/2)と(-1,-1,-1/2) となりました。 これを代入しまして、 (x1,x2)=(1,1)は停留値2 (-1,-1)は0をとるという答えでいいのでしょうか? そして2問目なんですが、 縁付ヘシアンを使いまして、 |H|=|0 4x1 2x2 | |4x1 2x2-4λ 2x1 | |2x2 2x1 -2λ | とおきまして、 これを計算し、32x1^2-8x2^3+16x2^2λ+32x1^2λ とし、2乗はx1=+-1であるので、見やすいように、2乗をけして、 3乗も1乗にしました。x2=x1であるので、Xと書き換えて すると、|H|=24X+48λとなりまして、 |H|>0のとき2階の条件より極大 |H|<0のとき極小なので (x1,x2,λ)=(1,1,1/2のときは)停留値2が極大値を (-1,-1,-1/2)のときは極小値をとるという答えでいいのでしょうか? 読みにくく、わかりにくい伝え方で申し訳ありません。