Обратимся к формуле Тейлора (вопр. 11). Нас интересует случай, когда необходимые условия экстремума выполняются, т.к. в противном случае вопрос решается однозначно - экстремума нет. Поэтому будем считать:
 |
И, перенеся f(х0,y0) в левую часть, получим слева
Кроме того, обозначим
 |
Приводим к формуле:
Положим u = AΔx2 + 2B∆xΔy +CΔy2 При ρ→0 квадратичная форма u убывает со скоростью р2, т.е. быстрее. Поэтому в достаточно малой окрестности точки (х0,, y0),будет выполнятся неравенство 1/2│u│>│R│( если u не обратится в нуль). Это означает, что знак приращения совпадает со знаком u. Разумеется, в точках, где u=0, знаки ∆f и R совпадают. Имеются 3 возможности:
1. Величина u сохраняет знак, обращаясь в нуль только при ∆x=∆y=0. Такая квадратичная форма называется знакоопределенной. В этом случае сохраняет знак и приращение ∆f. При ∆f≤0 в точке (х0,, y0) имеется максимум, а при ∆f≥0 - минимум.
2. В любой оокрестности точки (х0,, y0) величина u принимает как положительные, так и отрицательные значения. Такая квадратичная форма называется знакопеременной. В этом случае меняет знак и приращение ∆f. Экстремума нет.
3. Величина u сохраняет знак, но обращается в нуль не только в начале координат. Такая квадратичная форма называется знакопостоянной. В этом случае никакого вывода сделать нельзя без исследования остаточного члена. Если в точках названной прямой остаточный член меняет знак, то экстремума нет, если сохраняет тот же знак, что и величина u - экстремум есть, если сохраняет знак противоположный u - экстремума нет.
Дело свелось теперь к установлению условий, при которых квадратичная форма u является знакоопределенной, знакопеременной или знакопостоянной. Если А = С = 0, В ¹ 0, то u = В∆х∆у, и квадратичная форма является знакопеременной. При совпадении знаков ∆х и ∆у она имеет знак В, при несовпалении - знак противоположный знаку В. В этом случае экстремума нет. Если к тому же В = 0, вопрос об экстремуме решается путем исследования остаточного члена R в каждом конкретном случае.
Пусть теперь хотя бы одна из величин А, С отлична от нуля. Положим для определенности, что А ≠ 0. Преобразуем форму u: вынесем за скобки А, прибавим и вычтем (В¸А ∆у)2. Первые три слагаемых представляют полный квадрат, два последних приводим к общему знаменателю:
1. Если В2 - АС <0, то форма знакоопределенная. Действительно,
Поэтому выражение в квадратных скобках неотрицательно и может обратится в нуль только тогда, когда оба слагаемых равны нулю. Второе обращается в 0 лишь при ∆у=0. В этом случае первое слагаемое будет равно 0 только при ∆х=0. Очевидно, что знак знакоопределенной формы u совпадает со знаком числа А.
2. Если В2 - АС >0, то форма знакопеременная. Действительно, выражение в квадратных скобках останется ∆x2 и если ∆х≠0., то ∆x2 > 0; при ∆у≠0 можно взять ∆х = -В/А∆у и выражение в квадратных скобках будет отрицательным.
3. Если В2 - АС = 0, то форма знакопостоянная. В скобках останется выражение (∆х+В/А∆у)2, которое неотрицательно. Но в нуль оно обращается не только при ∆х=∆у=0, а и тогда, когда ∆х = -В/А∆у, при любом ∆у.
