(完整版)实验五用matlab求二元函数的极值
matlab计算多元函数极值极其极值点
matlab计算多元函数极值极其极值点《从简到繁，深入探讨matlab计算多元函数极值极其极值点》1. 引言在数学中，多元函数是一种以多个变量为自变量的函数，它与一元函数有着本质的区别。
而计算多元函数的极值及其极值点是数学分析中一个重要且复杂的问题。
本文将从简到繁地探讨如何利用matlab来计算多元函数的极值及其极值点，以帮助读者更深入地理解这一数学概念。
2. 多元函数的极值我们需要明确什么是多元函数的极值。
对于一个多元函数，如果在某一点处的函数值大于或小于其邻域内所有其他点处的函数值，那么这个点就是该多元函数的极大值点或极小值点。
而这个极值点所对应的函数值就是多元函数的极值。
在matlab中，可以通过最优化工具箱中的相关函数来计算多元函数的极值，比如fmincon函数用于求解约束极小化问题。
3. 计算多元函数的极值为了更具体地说明如何在matlab中计算多元函数的极值，我们以一个简单的二元函数为例：z = f(x, y) = x^2 + y^2。
我们希望找到这个函数的极值及其极值点。
我们需要定义这个函数并选定初始点，然后利用matlab中的优化函数进行计算。
具体的代码如下：```matlab% 定义目标函数fun = @(x) x(1).^2 + x(2).^2;% 设定初始点x0 = [1, 2];% 求解极小值[x, fval] = fmincon(fun, x0, A, b, Aeq, beq, lb, ub, nonlcon);```在这段代码中，我们首先利用@(x)定义了目标函数f(x, y) = x^2 + y^2，然后设定了初始点x0 = [1, 2]。
最后利用fmincon函数计算了函数的极小值x和其对应的函数值fval。
通过这个简单的例子，读者可以初步了解如何在matlab中计算多元函数的极值。
4. 深入探讨除了简单的二元函数外，实际应用中常常遇到更复杂的多元函数，这时利用matlab计算极值就显得尤为重要。
(完整版)实验五用matlab求二元函数的极值
实验五 用matlab 求二元函数的极值1．计算二元函数的极值对于二元函数的极值问题,根据二元函数极值的必要和充分条件,可分为以下几个步骤: 步骤1.定义二元函数),(y x f z =.步骤2.求解方程组0),(,0),(==y x f y x f y x ,得到驻点.步骤3.对于每一个驻点),(00y x ,求出二阶偏导数22222,,.z z z A B C x x y y ∂∂∂===∂∂∂∂ 步骤4. 对于每一个驻点),(00y x ,计算判别式2B AC -,如果02>-B AC ,则该驻点是极值点,当0>A 为极小值, 0<A 为极大值;如果02=-B AC ,需进一步判断此驻点是否为极值点; 如果02<-B AC 则该驻点不是极值点.2．计算二元函数在区域D 内的最大值和最小值设函数),(y x f z =在有界区域D 上连续，则),(y x f 在D 上必定有最大值和最小值。
求),(y x f 在D 上的最大值和最小值的一般步骤为：步骤1. 计算),(y x f 在D 内所有驻点处的函数值；步骤2. 计算),(y x f 在D 的各个边界线上的最大值和最小值；步骤3. 将上述各函数值进行比较，最终确定出在D 内的最大值和最小值。
3．函数求偏导数的MATLAB 命令MATLAB 中主要用diff 求函数的偏导数,用jacobian 求Jacobian 矩阵。
可以用help diff, help jacobian 查阅有关这些命令的详细信息例1 求函数32824-+-=y xy x z 的极值点和极值. 首先用diff 命令求z 关于x,y 的偏导数>>clear; syms x y;>>z=x^4-8*x*y+2*y^2-3;>>diff(z,x)>>diff(z,y)结果为ans =4*x^3-8*yans =-8*x+4*y即.48,843yxyzyxxz+-=∂∂-=∂∂再求解方程，求得各驻点的坐标。
用MATLAB求极值
用MATLAB求极值灵活的运用MATLAB的计算功能，可以很容易地求得函数的极值。
例3.6.1 求223441x xyx x++=++的极值解首先建立函数关系：s yms sy=(3*x^2+4*x+4)/( x^2+x+1); ↙然后求函数的驻点：dy=diff(y); ↙xz=solve(dy) ↙xz=[0] [-2]知道函数有两个驻点x1=0和x2=-2，考察函数在驻点处二阶导数的正负情况：d2y=diff(y,2); ↙z1=limit(d2y,x,0) ↙z1=-2z2=limit(d2y,x,-2) ↙z2=2/9于是知在x1=0处二阶导数的值为z1=-2,小于0，函数有极大值；在x2=-2处二阶导数的值为z2=2/9，大于0，函数有极小值。
如果需要，可顺便求出极值点处的函数值：y1=limit(y,x,0) ↙y1=4y2=limit(y,x,-2) ↙y2=8/3事实上，如果知道了一个函数的图形，则它的极值情况和许多其它特性是一目了然的。
而借助MATLAB的作图功能，我们很容易做到这一点。
例3.6.2画出上例中函数的图形解syms x ↙y=(3*x^2+4*x+4)/( x^2+x+1); ↙得到如下图形ezplot(y) ↙如何用MATLAB求函数的极值点和最大值比如说y=x^3+x^2+1，怎样用matlab来算它的极值和最大值？求极值：syms x y>> y=x^3+x^2+1>> diff(y) %求导ans =3*x^2 + 2*x>> solve(ans)%求导函数为零的点ans =-2/3极值有两点。
求最大值，既求-y的最小值：>> f=@(x)(-x^3-x^2-1)f = @(x)(-x^3-x^2-1)>> x=fminunc(f,-3,3)% 在-3；-3范围内找Warning: Gradient must be provided for trust-region method;using line-search method instead.> In fminunc at 354Optimization terminated: relative infinity-norm of gradient less than options.TolFun.x =-0.6667>> f(x)ans =-1.1481在规定范围内的最大值是1.1481由于函数的局限性，求出的极值可能是局部最小（大）值。
matlab求曲线极值程序,matlab函数求极值matlab函数求极值.ppt
matlab求曲线极值程序,matlab函数求极值matlab函数求极值.pptmatlab函数求极值matlab函数求极值* * 函数的极值 1、⼀元函数的极值 函数命令：fminbnd 调⽤格式：[x,feval,exitflag,output]=fminbnd(fun,x1,x2,options) %求fun在区间(x1,x2)上的极值. 返回值： x:函数fun在(x1,x2)内的极值点 feval:求得函数的极值 exitflag: exitflag>0,函数收敛于解x处 exitflag=0,已达最⼤迭代次数 exiflag<0,函数在计算区间内不收敛. 例1：求函数 在 上的极⼩值. fun=inline('(x+pi)*exp(abs(sin(x+pi)))')[x,feval,exitflag,output]=fminbnd(fun,-pi/2,pi/2) fun = Inline function: fun(x) = (x+pi)*exp(abs(sin(x+pi))) x = -1.2999e-005 feval = 3.1416 exitflag = 1 output = iterations: 21 funcCount: 22 algorithm: 'golden section search, parabolic interpolation' message: [1x112 char] xx=-pi/2:pi/200:pi/2; yxx=(xx+pi).*exp(abs(sin(xx+pi))); plot(xx,yxx) xlabel('x'),grid on % 可以⽤命令[xx,yy]=ginput(1) 从局部图上取出极值点及相应函数值 例2：求解函数humps的极⼩值. type humps %humps 是⼀个Matlab提供的M 函数⽂件 function [out1,out2] = humps(x) %HUMPS A function used by QUADDEMO, ZERODEMO and FPLOTDEMO. % Y = HUMPS(X) is a function with strong maxima near x = .3 % and x = .9. % % [X,Y] = HUMPS(X) also returns X. With no input arguments, % HUMPS uses X = 0:.05:1. % % Example: % plot(humps) % % See QUADDEMO, ZERODEMO and FPLOTDEMO. % Copyright 1984-2002 The MathWorks, Inc. % $Revision: 5.8 $ $Date: 2002/04/15 03:34:07 $ if nargin==0, x = 0:.05:1; end y = 1 ./ ((x-.3).^2 + .01) + 1 ./ ((x-.9).^2 + .04) - 6; if nargout==2, out1 = x; out2 = y; else out1 = y; end[x,y]=fminbnd(@humps,0.5,0.8) x = 0.6370 y = 11.2528 xx=0:0.001:2; yy=humps(xx); plot(xx,yy) 例3：求 在(0,1)内的极⼩值. type myfunmin1 %显⽰M⽂件内容 function f=myfunmin1(x) f=x.^x; [x,y]=fminbnd(@myfunmin1,0,1) x = 0.3679 y =0.6922 xx=0:0.001:1; yy=myfunmin1(xx); plot(xx,yy) [x,y]=fminbnd('x.^x',0,1) x = 0.3679 y = 0.6922 2、 多元函数的极值 函数命令：fminsearch 调⽤格式：[x,feval,exitflag,output]=fminsearch(fun,x0,optipons) % 求在x0附近的极值 例4：求 的极⼩值. type myfunmin2 function f=myfunmin2(v) x=v(1); y=v(2); f=100*(y-x.^2).^2+(1-x).^2;[sx,sfeval]=fminsearch(@myfunmin2,[1 1]) sx。
用MATLAB软件求极值和最值
运行结果: x_max =
2.8498
f2_min = -1.7452
flag = 1
f_max = 1.7452
输入命令: fplot(f1,[-5 5]) 可得函数的曲线如下:
小结
1. 解非线性方程(组)的命令, 调用格式是:
solve('eqn1','eqn2’ , ,... , 'பைடு நூலகம்qnN’ )
2. 求函数的极值的方法: 求驻点
3. 求函数在给定区间上的最小值, 命令调用格式:
x= fminbnd (y,x1,x2)
先来求函数的最小值. 输入以下命令: f1='(x^3+x^2-1)/(exp(x)+exp(-x))'; [x_min,f_min,flag]=fminbnd(f1,-5,5)
运行结果: x_min =
- 3.3112
f_min = - 0.9594
flag = 1
再来求函数的最大值. 输入以下命令: f2='-(x^3+x^2-1)/(exp(x)+exp(-x))'; [x_max,f2_min,flag]=fminbnd(f2,-5,5) f_max=-f2_min
为极值点.
解 输入下列命令: y='x^3+2*x^2-5*x+1'; dy=diff(y) x=solve(dy) x=double(x) y1=x.^3+2*x.^2-5*x+1
运行结果: dy = 3*x^2+4*x-5
作函数曲线: fplot(y, [-4,2])
x= [ -2/3+1/3*19^(1/2)] [ -2/3-1/3*19^(1/2)]
利用MATLAB软件求解一元和二元函数的极值
利用MATLAB软件求解一元和二元函数的极值作者：易强吕希元来源：《课程教育研究》2018年第40期【摘要】本文主要介绍利用MATLAB软件在电脑上来求解微积分里的一元和二元函数的极值的计算问题。
【关键词】MATLAB ;极值 ;输入命令【中图分类号】O172 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）40-0149-01在微积分的教材中出现比较多的知识点，包括一元函数的性质和计算其极值、最值等问题，尤其更难的是对二元函数f（x，y）极值的计算，难度相当大，传统的计算一般是人们在草稿纸上进行演算，费时费力，而且准确度不高，往往容易计算错误，由于上述的缺点，本文简单介绍用MATLAB来求解，利用它可以很方便，快捷的得到准确结果。
一、M函数文件函数定义的一般格式function [输入变量列表]=函数名（输入变量列表）注释说明语句段 ;% 为 help look for 提供在线帮助信息函数体语句段 ; ;% 函数语句块特定规则：<1> 函数文件第一行必须以单词 function 作为引导词，定义一个函数，必须遵循如下形式：Function <因变量>=<函数名>（<自变量>）<2> 函数文件的文件名必须是<函数名>. m.<3> 程序中的变量均为局部变量，不保存在工作空间中，其变量只在函数运行期间有效，函数文件执行完后，将自动被清除。
二、求一元函数的极值利用 MATLAB 的计算功能，可以很方便求一元函数极值。
例1 求y=■的极值解：输入命令：syms ;x ; ;% 将变量 x 符号化y=（3*x^2+4*x+4）/（x^2+x+1） ; ; ; % 建立函数关系dy=diff（y） ; ; ; % 求导数xz=solve （dy） ; ;% 求函数的驻点：得结果 ; ;xz=[0] ; [-2]由此知道函数有两个驻点x1=0和x2=-2，考查函数在驻点处二阶导数的正负情况：再输入命令：d2y=diff（y，2）;z1=limit（d2y，x，0）得结果z1=-2输入命令：z2=limit（d2y，x，-2）得结果 z2=■于是知在x1=0处二阶导数的值为z1=-2，小于0，函数有极大值;在x2=-2处二阶导数的值为z2=■ ，大于0，函数有极小值，如果需要，可顺便求出极值点的函数值：输入命令：y1=limit（y，x，0）得结果：y1=4输入命令：y2=limit（y，x，-2）得结果：y2=■.三、求二元函数的极值利用MATLAB 计算二元函数的极值，主要有以下几步：步骤1. 定义多元函数z=f（x，y）.步骤2. 求解偏导数方程组fx（x，y）=0，fy（x，y）=0，得到驻点。
用MATLAB求极值
用MATLAB求极值灵活的运用MATLAB的计算功能，可以很容易地求得函数的极值。
例3.6.1 求223441x xyx x++=++的极值解首先建立函数关系：s yms sy=(3*x^2+4*x+4)/( x^2+x+1); ↙然后求函数的驻点：dy=diff(y); ↙xz=solve(dy) ↙xz=[0] [-2]知道函数有两个驻点x1=0和x2=-2，考察函数在驻点处二阶导数的正负情况：d2y=diff(y,2); ↙z1=limit(d2y,x,0) ↙z1=-2z2=limit(d2y,x,-2) ↙z2=2/9于是知在x1=0处二阶导数的值为z1=-2,小于0，函数有极大值；在x2=-2处二阶导数的值为z2=2/9，大于0，函数有极小值。
如果需要，可顺便求出极值点处的函数值：y1=limit(y,x,0) ↙y1=4y2=limit(y,x,-2) ↙y2=8/3事实上，如果知道了一个函数的图形，则它的极值情况和许多其它特性是一目了然的。
而借助MA TLAB的作图功能，我们很容易做到这一点。
例3.6.2画出上例中函数的图形解syms x ↙y=(3*x^2+4*x+4)/( x^2+x+1); ↙得到如下图形ezplot(y) ↙如何用MATLAB求函数的极值点和最大值比如说y=x^3+x^2+1，怎样用matlab来算它的极值和最大值？求极值：syms x y>> y=x^3+x^2+1>> diff(y) %求导ans =3*x^2 + 2*x>> solve(ans)%求导函数为零的点ans =-2/3极值有两点。
求最大值，既求-y的最小值：>> f=@(x)(-x^3-x^2-1)f = @(x)(-x^3-x^2-1)>> x=fminunc(f,-3,3)% 在-3；-3范围内找Warning: Gradient must be provided for trust-region method;using line-search method instead.> In fminunc at 354Optimization terminated: relative infinity-norm of gradient less than options.TolFun.x =-0.6667>> f(x)ans =-1.1481在规定范围内的最大值是1.1481由于函数的局限性，求出的极值可能是局部最小（大）值。
matlab求多元函数最大值程序
matlab求多元函数最大值程序在MATLAB中，我们可以使用fmincon函数来求解多元函数的最大值。
fmincon函数是MATLAB优化工具箱中的一个函数，用于求解具有约束条件的优化问题。
通过设置合适的约束条件和目标函数，我们可以使用fmincon函数来找到多元函数的最大值。
我们需要定义多元函数和约束条件。
假设我们要求解一个二元函数f(x1, x2)，其中x1和x2是变量。
我们还需要定义一个约束函数g(x1, x2)，该函数描述了变量的约束条件。
在MATLAB中，我们可以通过定义一个函数句柄来表示目标函数和约束函数。
下面是一个简单的例子，我们要求解二元函数f(x1, x2) = x1^2 + x2^2的最大值，其中x1和x2的取值范围在[-1, 1]之间。
我们可以使用fmincon函数来实现这个求解过程。
我们需要定义目标函数和约束函数：```matlabfunction f = objective(x)f = -1 * (x(1)^2 + x(2)^2);endfunction [c, ceq] = constraints(x)c = [];ceq = [];end```在这个例子中，我们的目标函数是负的二次函数，即我们要求解的是最大值。
约束函数为空，表示没有额外的约束条件。
接下来，我们需要设置初始点和变量的取值范围：```matlabx0 = [0, 0];lb = [-1, -1];ub = [1, 1];```在这个例子中，初始点为[0, 0]，即我们从原点开始搜索最大值。
变量的取值范围在[-1, 1]之间，即x1和x2的取值范围都在[-1, 1]之间。
我们可以使用fmincon函数来求解最大值：```matlaboptions = optimoptions('fmincon','Display','iter');[x, fval] = fmincon(@objective, x0, [], [], [], [], lb, ub, @constraints, options);```在这个例子中，我们使用了optimoptions函数来设置fmincon函数的参数。
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实验五 用matlab 求二元函数的极值1．计算二元函数的极值对于二元函数的极值问题,根据二元函数极值的必要和充分条件,可分为以下几个步骤: 步骤1.定义二元函数),(y x f z =.步骤2.求解方程组0),(,0),(==y x f y x f y x ,得到驻点.步骤3.对于每一个驻点),(00y x ,求出二阶偏导数22222,,.z z z A B C x x y y ∂∂∂===∂∂∂∂ 步骤4. 对于每一个驻点),(00y x ,计算判别式2B AC -,如果02>-B AC ,则该驻点是极值点,当0>A 为极小值, 0<A 为极大值;如果02=-B AC ,需进一步判断此驻点是否为极值点; 如果02<-B AC 则该驻点不是极值点.2．计算二元函数在区域D 内的最大值和最小值设函数),(y x f z =在有界区域D 上连续，则),(y x f 在D 上必定有最大值和最小值。
求),(y x f 在D 上的最大值和最小值的一般步骤为：步骤1. 计算),(y x f 在D 内所有驻点处的函数值；步骤2. 计算),(y x f 在D 的各个边界线上的最大值和最小值；步骤3. 将上述各函数值进行比较，最终确定出在D 内的最大值和最小值。
3．函数求偏导数的MATLAB 命令MATLAB 中主要用diff 求函数的偏导数,用jacobian 求Jacobian 矩阵。
可以用help diff, help jacobian 查阅有关这些命令的详细信息例1 求函数32824-+-=y xy x z 的极值点和极值. 首先用diff 命令求z 关于x,y 的偏导数>>clear; syms x y;>>z=x^4-8*x*y+2*y^2-3;>>diff(z,x)>>diff(z,y)结果为ans =4*x^3-8*yans =-8*x+4*y即.48,843yxyzyxxz+-=∂∂-=∂∂再求解方程，求得各驻点的坐标。
一般方程组的符号解用solve命令，当方程组不存在符号解时，solve将给出数值解。
求解方程的MATLAB代码为：>>clear;>>[x,y]=solve('4*x^3-8*y=0','-8*x+4*y=0','x','y')结果有三个驻点，分别是P(-2,-4),Q(0,0),R(2,4).下面再求判别式中的二阶偏导数：>>clear; syms x y;>>z=x^4-8*x*y+2*y^2-3;>>A=diff(z,x,2)>>B=diff(diff(z,x),y)>>C=diff(z,y,2)结果为A=2*x^2B =-8C =4由判别法可知)2,4(--P和)2,4(Q都是函数的极小值点，而点Q(0,0)不是极值点，实际上，)2,4(--P和)2,4(Q是函数的最小值点。
当然，我们可以通过画函数图形来观测极值点与鞍点。
>>clear;>>x=-5:0.2:5; y=-5:0.2:5;>>[X,Y]=meshgrid(x,y);>>Z=X.^4-8*X.*Y+2*Y.^2-3;>>mesh(X,Y,Z)>>xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z')结果如图16.5.1图16.5.1 函数曲面图可见在图6.1中不容易观测极值点,这是因为z的取值范围为[-500,100],是一幅远景图,局部信息丢失较多,观测不到图像细节.可以通过画等值线来观测极值.>>contour(X,Y,Z, 600)>>xlabel('x'),ylabel('y')结果如图16.5.2图16.5.2 等值线图由图16.5.2可见,随着图形灰度的逐渐变浅,函数值逐渐减小,图形中有两个明显的极小值点)2,4(--P和)2,4(Q.根据提梯度与等高线之间的关系,梯度的方向是等高线的法方向,且指向函数增加的方向.由此可知,极值点应该有等高线环绕,而点)0,0(Q周围没有等高线环绕,不是极值点,是鞍点.例２求函数xyz=在条件1=+yx下的极值..构造Lagrange函数)1(),(-++=yxxyyxLλ求Lagrange函数的自由极值.先求L关于λ,,yx的一阶偏导数>>clear; syms x y k >>l=x*y+k*(x+y-1); >>diff(l,x)>>diff(l,y)>>diff(l,k)得,1,,-+=∂∂+=∂∂+=∂∂yxLxyLyxLλλλ再解方程>>clear; syms x y k>>[x,y,k]=solve('y+k=0','x+k=0','x+y-1=0','x','y','k')得,21,21,21-===λyx进过判断,此点为函数的极大值点,此时函数达到最大值.例3抛物面22yxz+=被平面1=++zyx截成一个椭圆,求这个椭圆到原点的最长与最短距离.这个问题实际上就是求函数222),,(zyxzyxf++=在条件22yxz+=及1=++zyx下的最大值和最小值问题.构造Lagrange函数)1()(),,(22222-+++-++++=zyxzyxzyxzyxLμλ求Lagrange函数的自由极值.先求L关于μλ,,,,zyx的一阶偏导数>>clear; syms x y z u v>>l=x^2+y^2+z^2+u*(x^2+y^2-z)+v*(x+y+z-1);>>diff(l,x)>>diff(l,y)>>diff(l,z)>>diff(l,u)>>diff(l,v)得μλμλμλ+-=∂∂++=∂∂++=∂∂z z L y y y L x x x L 2,22,221,22-++=∂∂-+=∂∂z y x L z y x L μλ再解方程>>clear;>>[x,y,z,u,v]=solve('2*x+2*x*u+v=0','2*y+2*y*u+v=0','2*z-u+v=0', 'x^2+y^2-z=0','x+y+z-1=0','x','y','z','u','v')得.32,231,33117,3353μ=±-==±-=±-=z y x μλ上面就是Lagrange 函数的稳定点，求所求的条件极值点必在其中取到。
由于所求问题存在最大值与最小值（因为函数f 在有界闭集}1,:),,{(22=++=+z y x z y x z y x ，上连续，从而存在最大值与最小值），故由359.)32,231,231(μμ=±-±-f 求得的两个函数值，可得椭圆到原点的最长距离为359+，最短距离为359-。
习题16-51.求1444+-+=xy y x z 的极值，并对图形进行观测。
2.求函数()222,y x y x f +=在圆周122=+y x 的最大值和最小值。
3.在球面1222=++z y x 求出与点(3,1,-1)距离最近和最远点。