Основные понятия функции двух переменных

Теорема 3.2 (необходимое условие экстремума).
Если точка является точкой экстремума функции , то или хотя бы одна из этих производных не существует.
Доказательство. Зафиксируем одну из переменных. Положим, например, . Тогда получим функцию , которая является функцией одной переменной. Эта функция имеет экстремум (максимум или минимум) при . Следовательно, согласно необходимому условию экстремума функции одной переменной, , т.е. или не существует.
Аналогично можно показать, что или не существует.

Эта теорема не является достаточной для исследования вопроса об экстремальных значениях функции, но позволяет находить эти значения в тех случаях, в которых заранее уверены в существовании максимума или минимума. В противном случае требуется дополнительное исследование.
Например, функция имеет частные производные , которые обращаются в нуль при . Но эта функция при указанных значениях не имеет ни максимума, ни минимума. Действительно, эта функция равна нулю в начале координат и принимает в как угодно близких точках от начала координат как положительные, так и отрицательные значения. Следовательно, значение нуль не является ни максимумом, ни минимумом.
Например, функция имеет экстремум в точке , но не имеет в этой точке частных производных.


Геометрический смысл: равенства означают, что в точке экстремума функции касательная плоскость к поверхности, изображающей функцию , параллельная плоскости Oxy, т.к. уравнение касательной плоскости есть .


Определение 3.6. Точки, в которых хотя бы одна частная производная равна нулю или не существует, то такие точки называются критическими точками.
Если речь идет о точках, в которых частные производные первого порядка равны нулю, то такие точки называются стационарными точками.

Для исследования функции в критических точках сформулируем достаточное условие экстремума функции двух переменных. Следующую теорему примем без доказательства.