极值

在数学中，最大值与最小值（又被称为极值）是指在一个域上函数取 得最大值（或最小值）的点。这个域既可以是一个邻域，又可以是整个函数域（这时极值称为最值）。

定义

局部最大值：如果存在一个 ε > 0，使的所有满足|x-x^*| < ε 的x都有f(x^*) ≥ f(x) 我们就把点x^*称为一个函数 f 的局部最大值。从函数图像上看，局部最大值就像是山顶。

局部最小值： 如果存在一个 ε > 0，使的所有满足|x-x^*| < ε 的x都有f(x^*) ≤ f(x) 我们就把点x^*称为一个函数 f 的局部最小值。从函数图像上看，局部最小值就像是山谷的底部。

全局（或称'绝对'）最大值 如果点x^* 对于任何x都满足f(x^*) ≥ f(x)，则点点x^*称为全局最大值。同样如果如果点x^* 对于任何x都满足f(x^*) ≤ f(x)，则点点x^*称为全局最小值。全局最值一定是局部极值，反之则不然。

极值的概念不仅仅限于定义在实数域上的函数。定义在任何集合上的实数值函数都可以讨论其最大最小值。为了定义局部极值，函数值必须为实数，同时此函数的定义域上必须能够定义邻域。邻域的概念使得在x的定义域上可以有|x - x^*| < ε.

局部最大值（最小值）也被称为极值（或局部最优值），全局最大值（最小值）也被称为最值（或全局最优值）.

求极值的方法

求全局极值是最优化方法的目的。对于一元二阶可导函数，求极值的一种方法是求驻点（亦称为静止点，停留点，英文原文为，stationary point），也就是求一阶导数为零的点。如果在驻点（的二阶导数为正，那么这个点就是局部最小值；如果二阶导数为负，则是局部最大值；如果为零，则还需要进一步的研究。

一般地，如果在驻点处的一阶、二阶、三阶……直到N阶导数都是零，而N+1阶导数不为零，则当N是偶数且N+1阶导数为正时，该点为极小值；当N是偶数且N+1阶导数为负时，该点为极大值；如果N是奇数，则该点不是极值。

如果这个函数定义在一个有界区域内，则还要检查局域的边界点。

例子

• 函数 $x^{2}$ 有惟一最小值，在x = 0　处取得。
• 函数 $x^{3}$ 没有最值，也没有极值，尽管其一阶导数$3x^{2}$ 在'x = 0处也为 0。因为其二阶导数(6x) 在该点也是0，但三阶导数不是零。
• 函数cos(x)有无穷多个最大值，0, ±2π, ±4π, ...，与无穷多个最小值　±π, ±3π, ... .

多变量函数

对于多变量函数，同样存在在极值点的概念，但是也有鞍点的概念。

参见

• 机械平衡
• 极值定理