ラグランジュの未定乗数法によって求められる極値は、最大値・最小値の候補でしかないが、有界閉集合の場合には、候補点が最大・最小点を表していると考えてよい。
(1)
のときを考える
を解くと
これは
を満たす
であるから
よって、
は
において極小値0をとる
次に
のときを考える
とする
とおくと
(i)より
(ii)に代入し整理すると
ここで、
とすると(i)より
であるから、これは(iii)を満たさない
よって
であるから
のとき
(i)より
であるから、(iii)に代入すると、
よってこのとき
(複合同順)
のとき
であるから同様に
(複合同順)
よって、以上の4点が
が条件付きで極値をとる候補である
点
の近くでの
の陰関数を
とおき
とおく
を
で繰り返し微分すると
よって
である
であるから
よって点
で極大値
をとる
以下同様に
では
であるから
よって点
で極小値
では
であるから
よって点
で極小値
では
であるから
よって点
で極大値
は有界閉集合で、この上で
は連続だから、
において最小値0
、
において最大値
をとる