Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

RII_OCR[1]

.pdf
Скачиваний:
65
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
8.54 Mб
Скачать

функция имеет непрерывные частные производные. то полный диффе­

ренциал существует 11 равен

дг

дг

(10.1)

dZ=-dх+-dу

дх

ду'

 

где dx = ~x, dy = ~y - произвольные приращения

независимых

перемеIlНЫХ, называемые их дифференциалами.

Для функции n переменных у = [(XI,

Х2, ... , хn) полный

диффе­

ренциал определяется выражеиием

 

 

ду

ду

ду

(10.2)

dY=-дdX1+-дdX2+"'+-аdxn

ХI

Х2

Хn

 

Пример 1_ Найти полное приращение и полный дифференциал

функции z = х2 - ху +у2.

~По определению

= + ~X? - + ~x) (у + ~y) + + ~y? -

х2 + ху _

у2 =

= х2

+

2x~x + ~x2 -

ху _ x~y _

y~x _ ~~y +

у2 + 2y~y + ~y2 _

-

х2

+ xv - у2 =

2x~ -

x~y + 2y~y - y~x + ~2 -

~x~y +

 

 

+ ~y = (2х -

y)~x +

(2у -

x)~y + f.x 2 _

~~y

+ ~y2.

 

 

Выражение (2х -

y)~ + (2у -

x)~y, линейное относительно

~x и

~y, есть дифференциал dz, а

величина

а =

~x2 -

~x~y +

~y2 -

бесконечно малая боле~. высокого

порядка

по

сравнению

с

~p =

= -y~x2 + ~y2. Таким образом,

= dz + а.

~

 

 

Iп2 2 +

Пример 2. Найти

полиый дифференциал фУНКЦIIИ и =

+у2 _ г2).

~Вначале находим частные производные:

 

 

дu = 2 Iп (х2 + у2 _ г2)

 

1

2х,

 

 

 

 

дх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х2

+у2 _

г2

 

 

 

 

дu

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

-ду

=

2 Iп (х

 

+у2 - г)х

222 - 2у;

 

 

 

 

дu

 

 

 

2'

 

 

2

 

 

2)

 

 

I

 

)

 

 

 

-дг

=

2 Iп (х

 

 

+

у

 

-

z

х2 2 - z2 • ( -

.

 

Согласно формуле

(10.2),

получаем

 

 

 

 

 

 

 

du = 4 Iп (х2 +у2 -

 

z2)

 

2

12

 

'2(xdx + ydy - zdz).

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х +у -г

 

 

 

 

 

пQлный диффереициал часто нспользуется для приближенных

вычислений зиачений функции, так как ~г ~ dz,

т. е.

 

 

 

 

[(хо +~x, уо + ~y) ~ [(хо,

 

уо) +dz(xo,

уо).

 

 

Пример 3. Вычислить приближенно (1,02)з.01.

 

 

 

~ Рассмотрим

фуикцию

 

z = гУ. При хо = 1 и уо = 3 имеем го =

= 13 = 1, ~x = 1,02 -

1 =

 

0,02,~y = 3,01 '-.3 = 0,01.

Находим полный

дифференциал функции z

 

=

х

У

в любой точке:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz =

YXy-I~Х +х

У

Iп x~y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисляем

его

значение

 

в

 

точке

М (1, 3)

при

данных

прираще­

ниях

~x = 0,02

и

~y =

0,01:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz = 3 • 12 • 0,02 + 13 • 1п.1

• 0,02 = 0,06.

 

 

Тогда

z = (1,02)з.оl ~ го +dz = 1 +0,06 =

1,06. ~

 

 

 

213

Функция z = [(и, v), где и = q>(x, у), v = 'Ф(Х, у), называется слож­

ной функцией nеременных х и Ij. Для нахождения частных производных t'ложных функций используются следующие формулы:

az _

az ди

+ az av

 

дХ -

дU дХ

-av- дХ'

. (10.3)

az _

az ди

+ az av

ау -

дU ау

-av- ау.

 

в случае, когда и = q>(x), v = ф(х), вторая из формул (10.3) исчезает (т. е. превращается в тождественный нуль), а первая пре­

образуется к виду

dz _

az du + az dv

(10.4)

dx -

ди dx

av dx'

 

Если же и = х, v = у = ф(х), то формула (10.4) имеет вид

 

dz _ az + az dy

(10.5)

dx -

дх

ду dx·

 

В последней формуле ~: называется полной nроиЗ80дной функции

•• az)

( в отличие от частнои производнои дх

Пример 4. Найти частные производные функции z = siп (uv), где и=2х+3у; v=xy.

~Имеем:

az

v cos (UV)' 2

+ и cos (uv)y = cos (2х2у

+ 3ху2). (4ху + 3у2),

=

х

 

 

.

az

 

+ и cos (uv)x = cos (2х2у

+ зху2). (6ху + 2). ~

ду = v cos (uv)· 3

Пример 5. Найти· полную производную

функции и =х + у2 + Z3,

где у =

siп х; z = cos х.

 

~Имеем:

~

~

~~

~~

 

 

 

cos +

2

 

dx =

дх + ду dx + az dx = 1 +

3z ( - slП х) =

 

 

=

1 + 2 siп х cos х -

3 cos2 Х siп х.

~

 

Если уравнение F(x, у) = О задает некоторую функцию у(х) в

неявном виде и F~(x,

у) =1= о, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

F~(x,

у)

 

 

 

(10.6)

 

 

 

dx =

-

F;(x,

у)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если уравнение F(x, у,

z) =

О

задает

функцию двух переменных

z(x, у) в неявном

виде и F~(x, у,

z) =

о, то справедливы формулы:

 

az

=

F;(x,

у,

z)

 

az

 

 

F~(x,

у,

z)

(10.7)

 

дх

F~(x,

у,

z)

,

ду

=

-

F~(x,

у,

.~) .

 

 

Пример 6. Найти производную функции у, заданной неявно уравне­

нием х3 + у3 -

еХУ -

 

5 = о.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

214

~Согласно формуле (10.6), имеем

 

dy

зх2 _ еХУу

 

 

dx= у2_ еXUх'

~

Пример 7. Найти частные производные функции z, заданной

иеявно уравиением xyz

+ х3 -

у3 - Z3 + 5 =

о.

~Воспользуемся формулами (10.7). Получим:

az yz + Зх2 az xz _ 3у2

дх = - ху-зz2' ду= - ху-Зz2 ' ~

А3-10.2

1. Найти полные дифференциалы ~едующих функций:

а) Z=X3txy2tx2y;

б) z=€f -у;

в) и = siп (xy2z ).

.

2. Вы~ислить приближенно данные выражения, заме­ нив приращения соответствующих функций их полными дифференциалами: .

а)

(1,02)3 (0,97)3;

б) .у

(4,05)2 + (2,9з)2.

 

 

 

(Ответ: а) 0,97; б) 4,998.)

 

 

 

 

 

3.

Найти частные производные функции z =.у

и2 + и2

,

если и = х siп у, и = у cos х.

 

 

Iп (иЗ +

4.

Найти частные производные функции w =

+ и3 -

t3), если и = ху,

и = х/у, t = еХУ

 

 

 

5.

Найти производную функции z = tg2 2 -

у2), если

у= siп-...Гх.

 

 

 

 

 

 

 

6.

Найти производную функции у, заданной неявно

уравнением siп ху - х2 -

у2 = 5.

 

 

.

7.

Найти частные производные Фrнкции z, заданной

неявно уравнением xyz -

siп2 xyz

 

+ х + у3 + Z3 = 7.

8.

Вычислить значения частных производных функции

г, заданной

неявно уравнением

 

х +if + Z3 -

xyz = 2,

в точке Мо(1,

1, 1). (Ответ: -1,

-1.)

 

 

 

Самостоятельная работа

1.

Найти:

 

функции и =

z arctg (х/у);

а)

полный дифференциал

б)

производн~ю

функции

у, заданной

уравнением

siп3 ху2 +cos3 ух =

1.

 

 

2.

Найти:

 

 

 

а)

полный дифференциал функции z = ctg3(xy2 _ у3 +

2у);

215

б)

производную функции z =

arctg~x2

 

 

+у2'''если у =

_х'.

 

 

 

3.

Найти:

 

 

 

а)

полный дифференциал функции z = eCOS'(x' - у2);

б)

частные производные функции z, заданной уравне­

нием

ry2z2 + - 8xz3 + Z4 =

10.

 

 

10.3. ЧАСТНЫЕ ПРОИ3ВОДНЫЕ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ. КАСАТЕЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ И НОРМАЛЬ К ПОВЕРХНОСТИ

Частными nроизводными второго порядка называЮТ частные произ-

водцые, взятые от частных производных первого порядка:

2

д (aZ)

"

az

дх2 =

дх дх

= [хх(Х, у),

IJ2z =

ду22

az

дхду =

дудх

a2z =

д (aZ)

ду ду =

д (aZ)

ду дх =

д (aZ)

дх ду =

[" ( ")

уу х, у ,

[" (

)

ху х, у ,

[" (

)

УХ Х,

у.

Аналогично определяются частные пронзводные третьего и' более

a'z

высоких порядков. Запись k - k означает, что функция Z k раз продх ду'

дифференцирована по переменной х и n - k раз по пере"lенной у. Частные производные [:у(х, у) и [;х(х, у) называЮТСЯ смешанными.

Значения смешанных производных равны в тех точках, в которых эти'

произ~одные непрерывны.

Пример 1. Найти частные производные второго порядка функции

Z = ex'u'.

~Вначале найдем частные' производные первого порядка:

az

 

Х, ,

 

 

 

 

 

2

 

az

= е

Х, ,

 

2

 

-дх =

е

у

·2ху

'

 

-ду

 

у

у.

Продифференцировав их еще раз, получим:

 

 

 

 

a2z

= е

х'у'

.

 

4

 

2

 

4 +

 

х'у'

.

2

2

 

дх2

 

 

 

 

 

х

 

у

 

 

 

 

е

 

 

 

 

у,

 

2

 

 

х'у'

 

4 4

 

2 +

 

х'у'

 

2 2

 

a Z

 

 

.

у

е

.

 

-=е

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х,

 

ду2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2z

 

 

 

 

Х22

 

 

 

3

У

3

+

е

Х 2 2

4ху,

- '=- е

 

у

 

 

 

у

дхду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iJ2z

 

 

е

х'у'

.

4

3

у

3 +

е

х'у'

4

 

-- =

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

 

ху.

дудх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2z a2z

СрВМlJfВзя последние два выражения, видим, что дхду = дудх' ~

2i6

Пример 2. Доказать,

что функцня z = arctg.!!.... удовлетворяет

 

a2z a2z

х

уравнению Лапласа

= О.

- 2 +- 2

 

дх

ду

 

~Находим:

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

a 2z a

2 z _

2ух

_

2ху

= О

дх2+ ду2-(х2

+ у2?

 

(х2 + у2?

-

. ~

Полный дифференциал второго порядка d 2z

функции z = [(х. у)

выражается формулой

 

 

2

 

 

2

2

2

 

 

d d

+a

a2zd 2+2 a z

Z

d z= - x

--ху

d.

 

дх2

дхду

 

ду2

 

Пример 3. Найти полный дифференциал .второго порядка фуикции z=x3 + у3 + х2у2.

~Находим частные производные второго порядка:

az

 

2

+ 2ху2,

az

2

2

 

 

дх = Зх

 

ду = зу

 

+ 2х у,

 

 

a2z

 

 

 

2у2,

a2z

 

2

a2z

 

__ = +

-- =

+

-- = 4ху.

дх2

 

 

 

 

ду2

 

 

дхду

 

Следовательно;

 

 

 

 

 

 

 

d 2z =

(6х + 2y 2)dx2 + 8xydxdy + (6у + 2x2)dy 2.

~.

Если поверхность

задана уравнением

z = [(х. у),

то уравнение

касательной плоскости в точке Мо(Хо, Уо, :со) к данной поверхности:

z - Zo = Щхо. уо) (х - хо) + [~(Xo. уо) (у - Уо).

(\0.8)

а канонические уравнения нормали, проведениой через точку Мо(Хо, уо)

поверхности:

 

 

х -

хо

у -

уо

= z -

Zo

(\0.9)

 

 

Щхо. уо)

n(Хо, уо)

-

\

 

 

 

В случае, когда уравнеиие гладкой поверхности задано внеявном

виде:

Р(х,

у. z) = О.

и Р(хо. Уо,

zo) =

О, то уравнение касательной

плоскости в точке Мо(Хо, Уо. zo) имеет вид

 

 

F~(xo.

уо.

zo) - хо) + P~(Xo,

Уо. zo) -

уо) + F~(xo. уо. zo) (z - zo) = О.

 

 

 

 

 

 

 

 

(\0.10)

ауравнение нормали -

х - хо

 

у -

уо

z -

Zo

 

(\0.\\)

P~(Xo. уо.

zo)

P~(Xo. уо, zo)

----о ~

P~(Xo. Уо, zo)

 

 

 

Пример 4. Найти

уравнение

касательной· плоскости

и

уравнения

нормали к поверхности х + у3 +

Z3 + xyz -

6 =

О в точке Мо(\. 2, -

1).

~ Вычисляем значения частных производных в точке

Мо(\, 2. -

\):

P~(Xo, Уо.

zo) = (зх2 + yz)

1М' = \.

 

 

 

Р; (хо, Уо,

Zo) = (3у2 + xz)

м. = \\,

 

 

 

P~(Xo, уо.

zo) = (зz2 + ух)

м. = 5.

 

 

 

2\7·

Подставляя НХ в уравнения (10.10) и (10.11), получаем соответственно уравнение касательиой плоскости

(х-1)+ II(y-2)+5(z+ 1)=0

иканонические уравнения нормали

х-1 у-2 z+1

- 1 - =-1-1- = - 5 - ~

А3-10.3

1. Найти частные производные второго порядка ука­

занных функций и проверить, равны ли их смещанные

частные производных:

 

 

 

 

 

 

'а) z= ~-V(Х2+у2)3;

б) Z=lп(х+-Vх

 

 

2+у2);

в) z=еХ(siпу+соsх);

г)

z=arctg x +y .

.

 

 

 

 

1 -ху

2. Доказать,

что функция

z =

еХ(х cos у - у sin у)

удовлетворяет уравнению

д2~ +д2~ =

О.

 

 

дх

ду

 

 

 

 

3. Доказать, что функция z = e- cos + Зу) удовлетворяет

уравнению 9. a2z = a2z .

 

 

 

 

 

 

дх2

ду2

 

 

 

 

 

 

4. Найти уравнение касательной плоскости и уравне­

ния нормали к

поверхности

xyz2

+

2у2 + 3yz +4 = О в

точке Мо(О, 2, -2).

5. Найти уравнения касательной плоскости и нормали

к поверхности z = -}х2 - -} у2 В точке Мо(3, 1,

4). ( Ответ:

3х -

у - z =

4

х-3 у-1 Z-4)

.

 

'-з- =--=т---=т-.

 

6.

Для эллипсоида х2 + 2у2 +z = 1 записать уравне­

ние

касательной плоскости, параллельной

плоскости

x-у+2z=О. (Ответ: x-y+2z= +-flli2.)

С~мостоятельная работа

1. 1. Найти частные производные второго порядка

функции z = In(x2+у2).

 

2. Записать уравнения касательной плоскости и нор­

мали к поверхности х2 +2у2

+ зz2 = 6 в точке Мо(1, - 1, 1).

2. 1. Найти частные производные второго порядка

функции z = еХу2

"

2. Записать уравнения касательной плоскости и

нормали к поверхности z =

1 +х2 +у2 В точке Мо(1, 1, zo).

218

3. 1. Найти частные производные второго порядка

функции z = (х +у)/(х - у).

 

 

2.

Записать уравнения касательной плоскости и нор­

мали к

поверхности x 2z - xyz +у2 -

Х - 3 =

О в точке

Мо( -2, 3, zo).

 

 

10.4. ЭКСТРЕМУМ ФУНКЦИИ ДВУХ ПЕРЕМЕННЫХ

Точка

Мо(Хо, уо) иазывается точкой

ЛОIWЛыюго

максимума

(минимума) функции z = [(х, у), если для всех точек М(х,

у), отличных

от Мо(Хо, уо) и принадлежащих достаточно малой ее окрестности,

выполняется неравенство

[(хо, Уо) -;;:. [(х, у) ([(хо, уо) ~ [(х, у».

Максимум или мииимум функции называется ее экстремумом. Точка,

в которой достнгается экстремум функции, называется точкой экстре­

мума функции.

Теорема 1 (необходUAlblе условия 8кстремума). Если точка

Мо(Хо, уо) является точкой экстремума функции [(х, у), то [~(Xo, уо) = = n(хо, уо) = о или хотя бbl одна из этих nроизводНblХ не существует.

Точки, для которых эти условия выполнены, называются стацио­ нарными или критическими. Точки экстремума всегда являются

стационарными, но стационарная точка 'может и не быть точкой экстремума. Чтобы стационарная точка была ТОЧКОй экстремума, должны 'выполняться достаточные условия экстремума.

Для того чтобы сформулировать достаточные условия экстремума

функции

двух переменных, введем

следующие

обозначения:

А =

= [:х(хо,

Уо, 8 = fJiy(xo, уо), С = fFfy(Xo,

уо), L'1 = АС -

82.

 

Теорема 2 (достаточные условия экстремума).

Пусть функция

z =

= [(х, у)

имеет непрерывные частные nроизводные

до третьего порядка

включительно в некоторой области, содержащей стационарную точку

Мо(Хо, уо). Тогда:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

если

L'1

> о,

то точка Мо(хо, уо) является точкой экстремума

для данной

функции, причем МО будет

точкой максимума

при А < О

< о) и точкой минимума при А > О (С> о);

 

 

 

 

 

2)

если

L'1

< о,

то в точке Мо(Хо, уо) экстремума нет;

 

 

 

 

3)

если

L'1

= о,

то экстремум может быть, а может и не быть.

Отметим,

что

случай

3 требует

дополнительных

исследований.

Пример

1.

Исследовать

на экстремум

функцию

z =

х

З

+ уЗ -

3ху.

 

~

Так

как в

данном

az

и

az

существуют,

то

случае дх

ду всегда

для нахождения стационарных (критических) точек получаем систему

уравнений (см. теорему 1):

az

2

3у = о,

дх =

-

az

3у2 -

= о.

ду =

Решаем систему уравнений

х2 _у=0, }

у2 -х=О,

откуда х, = о, Х2 = 1, у, = о, У2 = 1. Таким образом, получили две стационарные точки: М,(о, о) и M2 (1, 1).

219

Находим:

 

 

д22

 

 

 

 

А=-=6х,

 

 

 

 

 

ilx2

 

 

 

Тогда L'1

= АС -

В2 = 36ху -

9.

-9 < О, т. е. в этой точке экстремума

В точке М ,(О, О) величина L'1 =

нет. В точке M2 (1, 1) величина L'1

= 27 > О и А = 6 > О; следовательно,

в этой

точке

данная функция

достигает локального минимума:

2т;п= -1 .....

 

 

 

найденный при условии q>(X, У) = О,

Экстремум функции 2 =

[(х,

У),

называется УСЛОВНЫМ. Уравнение q>(x, У) = О называется уравнением

связи. Геометрически задача отыскания условного экстремума сво­

дится к нахождению экстремальных точек кривой, по которой поверх­

ность 2

=

[(х,

У) пересекается

с цилиндром q>(x, У) =

О.

 

 

Если

из

уравнения

связи

q>(x,

У) = О найти

У =

у(х) и подставить

в фуtlкцию 2

= [(х,

У), то задача

отыскания

условного экстремума

сво­

дится

к

нахождению

экстремума

функции

одной

переменной

2 =

= [(х, у(х».

2. Найти

 

 

 

 

 

 

х2 -

 

 

 

Пример

экстремум

функции

2 =

у2 при

условии,

что У =

-

6.

У =

- 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~

Подставив

в

данную функцию,

получим

функцию

одной переменной х:

 

 

 

 

+ 24х -

 

 

 

 

 

 

2 = х2 -

(2х -

6)2,

2 = - 2

36.

 

 

Находим z' =

-6х +24;

z' =

О, откуда х =

4.

 

 

 

Так

как

z" =

- 6 < О,

то

в

точке

M t (4,

2)

даиная

функция

достигает условного максимума: Zm"x = 12.....

Дифференцируемая функция в ограничениой замкнутой области

D достигает своего наабольшего (наименьшего) значенuл либо в

стационарной точке, лежащей внутри области Ь, либо на границе этой

Обла~ти. Для отыскания_наИбольшего и наименьшего значений функции

в замкнутой области D необходимо найти все критические точки, лежащие внутри даниой области и на ее граиице, вычислить значения функции в этих точках, а также во всех остальных точках граиицы,

а затем путем сравнения полученных чисел выбрать наибольшее

инаименьшее из них.

Пример

3. Найти наибольшее и

наименьшее значения функции

z = х2 +у2 -

ху +х +У в области,

ограничеиной линиими х = О,

У=О, х+у= -3.

~Находим стационарную точку М, из следующей системы:

~;= - У+ 1 = О, }

az

-=2у-х+ 1 =0,

ду

откуда х = -1, У = -1. Получили

точку М,( -1, -1) в которой

z,=2(-I, -1)= -1.

 

 

 

Исследуем данную

функцию

на

границе области. На прямой

ОВ .(рис. 10.3), где х = О,

имеем z =

у2

+ У и задача сводится к отыска­

нию наибольшего и иаименьшего зиаченнй функции одной переменной на отрезке [ - 3; О]. Находим z~ = + 1 = О, У = - 1/2, Z;y = 2. Получили точку условного локального мииимума М2{О, - 1/2), в кото­

рой 22 = z(O, -1/2) = -1/4.

На концах отрезка ОВ Z3 = 2(0, - 3) = 6, z. = z(O, О) = О.

220

у

х

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

10.3

 

 

 

 

 

 

Аналогично на прямой ОА,

где У = О, имеем: z = х" + х, г~ = +

+ ! = О, х = -

 

1/2,

г';х = 2,

т. е. мз( -

1/2, О) - точка локального

минимума,

в

которой

г5 = г( -1/2,

О) = -1/4.

В

точке

А

г6 =

=г(-3,О)=6.

 

 

 

 

х + У =

 

 

 

 

 

 

 

На отрезке

АВ прямой

-3

имеем,

исключив

У

из z

в

соответствии

с

 

уравнением

у = -

3: z = Зх2

+ + 6,

г; =

= + 9 =

О, х =

-3/2, отсюда находим стационарную точку М.( -3/2,

-3/2), в

которой

Zi= г( -3/2, -3/2) =

-3/4. На

концах

отрезка

АВ "Значения функции уже найдены.

 

 

.

 

 

 

 

 

Сравнивая

 

все

полученные

значения

функции г, заключаем, что

:гиаиб = 6 достигается· в

точках

А( -

3,

О) и

В (О, -

3),

а·· 2изи= - 1 -

в стационарной точке Mt(-:-I,

-1). •

 

 

 

 

 

 

,

Пример 4.

Определить размеры

прямоугольного лара.ллелепипеда

наибольшего объема,. ПQлная поверхность которого и~еет. данную ilло~ щадь S.

~ Объем прямоугольного параллелепипеда V =

хуг, где ·х, У, ·г­

измерения

параллелепипеда,

а

площадь

его

поверхнос'Ги S = 2(ху +

+ Х2 + уг),

откуда

 

 

 

 

 

 

.

 

S - 2ху

 

Sxy -

2у2

= V(x,

 

 

Z = 2(х + у)'

V =

2(х

+

У)

У).

Найдем экстремум функции

V =

V(x,

У):

 

 

aV

y2(S~2x2_4Xy)~0

 

 

дх

2(х+ у)2

'

}

aV =x2(S-2у2_4ХУ)=0

 

 

дх

2(х + У?

'

 

 

S - 2 - 4ху = О,}

 

 

S - 2у2 - 4ху = О.

Так как х > О, у> О, ТО из последней системы следует, что х = У =

= -VS/6. Получили единственную стационарную точку Mo(-VS/6, -VS/6),

которая являетси точкой максимума функции V = V(x, У) (т. е. задача

имеет решение!), поэтому проверять выполнение достаточных условий

максимума иет необходимости. Далее находим

2 = S - S/3 = 2S/3 = ";S/6.

4";S/6 4";S/6

221

Таким образом, наибольший объем имеет куб с ребром, равным

-VS/б. ~

АЗ-l0.4

1. Исследовать данные функции на локальный экстре·

мум:

 

 

 

 

а) Z = х3 + 3ху2 - 15х - 12у;

 

б) z=x2+xy+y2_2x-y;

 

в) z=3xy-х2 _ у2_IОх+5у.

 

(Ответ: а)

Zmin=z(2, 1)= -28, Zmax=z(-2, -1)=28;

б) Zmin = z(l, О) = -1; в) точек экстремума нет.)

2:

Найти экстремумы функции Z =

Х + 2у при условии

х2 +у2 = 5.

(Ответ: Zmin = -5 при

х = -1, у = -2;

Zmax = 5

при х = 1, у = 2.)

 

3.

Найти наименьшее и наибольшее значения функции

Z = х2 -

2у2 +4ху - + 5 в области, ограниченной пря­

мыми х =

О, У = О, х +у = 3. (Ответ: Zи,им = z(3, О) = -9,

Zиаиб =

z(O, О) = 5.)

 

4

Найти наибольшее и наименьшее значения функции

Z = х2у(4 -

х - у) в области, ограниченной прямыми х = О,

У = О,

х

+

у = 6. (Ответ: Zиаим = z(4,

2) = -64, Zнаиб =

=z(2, 1) = 4.)

5.Определить размеры прямоугольного [,Iараллеле­

пипеда данного объема V, имеющего поверхность наимень-

шей площади. (Ответ: куб с ребром, равным -VV.)

 

 

Самостоятельная работа

 

 

 

 

1.

Исследовать

на экстремум функцию Z =

х3 +у2 -

-

+ 2у. (Ответ:

Zmin = z(l, -1) =

-3.)

 

 

х-{У-

 

2.

Исследовать

на

экстремум

функцию

Z =

-

х2

- У ++ 3.

(Ответ: Zmax = z(4, 4) = 15.)

 

 

 

3.

Исследовать

на

экстремум

функцию

 

Z =

зх2 -

-

х3

+ 3у2 + 4у. (Ответ:

Zmin = Z(O,

- 2/3) =

-

4/3.)

10.5. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ К ГЛ. 10

ИДЗ-l0.l

1. Найти область определения указанных функций.

1.1. z=3xy/(2x-5y).

1.2. z=ar<;sin(x-y).

1.3.

Z =-Vy 2- х2.

1.4. Z = ln (4 - х2 _ у2).

1.5.

z=2/(6-X2 _ y 2).

1.6. Z=-VХ2+у2~5.

222

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]