:23,求二元函数 (x,y)=(x)^2(2+(y)^2)+yln y 的极值.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二元函数极值的求解方法,包括临界点的求解和二阶导数检验法的应用。
解题核心思路:
- 确定定义域:注意函数中涉及的对数项$\ln y$,要求$y > 0$。
- 求一阶偏导数,联立方程求解临界点。
- 计算二阶偏导数,利用二阶导数检验法判断临界点的性质(极小值、极大值或鞍点)。
- 代入原函数计算极值。
破题关键点:
- 正确求解偏导数,尤其注意乘积法则和链式法则的应用。
- 判别式$AC - B^2$的符号决定临界点的性质:若$AC - B^2 > 0$且$A > 0$,则为极小值点。
步骤1:确定定义域
函数$f(x,y) = x^2(2+y^2) + y \ln y$中,$\ln y$要求$y > 0$,因此定义域为$D = \{(x,y) \mid y > 0\}$。
步骤2:求一阶偏导数并解方程组
-
对$x$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial x} = 2x(2 + y^2)$
令$\frac{\partial f}{\partial x} = 0$,得$x = 0$(因$2 + y^2 > 0$)。 -
对$y$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial y} = 2x^2 y + \ln y + 1$
将$x = 0$代入,得$\ln y + 1 = 0$,解得$y = \frac{1}{e}$。临界点为$(0, \frac{1}{e})$。
步骤3:计算二阶偏导数
-
二阶混合偏导数:
$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} = 2(2 + y^2), \quad \frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = 4xy, \quad \frac{\partial^2 f}{\partial y^2} = 2x^2 + \frac{1}{y}$ -
代入临界点:
$A = 2\left(2 + \frac{1}{e^2}\right), \quad B = 0, \quad C = e$
步骤4:二阶导数检验
计算判别式:
$AC - B^2 = 2\left(2 + \frac{1}{e^2}\right) \cdot e - 0^2 = 2e\left(2 + \frac{1}{e^2}\right) > 0$
且$A > 0$,因此$(0, \frac{1}{e})$为极小值点。
步骤5:计算极值
$f\left(0, \frac{1}{e}\right) = 0 + \frac{1}{e} \ln \frac{1}{e} = -\frac{1}{e}$