(问答题)9.设实数x,y满足3x²+2y²=6,求2x+y的最大值.
题目解答
答案
解析
本题考查条件极值的求解方法,核心思路是利用拉格朗日乘数法或柯西不等式。题目要求在约束条件 $3x^2 + 2y^2 = 6$ 下,求线性表达式 $2x + y$ 的最大值。关键点在于将目标函数与约束条件结合,通过求解方程组找到极值点。
方法:拉格朗日乘数法
1. 构造拉格朗日函数
设目标函数为 $f(x, y) = 2x + y$,约束条件为 $g(x, y) = 3x^2 + 2y^2 - 6 = 0$,引入拉格朗日乘数 $\lambda$,构造:
$L(x, y, \lambda) = 2x + y + \lambda (6 - 3x^2 - 2y^2)$
2. 求偏导并解方程组
对 $x$、$y$、$\lambda$ 求偏导并设为零:
$\begin{cases}\frac{\partial L}{\partial x} = 2 - 6\lambda x = 0 \\\frac{\partial L}{\partial y} = 1 - 4\lambda y = 0 \\\frac{\partial L}{\partial \lambda} = 6 - 3x^2 - 2y^2 = 0\end{cases}$
3. 表达 $x$ 和 $y$ 的关系
从前两式得:
$x = \frac{1}{3\lambda}, \quad y = \frac{1}{4\lambda}$
4. 代入约束条件求 $\lambda$
将 $x$ 和 $y$ 代入 $3x^2 + 2y^2 = 6$:
$3\left(\frac{1}{3\lambda}\right)^2 + 2\left(\frac{1}{4\lambda}\right)^2 = 6 \\
\frac{1}{3\lambda^2} + \frac{1}{8\lambda^2} = 6 \\
\frac{11}{24\lambda^2} = 6 \implies \lambda^2 = \frac{11}{144} \implies \lambda = \pm \frac{\sqrt{11}}{12}$
5. 求 $x$ 和 $y$ 的值
当 $\lambda = \frac{\sqrt{11}}{12}$ 时:
$x = \frac{4\sqrt{11}}{11}, \quad y = \frac{3\sqrt{11}}{11}$
当 $\lambda = -\frac{\sqrt{11}}{12}$ 时:
$x = -\frac{4\sqrt{11}}{11}, \quad y = -\frac{3\sqrt{11}}{11}$
6. 计算目标函数值
代入 $2x + y$:
- 当取正号时:$2x + y = \sqrt{11}$
- 当取负号时:$2x + y = -\sqrt{11}$
最大值为 $\sqrt{11}$